Höhere Spannung mit uC schalten

Logic level mosfet.

rr2205 schrieb:
> Zuerst dachte ich an einen n-Channel MOSFET mit Pull-Up auf die 12 V.
> Ich hätte also an Drain entweder 0 V (in Abhängigkeit vom
> Spannungsabfall über Drain-Source) oder 12 V anliegen und müsste den
> Pull-Up so auslegen, dass die 25 mA fließen können.

Genau das ist das Problem. Damit die 12V halbwegs an der Last ankommen, 
müsste der Pull-Up Widerstand gegenüber dem Widerstand der Last 
verschwindend klein ausfallen.

Es gibt - je nach Anwendung - deutlich besser geeignete Lösungen, z.B. 
mit aktivem Pull-Up.
Vielleicht verrätst du einfach mal, was dein eigentliches Problem ist, 
statt deine verkorkste Lösung zu erläutern.

rr2205 schrieb:
> Zuerst dachte ich an einen n-Channel MOSFET mit Pull-Up auf die 12 V.

Wie wäre es mit einem Schaltplan ? Bisher glaube ich an diesen Unsinn:

1

            +12V

2

              |

3

            PullUp

4

              |

5

              +------------+

6

              |            |

7

uC--100R--+--|I N-MOSFET   |

8

          |   |S     25mA Last

9

         100k |            |

10

          |   |            |

11

GND ------+---+------------+

Einfacher wäre wohl, wenn der N-MOSFET die Masseleitung der Last trennt

1

            +12V

2

              |

3

           25mA Last

4

              |

5

uC--100R--+--|I N-MOSFET

6

          |   |S

7

        100k  |

8

          |   |

9

GND ------+---+

Denke daran, dass der MOSFET schon bei nur 3V am Gate voll durchschslten 
muss, also so was wie ein IRLML2502 sein muss.

Man kann 25mA auch problemlos mit einen NPN Transistor schalten

1

       +12V

2

         |

3

      25mA Last

4

         |

5

uC--1k--|< BC547

6

         |E

7

GND -----+

Wenn die 25mA Last aber noch andere Verbindungen in die Schaltung hat 
und daher nicht einfach den Massekontakt verlieren darf, dann muss du 
die +12V schalten mit einem P-MOSFET

1

         +12V +12V

2

          |    |

3

         10k   |

4

          |    |S

5

          +---|I P-MOSFET wie BS250

6

    BC547 |    |

7

uC--10k--|< 25mA Last

8

          |E   |

9

GND ------+----+

Einfacher geht es mit einen NPN/PNP Digitaltransistor

1

            +12V     +12V

2

             |        |

3

            47k       |

4

             |        |S

5

             +-------|< PUMD10

6

             |        |

7

            2k2       |

8

             |        |

9

uC--2k2--+--|<        |

10

         |   |E   25mA Last

11

        47k  |        |

12

         |   |        |

13

GND -----+---+--------+

Zuerst einmal vielen Dank für die vielen Antworten schon so früh am 
Samstag Morgen!:)

Nochmal meine Anforderungen zusammengefasst: ich möchte nach "außen" 
einen digitalen Ausgang zur Verfügung stellen, der auf 12 V schaltet und 
maximal 25 mA treiben kann. Oder anders ausgedrückt, ich möchte 
vermeiden, dass meine Spannungsversorgung einbricht, sobald eine 
Komponente angeschlossen wird, die einen höheren Strom ziehen würde.

Die Last darf nicht von Masse getrennt werden, insofern kommen die 
p-Channel-MOSFET- oder die Digitaltransistor-Lösung von MaWin mit 
zusätzlicher Strombegrenzung am ehesten in Frage.

uns ja.. der Unsinn entspricht deinem ersten Schaltplan..

MaWin schrieb:
> Wie wäre es mit einem Schaltplan ? Bisher glaube ich an diesen Unsinn:1
> +12V
> 2              |
> 3            PullUp
> 4              |
> 5              +------------+
> 6              |            |
> 7uC--100R--+--|I N-MOSFET   |
> 8          |   |S     25mA Last
> 9         100k |            |
> 10          |   |            |
> 11GND ------+---+------------+

rr2205 schrieb:
> Nochmal meine Anforderungen zusammengefasst: ich möchte nach "außen"
> einen digitalen Ausgang zur Verfügung stellen, der auf 12 V schaltet und
> maximal 25 mA treiben kann. Oder anders ausgedrückt, ich möchte
> vermeiden, dass meine Spannungsversorgung einbricht, sobald eine
> Komponente angeschlossen wird, die einen höheren Strom ziehen würde.

