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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET als High Side Switch


Autor: Florian L. (florianl)
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Hallo,

Ich möchte für ein Projekt Ströme von ca 16A mit einem High Side Switch 
schalten und zwar mit den ca. 5V die ich aus einem Multiplexer 
herausbekomme.


Folgende Details: Meine ganze Spannungsversorgung liegt bei 5V - Ich 
würde gerne verhindern, eine weitere Spannung zu benötigen.

Geschaltet werden muss "recht" schnell. Pro 1 ms ist der Switch maximal 
0,125ms an (1:8 Multiplexing), in dieser Zeit ist der Switch erst lange 
an, und muss dann kurz aus, wieder an und wieder aus geschaltet werden. 
Kurz heist hier ca 400ns. Dabei kommt es nicht auf 20ns an, die 
Schaltzeiten sollten aber möglichst niedrig sein.

Jetzt meine Frage: Wie genau kann man das aufbauen?
Mit einem P-Kanal MOSFET, wie in der Zeichnung?
Dann gibt es dabei ja ein Problem: Fast alle POWER-MOSFETs haben eine 
Diode eingebaut. Kann ich den MOSFET einfach anders herum einbauen, dass 
die Diode in Sperrrichtung betrieben wird (also Q4 von der Zeichnung?)

Welchen MOSFET kann ich verwenden? Brauche ich einen Treiber?
Worauf muss ich achten? R_DSon so klein wie möglich und das schon bei 
UGS=-4,5V, kleine Eingangskapazität (Was ist bei solchen Transistoren 
klein?) - noch was anderes?

Welchen MOSFET und welchen Treiber könnt Ihr mir hierfür empfehlen?

Ich freue mich auf eure Antworten!
Florian


Edit: Ach ja, der 1 Ohm Wiederstand ist nur als Last-Dummy da drinn!

Autor: Jens A. (micro)
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Hallo,

du musst sogar den P Mosfet "verkehrt" einbauehn.
Also + and Source. Nun schaltest du ein Widerstand von Source nach Gate.
Am Gate klemmste dann eine 2n7002 oder sowas. Denn kannst du dann mit 5 
volt schalten. Und somit schaltest du den P Kanal Mosfet an und aus

Autor: Daniel (Gast)
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Florian L. Continental?

Du kannst auch einen N-Kanal + Bootstrap nehmen.
Einen Treiber wirst du bei den Schaltzeiten
zweifelsohne brauchen.
Wlecher MOSFET? -> Schau bei Farnell, Digikey, etc...
Welcher Treiber? -> Microchip hat einen im Programm, der für
deine Applikation wahrscheinlich ideal ist... suchen darfste
selber. Faulheit wird hier nicht unterstüzt!

Autor: Florian L. (florianl)
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Kann ich einen Treiber und einen Bootstrap kombinieren? Saugt der 
Treiber nicht zu viel Leistung?

Eine Lösung mit N-Kanal wäre halt schön, da gibts gute Dinger, die sehr 
wenig kosten, beispielsweise der IRLU3717 vom großen C oder der IRLU8721 
von Reichelt.

Sind die beiden geeignet? Sie sind von dem Maximalen Strom etwas 
überdimensioniert, aber ich will wenn möglich kein Problem mit der 
Kühlung haben - daher soll sich der Spannungsabfall am MOSFET in Grenzen 
halten und diese beiden haben einen sehr geringen Widerstand.

Zu den Microchip Treibern hätte ich da aber noch eine Frage: Die stehen 
da alle als lowside Treiber! Kann ich die Trotzdem verwenden?
@Daniel: Meintest du die? Oder habe ich etwas übersehen?

Autor: Florian L. (florianl)
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Jemand da, der mehr ahnung als ich hat?
Ich rätsel momentan immer noch rum...

Autor: Micha (Gast)
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Schau dir mal kombinierte High-/Low-Side-Treiber (wie z.B. IR2110, 
Reichelt hat den) an, damit hast du meistens auch die 
Bootstrap-Geschichte erschlagen. Wobei du Timing-mäßig aufpassen musst, 
die 400ns könnten für manche Treiber ein Problem sein.

Autor: Micha (Gast)
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Florian L. schrieb:
> Fast alle POWER-MOSFETs haben eine Diode eingebaut.
Das "fast" stimmt hier nicht. Die Hersteller machen das nicht aus 
Böswilligkeit - die Diode entsteht Fertigungsbedingt.

Autor: ggaasstt (Gast)
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Schau doch mal hier...
http://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber

wir haben doch alles !

Autor: Jens G. (jensig)
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>Schau dir mal kombinierte High-/Low-Side-Treiber (wie z.B. IR2110,
>Reichelt hat den) an, damit hast du meistens auch die
>Bootstrap-Geschichte erschlagen. Wobei du Timing-mäßig aufpassen musst,
>die 400ns könnten für manche Treiber ein Problem sein.

Der erwähnte IR2110 schaltet innerhalb von 20-35ns hoch und runter. Wenn 
es aber wirklich aufs exakte Timing ankommt, solltest Du auch die 
ton/toff-Delayzeiten mit beachten.

