Hallo zusammen!
Für einen kommerziellen Diodentreiber suche ich einen passenden
Schalter.
Regulär fließen 1 A bei 5 V Spannungsversorgung (5 W Leistung).
Ein Low Side Switch ist ausgeschlossen, weil das Gehäuse mit der Logik
verbunden ist und somit durchgehend auf Ground liegt.
Zielführend ist also nur ein High Side Switch.
Geschaltet werden soll das mit einem µC.
Der GPIO Pin gibt max. 40 mA bei 5 V.
Die Spannungsversorgung des µC und des Diodentreibers kommen von der
gleichen Quelle (Batterie).
Gesucht ist nun ein Bauteil oder eine kleine Schaltung, die mir die 1 A
bei konstanten 5 V zum Treiber freigeben. Die Schaltfrequenz liegt bei
0,1 Hz und kleiner.
• P-Kanal MOSFET-Lösungen helfen meiner Erfahrung nach leider nicht
weiter, weil dafür die Spannung am Source-Pin über 5 V liegen sollte.
• An PNP-Transistoren habe ich die Diodentypischen 0,7 V
Spannungsverlust.
• Einen ähnlichen Spannungsabfall finde ich bei Optokoppler.
• Zuletzt habe ich noch OPV in Erwägung gezogen, die ich als
Spannungsfolger betreibe. Rein von der Funktion her ist es das was ich
suche. Problematisch ist da jedoch der Strom von einem Ampere.
Gibt es Eurer Seite aus Erfahrungen oder Tipps, ob es eine gute Idee
ist, in meiner Anwendung einen Leistungs-OPV als "Schalter" zu
betreiben, indem ich die Eingangsspannung über den µC zwischen 0 V und 5
V schalte?
Für Alternativvorschläge bin ich immer offen.
Viele Grüße,
Patrick
Wie wäre es mit nem USB Power Switch? Da gibt's ein Haufen zur Auswahl
bei TI zum Beispiel.
Der OPV geht prinzipiell solange er wirklich immer gegen die Versorgung
schaltet dann ist die Abwärme relativ gering aber so cool finde ich die
Lösung persönlich jetzt nicht.
Ansonsten gibt's auch massenhaft High Side Switchs beispielsweise die
Profet Baureihe von Infineon. Die gehen glaube ich ab 4V
Patrick T. schrieb:> • P-Kanal MOSFET-Lösungen helfen meiner Erfahrung nach leider nicht> weiter, weil dafür die Spannung am Source-Pin über 5 V liegen sollte.
Nein, genau die helfen Dir.
Wilhelm M. schrieb:> Nein, genau die helfen Dir.
Dann bitte ich um Erläuterung.
Ausprobiert habe ich das mit einem IRF9Z24S P-Ch Mosfet.
V(GS) liegt zwischen -2 und -4 V.
Ziehe ich Gate über den µC auf 0 V, so habe ich ein V(GS) von -5V. Damit
schaltet er auf jeden Fall voll durch.
Problematisch ist die Drain to Source Spannung V(GS).
Ich füge mal das Diagramm bei.
Weil die Spannung am Drain und an Source gleich sind, ist V(GS) = 0 V.
Laut den Datenblättern fließt dabei stets der kleinst mögliche Strom.
Auch wenn das Bauteil bis 11 A auslegt ist, fließen so nur (gemessen) 50
mA bis die Spannung abfällt. Ja ich kann 1 A durchjagen, aber dabei
fällt die Spannung am Treiber von 5 V auf 2,7 V ab.
Das Anlegen von 6,2 V an Source ermöglicht die Versorgung mit 1 A @ 5 V
des Treibers. Jedoch habe ich diese größere Spannung im System nicht zur
Verfügung.
Was übersehe ich da nun und mache ich falsch?
Beste Grüße :)
Patrick T. schrieb:> Problematisch ist die Drain to Source Spannung V(GS).> Ich füge mal das Diagramm bei.> Weil die Spannung am Drain und an Source gleich sind, ist V(GS) = 0 V.
Soll hier natürlich V(DS) heißen.
Patrick T. schrieb:> • P-Kanal MOSFET-Lösungen helfen meiner Erfahrung nach leider nicht> weiter, weil dafür die Spannung am Source-Pin über 5 V liegen sollte
Deine Erfahrung trügt dich.
Patrick T. schrieb:> V(GS) liegt zwischen -2 und -4 V.> Ziehe ich Gate über den µC auf 0 V, so habe ich ein V(GS) von -5V. Damit> schaltet er auf jeden Fall voll durch
Deine Erfahrung ist auch fur'n Arsch.