Möchtest du eine elektronische Strombegrenzung für deinen Ausgang?

rr2205 schrieb:
> ich möchte vermeiden, dass meine Spannungsversorgung einbricht, sobald
> eine Komponente angeschlossen wird, die einen höheren Strom ziehen
> würde.

So so, wie viele Salamischeiben hat die Wurst ?

Dann brauchst du eine Strombegrenzung  die haben die Schaltungen nicht.

Es gibt so was als 1 IC, NCV47722 hat alles drin.

Oder man baut selbst, dann kommen bei 25mA aber nur ungefähr 11V raus.

1

            +12V     +12V

2

             |        |

3

             |       22R

4

            E|        |

5

        BC556 >|------+

6

             |        |E

7

             +-------|< BC556

8

             |        |

9

            10k       |

10

             |BC547   |

11

uC--10k--+--|<     25mA Last

12

         |   |E       |

13

     v  47k  |        |

14

         |   |        |

15

GND -----+---+--------+

Die 31mA x 12V = 0.38W im Kurzschlussfall hält ein BC556 aus.

rr2205 schrieb:
> Allerdings
> stellt sich auch hier die Frage, wie ich den Strom sinnvoll begrenze?

ich dachte, das auch schon in meinem ersten Eintrag ausgedrückt zu 
haben, hätte es aber wohl deutlicher beschreiben sollen.

Teo D. schrieb:
> Ich befürchte, er glaubt weil der µC-Ausgang nur 25mA treiben kann, er
> auch nur 25mA aus den 12V ziehen darf/kann!?

nein, ich habe die Spannungsversorgung auf meinem Board auf einen 
bestimmten Strom ausgelegt. Dazu muss ich aber sicherstellen, dass 
keiner der digitalen Ausgänge aus den 12 V mehr Strom zieht als 
vorgesehen. Insofern muss der Strom hier entsprechend begrenzt werden.

rr2205 schrieb:
> ich dachte, das auch schon in meinem ersten Eintrag ausgedrückt zu
> haben, hätte es aber wohl deutlicher beschreiben sollen.

Ich möchte einen digitalen Ausgang auf 12 V schalten, dessen Strom auf 
25 mA begrenzt ist. Was ist daran "schwurblig"?

es ist tatsächlich nicht mehr.. ein Board, das eine gewisse Anzahl an 
digitalen Ausgängen hat, die mit der genannten Spezifikation schalten.

Und der Wunsch der Strombegrenzung ergibt sich daraus, dass das Board 
nicht aussteigen soll, auch wenn ungeeignete Komponenten angeschlossen 
werden, die mehr Strom ziehen als zur Verfügung steht.

rr2205 schrieb:
> nein, ich habe die Spannungsversorgung auf meinem Board auf einen
> bestimmten Strom ausgelegt. Dazu muss ich aber sicherstellen, dass
> keiner der digitalen Ausgänge aus den 12 V mehr Strom zieht als
> vorgesehen. Insofern muss der Strom hier entsprechend begrenzt werden.

mir geht es ja nicht um den Mikrocontroller. Der schaltet ja nur die 
Transistoren, welche auch immer das sein werden am Ende. Mir geht es um 
die generelle Spannungsversorgung meines Boards, die ja nur einen 
begrenzten Strom liefern kann, sei es ein Schalt- und/oder Linearregler. 
Die digitalen Ausgönge werden ja über diese 12 V versorgt.

Eigentlich bin ich ja auch derjenige, der die Verbaucher anschließt und 
kann das natürlich auch einfach entsprechend berücksichtigen, also 
nichts anschließen, das zu viel Strom zieht. Die optimale Variante wäre 
aber natürlich die Strombegrenzung an den digitalen Ausgängen.