Mit den üblichen Treibern könnte es u.U. Probleme mit den nur 5V geben. 
Erstens brauchste LogicLevel-Mosis, und zweitens gehört 5V nicht 
unbedingt zum empfohlenen Betriebsspannungsbereich (beim IR2110 steht 
aber wohl auch nicht so richtig drin, was als unterste Grenze überhaupt 
noch verwertbar ist). Für 5V Vcc/Vbb wird überhaupt nix angegeben. Sieht 
also damit bißchen schlecht aus.

Autor: Jens G. (jensig)
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Ich sehe gerade - Undervoltage wird bei reichlich 7V angegeben. Unter 7V 
ist da also nix mit dem IR2110 zu treiben.

Autor: Florian L. (florianl)
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Kann ich den MCP1407 nehmen? Der sollte hinreichend schnell sein, oder?
Korrigiert mich, wenn ich Unsinn erzähle:
Den muss ich dann an GND und an eine Versorgungsspannung von 12 V 
anschließen. Die Versorgungsspannung kann ich mit einem DC-DC Wandler 
hinbekommen. Dann schaltet der MCP1407 auf 12V, selbst wenn ich nur 4V 
als Eingangssignal liefere. Um Stromrippel zu verringern sollte ich dann 
ein Elko (und parallel dazu am besten noch einen schnellen Kondensator) 
zwischen GND und +12V  löten. Soweit alles richtig?

Jetzt soll die Schleife von Treiberausgang über Gate, Drain GND zum 
Treiber GND möglichst klein sein - womit ich ein Problem habe, denn da 
hängt ja meine Last zwischen... Notwendiges Übel oder gibts da nen 
Trick?

Noch eine Frage: Wie schalte ich Kondensatoren richtig? Möglichst nah an 
+5 bei den High Side Mosfets und dann irgendwo gegen GND? Oder möglichst 
nah bei den LowSide Mosfets - das könnte ein Problem werden, die hängen 
zu acht in einem TPIC6C595.

Und eine letzte Frage: Kann ich das überhaupt so machen wenn ich da noch 
einen µControler mit ein paar ICs hängen habe? Oder zerschieße ich mir 
die dann? Reicht es als Schutz aus, wenn die jeweils einen kleinen Elko 
zwischen +5 und GND haben?

Kann man bei der Planung irgendwas tun um das Gerät halbwegs 
vlektromagnetisch verträglich zu machen? Zumindest unser Nachbar sollte 
noch Fernsehn können wenn ich meinen LED Cube anschalte...

Bitte entschuldigt die 1000 Fragen, ich bin noch nicht allwissend...

Autor: Jens G. (jensig)
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Der  MCP1407 ist aber kein spezieller Highside Driver. N-Kanal am oberen 
Ende kannste also damit vergessen.

Wenn Du die 12V zur Verfügung stellen kannst, dann nimm wieder lieber 
den IR2110 o.ä. Dinger.

>als Eingangssignal liefere. Um Stromrippel zu verringern sollte ich dann
>ein Elko (und parallel dazu am besten noch einen schnellen Kondensator)
>zwischen GND und +12V  löten. Soweit alles richtig?

Einen C passender Größe sollte man ohnehin an die Versorgung direkt am 
IC machen - hat aber nix mit dem Ripple vom DC-DC-Wandler zu tun, 
sondern mit dem Abbuffern von Stromspitzen, die die zu versorgende 
Schaltung verursacht.

>Jetzt soll die Schleife von Treiberausgang über Gate, Drain GND zum
>Treiber GND möglichst klein sein - womit ich ein Problem habe, denn da
>hängt ja meine Last zwischen... Notwendiges Übel oder gibts da nen
>Trick?

Wieso? Wo ist denn die Last da im Wege? Die ist doch quasi auf der 
anderen Seite der Mosfets - sollte also nicht stören im Patinenlayout.

>Noch eine Frage: Wie schalte ich Kondensatoren richtig? Möglichst nah an
>+5 bei den High Side Mosfets und dann irgendwo gegen GND? Oder möglichst
>nah bei den LowSide Mosfets - das könnte ein Problem werden, die hängen
>zu acht in einem TPIC6C595.

Möglichst nah ist richtig.
Irgendwo gegen GND ist falsch (bzw. schlecht).
Das sollte auch möglichst nah am unteren Mosfet sein. Sinn der Sache 
ist, die parasitären L's zu reduzieren, um Spikes in der Spannung auf 
der Leitung effektiv klein zu halten.

>Und eine letzte Frage: Kann ich das überhaupt so machen wenn ich da noch
>einen µControler mit ein paar ICs hängen habe? Oder zerschieße ich mir
>die dann? Reicht es als Schutz aus, wenn die jeweils einen kleinen Elko
>zwischen +5 und GND haben?

Wenn irgendwelche Spannungsspitzen bis zu den µC auf der Versorgung 
kommen (oder an dessen IO's), dann kannste die natürlich zerschießen.
Elkos brauchste nicht unbedingt, aber 100nF oder sowas sollte schon 
reichen. Notfalls kann man die +5V auch über RC oder LC-Filter laufen 
lassen.
Das nützt aber alles nix, wenn das Platinenlayout bzw. die 
Leitungsführung (vor allem Masseführung) Kacke ist.

Autor: Daniel (Gast)
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HCPL3120 oder ähnlich einsetzen und diesen über einen kleinen 
DC-DC-Wandler versorgen.

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