Nach der UGS(th) unter halb der der MOSFET erstmal AUS ist, kommt erst
der lineare Bereich bis zur etwa doppelten Spannung. Erst oberhalb von
4-8V bei deinem Modell ist er also 'voll durchgeschaltet', erst da gilt
der RDSon laut Datenblatt und kann der Maximalstrom laut Datenblatt
geschaltet werden
Keine Ahnung warum so viele Leute kein Datenblatt lesen können und
UGS(th) als angebliche Einschaltspannung missinterpretieren.
Aber keine Sorge, es gibt 'LogicLevel' P-MOSFETs die problemlos 1A
schalten können mit -5V am Gate (relativ zum Source an +5V, also in
Summe 0V), wie IRLML5203.
Patrick T. schrieb:> Ich füge mal das Diagramm bei.
Was willst Du mit dem SOA-Diagramm hier? Du brauchst einen P-Channel
MosFet, der bei -5V Ugs einen Rds(on) unter 100mOhm hat. Dann bleibt er
bei 1A und 0,1W Verlustleistung einigermaßen kühl. Da findest Du
hunderte MosFets, die das erfüllen.
Patrick T. schrieb:> Regulär fließen 1 A bei 5 V Spannungsversorgung (5 W Leistung).
warum nicht mit einem Photomos Relais
AQV252g z.B.
mit 3-5mA kann man locker 1A schalten, high oder low nach Belieben,
galvanisch getrennt!
Patrick T. schrieb:> • P-Kanal MOSFET-Lösungen helfen meiner Erfahrung nach leider nicht> weiter, weil dafür die Spannung am Source-Pin über 5 V liegen sollte.
Wenn du das Gate auf 0V legst passt das bei einem passend ausgewählten
Mosfet wie die Faust aufs Auge...
> • An PNP-Transistoren habe ich die Diodentypischen 0,7 V> Spannungsverlust.
Das ist die zum Leiten BE-Spannung. Die taucht aber im Lastpfad gar
nicht auf. dort hast du nur die CE-Sättigungsspanung, die aber auch
schnell im Bereich um 0,4V ist.
> • Einen ähnlichen Spannungsabfall finde ich bei Optokoppler.
Wenn man die Potentialtrennung nicht braucht, nimmt man keinen
Optokoppler.
> Gibt es Eurer Seite aus Erfahrungen oder Tipps, ob es eine gute Idee> ist, in meiner Anwendung einen Leistungs-OPV als "Schalter" zu betreiben
Wie willst du denn diesen Leistungs-OPV versorgen?
Warum schaust du dir nicht einfach an, wie alle Anderen das machen?
Damit findest du recht schnell eine Lösung:
https://www.google.com/search?q=5v+high+side+switchMaWin schrieb:> Keine Ahnung warum so viele Leute kein Datenblatt lesen können und> UGS(th) als angebliche Einschaltspannung missinterpretieren.
Das nennt sich umgangssprachlich "schönsaufen": man "wünscht" sich
einfach, dass der Fet da ausreichend gut leitet und gibt zur Sicherheit
noch ein Volt dazu.
Lothar M. schrieb:> Wenn man die Potentialtrennung nicht braucht, nimmt man keinen> Optokoppler.
Einspruch, man nimmt ihn wenn es das Design vereinfacht.
Mit einem Optokoppler oder Photomos Relais kann ich wahlweise high oder
low schalten!
Klar gibt es verschiedene Lösungen auch hi-side Schalter wie den UDN
https://www.reichelt.de/leistungstreiber-8-kanal-dil-18-udn-2981-p22008.html
oder ein "Transistorgrab"
Joachim B. schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Wenn man die Potentialtrennung nicht braucht, nimmt man keinen>> Optokoppler.>> Einspruch, man nimmt ihn wenn es das Design vereinfacht.
Aber nicht, wenn es das zehnfache kostet. Ein geeigneter P-MOSFET wie
z.B. AO3401 kostet selbst bei Reichelt nur 21¢. Beim Chinesen nochmal
deutlich weniger. Für ein PhotoMOS für 1A und weniger als 100mV
Spannungsabfall legst du einige Euro hin.
> Mit einem Optokoppler oder Photomos Relais kann ich wahlweise high oder> low schalten!
Toll. War nur gar nicht gefordert.
Axel S. schrieb:> Joachim B. schrieb:>> Mit einem Optokoppler oder Photomos Relais kann ich wahlweise high oder>> low schalten!>> Toll. War nur gar nicht gefordert.
ach
Patrick T. schrieb:> Zielführend ist also nur ein High Side Switch.
nu erklär man warum high side switch nicht gefordert war!
Klar ist der Preis höher bei Vereinfachung der Schaltung im Gegensatz zu
2 Transistoren und noch zusätzlichen Bauteilen oder eienm UDN der größer
ist.