Auch möglich: Verwende eine Polyfuse, die alle Ausgänge zusammen 
absichert. Wird die warm (und damit schlecht leitend), sind dann die 
Ausgänge fast aus. Ist der Kurzschluß beseitigt, funktioniert wieder 
alles normal. Beispiel 
https://www.mouser.at/datasheet/2/240/Littelfuse_PTC_250R_Datasheet_pdf-1317239.pdf

rr2205 schrieb:
> Ich möchte einen digitalen Ausgang auf 12 V schalten, dessen Strom auf
> 25 mA begrenzt ist. Was ist daran "schwurblig"?

Ein digitaler Ausgang kennt Logikpegel und die sind irgendwie definiert 
(z.B. als Spannungsbereiche (oder Spannungsbereiche an einer bestimmten 
Leitungsimpedanz). So etwas wie Strom von max 25mA gibt es nicht als 
digitale Pegeldefinition. Was soll mit dem Logikpegel passieren, wenn 
die 25mA-Grenze überschritten wird?
Das ist mit "schwurbelig" gemeint.

Was ist dein eigentliches Problem?

Bauform B. schrieb:
> Nicht gerade 25, aber 20 oder 60mA waren mal sehr beliebt.

Dann aber als Stromschleife und nicht als Spannungsausgang mit 
Strombegrenzung.

Ein weiterer Vorschlag - ein LED Treiber, bei dem die LED zwischen 
Ausgang und Masse liegt.

Hallo zusammen,

ich wollte mich an dieser Stelle nochmals für die Vielzahl an Antworten 
bedanken. Vorerst habe ich entschieden auf die Strombegrenzung zu 
verzichten. Somit entscheide ich mich für den folgenden Vorschlag, 
behalte die Ansätze zur Strombegrenzung aber im Hinterkopf:

MaWin schrieb:
> Einfacher geht es mit einen NPN/PNP Digitaltransistor1            +12V
> +12V
> 2             |        |
> 3            47k       |
> 4             |        |S
> 5             +-------|< PUMD10
> 6             |        |
> 7            2k2       |
> 8             |        |
> 9uC--2k2--+--|<        |
> 10         |   |E   25mA Last
> 11        47k  |        |
> 12         |   |        |
> 13GND -----+---+--------+

Das einzige was ich vielleicht noch überlege ist, den Ausgang mit einer 
TVS-Diode gegen ESD abzusichern, was ja bei einem rausgeführten 
Kollektor sicher nicht verkehrt ist, oder wie seht ihr das?

Ich hätte doch noch zwei Verständnisfragen zu den Vorschlägen von MaWin:

MaWin schrieb:
> Wenn die 25mA Last aber noch andere Verbindungen in die Schaltung hat
> und daher nicht einfach den Massekontakt verlieren darf, dann muss du
> die +12V schalten mit einem P-MOSFET1         +12V +12V
> 2          |    |
> 3         10k   |
> 4          |    |S
> 5          +---|I P-MOSFET wie BS250
> 6    BC547 |    |
> 7uC--10k--|< 25mA Last
> 8          |E   |
> 9GND ------+----+

Was spricht hier für den Bipolar-Transistor, der das Gate des p-Channel 
MOSFETs auf Masse zieht? Ließe sich hier nicht auch ein n-Channel MOSFET 
verwenden? Dann könnte ich, wie von Dieter R. vorgeschlagen, einen 
Doppel-FET verwenden. Allgemein muss ich gestehen, dass mir die Vor- 
bzw. Nachteile durch die Verwendung von BJTs oder MOSFETs nicht ganz 
klar sind.

MaWin schrieb:
> 1            +12V     +12V
> 2             |        |
> 3            47k       |
> 4             |        |S
> 5             +-------|< PUMD10
> 6             |        |
> 7            2k2       |
> 8             |        |
> 9uC--2k2--+--|<        |
> 10         |   |E   25mA Last
> 11        47k  |        |
> 12         |   |        |
> 13GND -----+---+--------+

Und die zweite Frage: wieso benötige ich bei Verwendung einen 
pnp-Transistors ebenfalls einen vorgeschalteten npn-Transistor? Würde 
ein entsprechend hoher negativer Basisstrom nicht auch ausreichen, um 
den pnp in Sättigung zu betreiben? Eigentlich dachte ich, dass der 
Verzicht auf eine zusätzliche "Treiber-Schaltung" der große Vorteil 
gegenüber der Verwendung einen p-Channel MOSFETs ist.

rr2205 schrieb:
> Was spricht hier für den Bipolar-Transistor,

Dessen Eigenheit, dass er bei geringer Spannung zuverlässig schaltet.

