Schalten von externen Lasten - High-Side - ohne Stuerstrom

[Flo (Gast)]

Hallo zusammen!

Ich bräuchte mal ein wenig Unterstützung. Ich möchte gerne eine externe 
Last schalten, aber habe ein wenig Probleme (mangels Erfahrung) bei der 
Dimensionierung des ganzen.

Die zu schaltende Spannung beträgt 30V, die Steuerspannung ist 3,3V von 
einem Mikrocontroller. Problematisch bei der Sache ist, dass die 
schaltende Elektronik selber nahezu keinen Strom verbauchen darf. Ich 
habe mir als Maximum selber jetzt erstmal 100µA gesetzt. Im Anhang habe 
ich zwei Varianten angehängt, welche ich mir vorgestellt habe.

Variante A arbeitet mit einem P-Kanal MOSFET als Schalter für die 
Versorgungsspannung und einem N-Kanal MOSFET als Steuerschalter. Da die 
meisten MOSFETs nur maximal 20V Differenz am Gate vertragen habe ich den 
Spannungsteiler eingebaut.

Variante B arbeitet mit einem PNP-Darlington-Transistor als Schalter für 
die 30V und einem NPN als Steuerschalter. Den Darlington habe ich 
gewählt, damit bei dem geringen Steuerstrom am Ausgang noch einigermaßen 
was raus kommt. 100mA sollte der Ausgang schon bringen.

Jetzt habe ich das ganze unter anderem auch mal mit TI TINA simuliert 
und stelle fest, dass auch bei ausgeschaltetem Transistor Ströme 
fließen, was wahrscheinlich die Leckströme sind. In der Simulation habe 
ich erstmal irgendwelche Transistoren genommen, da gibt es bestimmt auch 
Unterschiede, aber die Problematik bleibt generell ja erhalten, nur eben 
mehr oder weniger.

Jedenfalls reicht dieser Strom bei Schaltung A auf Grund der hohen 
Widerstände bereits aus, dass VGS groß genug ist um den FET 
aufzusteuern.

Sind beide Varianten Murks, oder gibt es irgendwelche Tricks, wie so 
etwas intelligenter gemacht wird?

Ich habe auch bereits fertige High-Side Schalter von z.B. Infineon 
gefunden, aber die verbrauchen alle rund 1mA.

Ich wäre euch sehr dankbar über ein wenig Hilfestellung.

Flo

[Flo (Gast)]

Sorry, in meiner Titelzeile fehlt ein e bei Steuerstrom.

[Aufarbeit (Gast)]

Moin,
beides funktioniert prinzipell. Bei B fehlt ein Emitter-Basiswiderstand, 
der den PNP-Transistor sicher sperrt, wenn der NPN nicht leitet. Den PNP 
kannst du auch gegen einen Mosfet austauschen; dann aber auf die 
maximale Gate-Source Spannung achten.

[Klaus (Gast)]

Flo schrieb:
> Ich habe auch bereits fertige High-Side Schalter von z.B. Infineon
> gefunden, aber die verbrauchen alle rund 1mA.

Den ziehen die aber aus der zu schaltenden Spannung. Die kann man 
einfach mit einem Taster/Schalter nach GND einschalten, ganz ohne extra 
Steuerstrom. Ich verwende die gerne, um mit kleinen Schaltern große 
Ströme zu schalten, ohne zusätzliche Versorgung. Änliche Teile gibts 
auch von LT.

MfG Klaus

[Flo (Gast)]

Hi Klaus und hi Aufarbeit!

Da sieht man wieder, dass ich eine nicht unwichtige Randinfo vergessen 
habe: Meine Schaltung soll ein schleifengespeister Sensor werden, also 
4-20mA mit einem Schaltpunkt. Da der Strom von den High-Side-Schaltern 
nach GND abfließt, trägt er zum Schleifenstrom bei und kann leider nicht 
vernachlässigt werden.

Flo

[Falk B. (falk)]

@ Flo (Gast)

>Da sieht man wieder, dass ich eine nicht unwichtige Randinfo vergessen
>habe: Meine Schaltung soll ein schleifengespeister Sensor werden, also
>4-20mA mit einem Schaltpunkt. Da der Strom von den High-Side-Schaltern
>nach GND abfließt, trägt er zum Schleifenstrom bei und kann leider nicht
>vernachlässigt werden.

Das glaube ich nicht so ganz. Wo fließt denn der Laststrom hin? Mach mal 
eine Skizze, wie das alles verschaltet werden soll. Denn die 30V sind 
sicher NICHT deine 4-20mA Schleife sondern ein 2. Netzteil. Richtig?

Und dann fließt sowohl der Steuerstrom als auch der Laststrom eben 
dorthin zurück.

Zu deiner MOSFET-Schaltung. Theoretisch ja, praktisch nein. Denn wenn 
man einen MOSFET soo hochohmig ansteuert, schaltet der sehr langsam, was 
ggf zu großer Erwärmung führen kann, je nach Laststrom und Frequenz und 
wird auch nur schwach offen gehalten, Störungen haben da bisweilen 
leichts Spiel. Man braucht etwas mit eher niedrigem Ausgangswiderstand. 
Bis 18V kann man einen HEF4104 als Pegelwandler nutzen, der ist rein 
aus CMOS aufgebaut und braucht statisch praktisch Null Strom (1uA und 
weniger) Bei 30V muss man suchen. Vielleicht findet man was passendes. 
Wenn nicht, muss man wenigstens einen diskreten Treiber dahinter 
schalten. 1xNPN + Diode reicht. Etwa so. Siehe Anhang. Dadurch ist die 
Ansteuerung des MOSFET schonmal um Faktor 100 niederohmiger, bei 
gleichem Stromverbrauch!

Man könnte sicher was auf reiner CMOS-Basis bauen, das statisch keinen 
Strom braucht, so wie es die 4000er Serie macht. Dazu muss man aber mal 
länger nachdenken und suchen.