Joachim B. schrieb:> Axel S. schrieb:>> Joachim B. schrieb:>>> Mit einem Optokoppler oder Photomos Relais kann ich wahlweise high oder>>> low schalten!>>>> Toll. War nur gar nicht gefordert.
Doch doch. Wie geschrieben bin ich für jeden Hinweis und jede
Alternative offen. In der Tat spielen zwei Faktoren eine wichtige Rolle:
kleine Bauform und sehr hohe Zuverlässigkeit. Der Preis spielt
hingegegen nur eine kleine Rolle. Die anderen Komponenten auf der
Platine sind Automotive-, New Space- und teilweise Hi-Rel- bis Military
Grade- Bauteile. Kostenpunkt pro Bauteil sind da gerne 5-50 €.
Sobald ich die Funktion evaluiert habe, kommen missionsrelevante Tests
ins Spiel. Es ist möglich, dass 20c Bauteile diese erfüllen und 20€
Bauteile hingegen nicht. Wichtig ist primär, dass die Typen feststehen
und ggfs. Alternativen existieren.
Daher nehme ich den Tipp mit den Photomos Relais mit und recherchiere
ein wenig.
Die galvanische Trennung durch Optokoppler benötige ich nicht. Es geht
rein um den "Schalter"-Charakter, den er erfüllen soll.
Ich habe leider keinen großen Überblick über elektronische Bauteile und
lerne jeden Tag mindestens zwei neue kennen. Ich komme aus der
Programmierung von FPGA und µC und muss den elektronischen Bauteilpart
dieses mal mitübernehmen.
Daher danke ich Euch für alles bereits genannte.
MaWin schrieb:> Keine Ahnung warum so viele Leute kein Datenblatt lesen können
Vielleicht wird das ja heutzutage selbst an den Fachhochschulen
nicht mehr gelehrt.
Patrick T. schrieb:> Joachim B. schrieb:>> Axel S. schrieb:>>> Joachim B. schrieb:>>>> Mit einem Optokoppler oder Photomos Relais kann ich wahlweise high>>>> oder low schalten!>>>>>> Toll. War nur gar nicht gefordert.>> Doch doch.
Lies einfach mal den ganzen Satz:
"kann ich wahlweise high oder low schalten"
und das war nicht gefordert. Gefordert war Schalten auf der H-Side.
Und das geht hier ganz einfach mit einen P-Kanal MOSFET. Es muß halt ein
logic level Typ sein, damit er bei -5V U_gs auch voll durchschaltet. Das
ist aber kein Problem. Solche Typen sind handelsüblich und auch
spottbillig. Ich habe dir sogar einen geeigneten Typ genannt.
Axel S. schrieb:> Gefordert war Schalten auf der H-Side.> Und das geht hier ganz einfach mit einen P-Kanal MOSFET.
und deswegen geht schalten der H-Side mit dem Photomos nicht?
Ich denke du willst einfach nur Recht haben.
Bevor ich mir Hi-Side Probleme mit durchgeknallten FETs einhandel bleibe
ich lieber beim Photomos Relais.
Privat und im Dienst baue ich nicht um Cents zu sparen, sondern lieber
was mir sicherer erscheint!
Axel S. schrieb:> Und das geht hier ganz einfach mit einen P-Kanal MOSFET. Es muß halt ein> logic level Typ sein, damit er bei -5V U_gs auch voll durchschaltet.
hier OK
Trotzdem funktioniert mein Photomos auch
Axel S. schrieb:> Ich habe dir sogar einen geeigneten Typ genannt.
Ist auch bestellt und wird getestet.
Der PhotoMOS-Ansatz ist aber auch interessant, weil er viele Vorteile
mit sich bringt. Die Anwendung ist in einer Strahlungsumgebung. MOSFET
reagieren auf eine Strahlungsdosis (TID) unterschiedlich. Bei allen
verschieben sich jedoch die Kennlinien und so auch V(GS). Teilweise
landen wir dabei in unzulässigen Bereichen, die nicht abgefedert werden
können. Zudem reagieren MOSFET auch alle unterschiedlich auf SEE, die
bei mir das größte Problem darstellen.
Alternativen zu haben ist daher aktuell ganz wichtig. Notwendig ist,
dass die Funktion gegeben ist und Bauteile die Tests bestehen.
Der PhotMOS-Ansatz ist gut, weil er im destruktiven Fall (AQV251) den
Stromkreis offen lässt (Ergebnis einer Doktorthesis am CERN): "The
breakdown of the device leaves it in an open state which makes it
a secure component for a beam interlock."