Dieter R. schrieb:
> Selbstverständlich kann ein N-Channel-FET anstelle des BJT verwendet
> werden.

Kann nur, soweit er geeignet ist. LL-FETs, die bei 3V U(GS) definiert 
schalten gibt es, aber die Auswahl ist begrenzt.

> DMC3400 ist ein komplementäres FET-Paar.

Für die Ansteuerung mit einem 3V3-µC unpassend.

> Der ist gerade nicht lieferbar,

Das spricht eindeutig für diesen Typ!

Ein NPN BC_irgendwas / 2N_sonstwas lässt sich einfacher beschaffen und 
ein P-FET für die 12V-Seite ist auch beschaffbar.

Manfred schrieb:
> Ein NPN BC_irgendwas / 2N_sonstwas lässt sich einfacher beschaffen und
> ein P-FET für die 12V-Seite ist auch beschaffbar.

Da mehrere Ausgänge geschaltet werden sollen, kann ein ULN2003A bis zu 7 
NPN Transistoren + Basiswiderstände ersetzen.

rr2205 schrieb:
> Was spricht hier für den Bipolar-Transistor, der das Gate des p-Channel
> MOSFETs auf Masse zieht?

Er reicht und ist billig.

> Ließe sich hier nicht auch ein n-Channel MOSFET
> verwenden? Dann könnte ich, wie von Dieter R. vorgeschlagen, einen
> Doppel-FET verwenden.

Erst mal kriegen, LogicLevel müsster er auch sein. Funktionieren würde 
es (richtig gemacht) schon

rr2205 schrieb:
> Und die zweite Frage: wieso benötige ich bei Verwendung einen
> pnp-Transistors ebenfalls einen vorgeschalteten npn-Transistor

Irgendwie muss die Pegelwandlung auf 12V erfolgen. Wenn deine Schaltung 
schon echte open collector Ausgänge hätte, also bei Anschluss eines pull 
up auf 12V hochgeht, ginge es ohne.

Troster schrieb:
> Da mehrere Ausgänge geschaltet werden sollen, kann ein ULN2003A bis zu 7
> NPN Transistoren + Basiswiderstände ersetzen.

In der Ursprungsfrage steht "eine höhere Spannung", da sehe ich keine 
Mehrzahl. Sein Sinn ist begrenzt, da pro Kanal noch ein P-Transistor 
dran muß.

Dieter R. schrieb:
>>> DMC3400 ist ein komplementäres FET-Paar.
>> Für die Ansteuerung mit einem 3V3-µC unpassend.
> Begründung? Reicht dir VGS(TH)max = 1,6V und IDtyp = 0,8A bei VGS = 3V
> nicht,

Angemeldet seit 04.10.2007
Beiträge 1306

und keinen der dutzenden Beiträge zum FET gelesen, schlimm. Ich begründe 
das nicht, weil es dazu schon drölfundschwanzich Threads gibt.

Dieter R. schrieb:
> Ich halte mich derweil an Datenblatt,

So so, mir scheint eher, du kannst solch technische Angaben nicht lesen, 
denn in dem steht zu

ON CHARACTERISTICS

Gate Threshold Voltage VGS(TH) 0.8 - 1.6 V VDS = VGS, ID = 250μA
Static Drain-Source On-Resistance RDS(ON)
- 0.2 0.4 Ω
 VGS = 10V, ID = 0.59A
- 0.3 0.7 VGS = 4.5V, ID = 0.2A

Also deutlich: ein RDS(on) wird nur für 4.5V UGS garantiert, nicht 
dadrunter.

Zudem steht dort, dass er unterhalb 0.8V sicher sperrt, manche Exemplare 
aber auch schon bei 1.6V, also alle Angaben zu UGS mit 1:2 Toleranz, 
oder Faktor 0.707 bis 1.414, aufzufassen sind.

Ja, beim doppelten von 1.6V, also 3.2V im schlechtesten Fall, wird er 
nicht mehr ganz sperren, also genug Strom durch lassen fur einen pull 
up, aber zusagen dass es funktioniert tut GERADE DAS DATENBLATT dir das 
nicht.

Manfred schrieb:
> Troster schrieb:
>> Da mehrere Ausgänge geschaltet werden sollen, kann ein ULN2003A bis zu 7
>> NPN Transistoren + Basiswiderstände ersetzen.
>
> In der Ursprungsfrage steht "eine höhere Spannung", da sehe ich keine
> Mehrzahl. Sein Sinn ist begrenzt, da pro Kanal noch ein P-Transistor
> dran muß.
>
> Dieter R. schrieb:
>>>> DMC3400 ist ein komplementäres FET-Paar.
>>> Für die Ansteuerung mit einem 3V3-µC unpassend.
>> Begründung? Reicht dir VGS(TH)max = 1,6V und IDtyp = 0,8A bei VGS = 3V
>> nicht,
>
> Angemeldet seit 04.10.2007
> Beiträge 1306
>
> und keinen der dutzenden Beiträge zum FET gelesen, schlimm. Ich begründe
> das nicht, weil es dazu schon drölfundschwanzich Threads gibt.

Ja ja, der Manfred! Anderen vorzuwerfen, daß sie keine Beiträge lesen, 
aber selbst auch nur den ersten Beitrag als Referenz herzunehmen.

rr2205 schrieb:
> rr2205 schrieb:
>> nein, ich habe die Spannungsversorgung auf meinem Board auf einen
>> bestimmten Strom ausgelegt. Dazu muss ich aber sicherstellen, dass
>> keiner der digitalen Ausgänge aus den 12 V mehr Strom zieht als
>> vorgesehen. Insofern muss der Strom hier entsprechend begrenzt werden.
>
> mir geht es ja nicht um den Mikrocontroller. Der schaltet ja nur die
> Transistoren, welche auch immer das sein werden am Ende. Mir geht es um
> die generelle Spannungsversorgung meines Boards, die ja nur einen
> begrenzten Strom liefern kann, sei es ein Schalt- und/oder Linearregler.
> Die digitalen Ausgönge werden ja über diese 12 V versorgt.
>
> Eigentlich bin ich ja auch derjenige, der die Verbaucher anschließt und
> kann das natürlich auch einfach entsprechend berücksichtigen, also
> nichts anschließen, das zu viel Strom zieht. Die optimale Variante wäre
> aber natürlich die Strombegrenzung an den digitalen Ausgängen.

Hieraus geht eindeutig hervor, daß es um mehr als einen Ausgang geht.

bitte entschuldigt die verspätete Antwort.

Troster schrieb:
> Hieraus geht eindeutig hervor, daß es um mehr als einen Ausgang geht.

Ich werde auf meinem Board mehrerer dieser "Ausgänge" haben, wobei die 
genaue Anzahl noch nicht feststeht.

Ich hätte allerdings noch eine ergänzende Frage, auch wenn mir dann 
vielleicht wieder vorgeworfen wird, "salamischeibenweise" vorzugehen. 
Zum Teil kommen weitere Fragen aber auch erst in der Diskussion auf:

Alle Vorschläge, sind ja jetzt so ausgelegt, dass ich aktiv auf die hohe 
Spannung schalte und der Ausgang ohne zusätzlichen Pull-Down floatet, 
wenn ich auf "Low" schalte. Sofern ich aber in beiden Schaltzuständen 
einen definierten Ausgangszustand möchte, wie wäre es dann mit folgender 
Lösung: ich verbinde die Drain-Anschlüsse eines n- und eines 
p-Channel-MOSFETs, was gleichzeitig den Ausgang darstellt. Wie hier 
bereits mehrfach vorgeschlagen, schalte ich den p-Channel mit einem 
vorgeschalteten BJT und muss noch eins der Gate-Signale invertieren, da 
sonst immer beide MOSFETs gleichzeitig durchschalten. Wäre das, wenn 
auch aufwändig, prinzipiell auch ein Lösungsansatz?

Wenn ihr mir verratet, wie ich diese Schaltbilder erzeuge, würde ich 
noch ein Schaltbild ergänzen.