Somit ist das ein fantastischer Kandidat, weil ein zweiter, paralleler
PhotoMOS dann übernehmen könnte. Die Struktur ähnelt einer TMR (triple
modular redundancy) über mehrere Bauteile auf einer Platine und/oder
über mehrere Platinen.
Die Elektronik folgt dem Motto: Fire and Forget.
Sie muss alleine überleben. Redundanz ist da wichtig. Eventuell ist auch
eine Kombination aus MOSFET und PhotoMOS zielführend - aber das werden
erst die Tests zeigen. Fehler und Zerstörungen durch die Vielzahl and
SEE an MOSFET abzufangen ist schwierig und noch schwieriger zu erkennen
- zumindest für mich.
Daher wie gesagt: Danke für alle Hinweise, Tipps und Verweise an
Funktionsgruppen oder konkrete Bauteile.
Joachim B. schrieb:> Axel S. schrieb:>> Gefordert war Schalten auf der H-Side.>> Und das geht hier ganz einfach mit einen P-Kanal MOSFET.>> und deswegen geht schalten der H-Side mit dem Photomos nicht?
Das habe ich nicht gesagt. Dein Argument war (überspitzt): "Optokoppler
bzw. PhotoMOS ist toll, weil man damit wahlweise H- oder L-Side schalten
kann".
und dem habe ich entgegen gehalten, daß das gar nicht gefragt war. Der
TE wollte nicht wahlweise H- oder L-Side schalten können. Er wollte ganz
klar und eindeutig H-Side schalten. Das PhotoMOS bringt ihm genau gar
keinen Vorteil, außer daß es 10- bis 20-mal teurer ist als der ebenfalls
geeignete MOSFET.
> Ich denke du willst einfach nur Recht haben.
Nein. Ich halte mich nur an das KISS Prinzip. "Keep it simple, stupid"
Oder auf gut Deutsch: warum kompliziert, wenn's auch einfach geht?
> Bevor ich mir Hi-Side Probleme mit durchgeknallten FETs einhandel bleibe> ich lieber beim Photomos Relais.
Nur zu. Ist ja dein (Taschen)geld.
Patrick T. schrieb:> Der PhotoMOS-Ansatz ist aber auch interessant, weil er viele Vorteile> mit sich bringt. Die Anwendung ist in einer Strahlungsumgebung. MOSFET> reagieren auf eine Strahlungsdosis (TID) unterschiedlich. Bei allen> verschieben sich jedoch die Kennlinien und so auch V(GS). Teilweise> landen wir dabei in unzulässigen Bereichen
Aha. Dir ist aber schon klar, wofür das "MOS" in "PhotoMOS" steht?
Ich glaube nicht einen Augenblick, daß eine Strahlendosis, die einen
herkömmlichen MOSFET zur Fehlfunktion bringt, ein PhotoMOS unbeeindruckt
läßt. Allein schon deswegen, weil du bei letzterem überhaupt keinen
Zugang zu Interna hast. Einem MOSFET kannst du einen niederohmigen
Ableitwiderstand ans Gate hängen, damit er sicher(er) sperrt. Bei einem
PhotoMOS mußt du mit dem leben, was da intern verbaut ist.
Aber weil da nur sehr wenig Leistung nach der optischen Strecke ankommt,
wird das alles sehr schön hochohmig sein. Allein die Schaltzeiten von so
einem PhotoMOS sprechen doch Bände.
Axel S. schrieb:> Dir ist aber schon klar, wofür das "MOS" in "PhotoMOS" steht?>> Ich glaube nicht einen Augenblick, daß eine Strahlendosis, die einen> herkömmlichen MOSFET zur Fehlfunktion bringt, ein PhotoMOS unbeeindruckt> läßt.
Ja.
Tatsache ist, dass alle FET unterschiedlich reagieren. Selbst gleiche
Die von unterschiedlichen Wafern zeigen teilweise absurd große
Unterschiede in ihrer Belastbarkeit. Jedoch können diese Unterschiede
auch positiv ausfallen. So hatte ich serielle Transceiver die bis +85° C
zertifiziert sind, jedoch einem Burn-In bei +125° C für 2 Wochen
standgehalten haben (MAX483EESA+T).
Ob das nur bei dieser einen Produktionscharge der Fall war weiß ich
nicht, weil ich danach keine weitere getestet habe.
Und am Ende habe ich lieber ein Bauteil mit 50 % Ausfallquote als eins
mit 99 %. Immerhin gibt es Bauteile und Architekturen, die bei mir
gänzlich ungeeignet sind.
Selbst die Strukturgröße im Die hat Auswirkungen: Je kleiner die sind,
desto toleranter sind sie gegenüber der TID, jedoch desto anfälliger
sind sie für SEE. Aber das ist ein anderes Thema.
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