Mosfets, funktioniert das so?

[Martin (Gast)]

Hallo,

da Elektronik nicht so mein gebiet ist wollte ich kurz nachfragen, ob 
meine Schaltung so funktionieren kann.

Ich habe zwei verschiedene Kameras, welche mit 24V betrieben werden. 
Diese will ich mit einem µC (3,3V), ein- und ausschalten. Dazu wollte 
ich mit einem IRLR8729 (U1 und U2 in meiner Schaltung) die Masse 
wegschalten.
Außerdem möchte ich die Trigger beider Kameras mittels µC auslösen. Die 
eine Kamera besitzt nur eine Leitung für den Trigger. Diese wollte ich 
auf +24V legen und dann mit einem P-Channel (U3) eine negative Flanke 
erzeugen.
Die Andere Kamera hat zwei Leitungen für den Trigger. Auch hier wollte 
ich in die Minus-Leitung des Triggers einen P-Channel (U5) einfügen um 
eine negative Flanke zu verursachen. Auf Kameraseite befindet sich 
hinter den Triggereingängen ein Optokoppler wo halt die beiden Seiten 
der LED hinausgeführt sind.

Eine der beiden Kameras sendet auch noch einen Impuls auf einem Ausgang, 
wenn ein Bild aufgenommen wurde. Diesen wollte ich über einen P-Channel 
(U4) mit dem µC auswerten. Dazu halt den Pin vom µC per PullUp auf 3,3V 
und dann ein interrupt auf die negative Flanke.

Kann das alles so funktionieren? Kann ich gängige P-Channels überhaupt 
mit +24V ansteuern? Ich habe öfters in Datenblättern etwas von +-20V 
gelesen, das verunsichert mich.

[kopfkratzer (Gast)]

Lies Dir mal die Grundlagenartikel hier durch, da findet sich z.B. das 
hier:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern

[MaWin (Gast)]

Deine P-Kanals kannst du so nicht ansteuern.
Deren erwünschtes Verhalten muss man anders (mit mehr Aufwand) 
realisieren.

Und ein IRLR8729 ist für 3.3V (2.8V) Ugs nicht spezifiziert, der ist 
also auch die falsche Wahl. "Masse wegschalten" klingt auch wie keine 
gute Idee.

> Auf Kameraseite befindet sich hinter den Triggereingängen
> ein Optokoppler wo halt die beiden Seiten der LED hinausgeführt sind.

Das sind eigentlich sehr günstige Umstände, die mit kleiner Leistung und 
wenig Aufwand betreibbar sind.

Vermutlich reicht an beiden uC-Pins ein einfacher Transistor (BC547, der 
schaltet bekanntlich ab 0.7V und hält mehr als 24V aus) und ein pull up 
für den jeweils anderen Zustand bei entsprechender uC-Programmierung. 
Mit Widerständen am uC-Pin kann man sogar das Verhalten (eingeschaltet 
oder ausgeschaltet) der Transistoren definieren, so lange diese Pins 
noch nicht auf Ausgang geschaltet sind, damit es zu keinen 
Fehlauslösungen kommt.

[Bernd K. (bmk)]

Yepp, der Denkfehler taucht hier häufig auf.

1. Ein MOSFET braucht zum Schalten Vgs, also Gate - Source bezogen!!

Beim Schalten ohne Hilfsmittel, wie Bootstrap, DCDC Wandler etc gilt:

2. Beim N-Kanal muss Source auf GND und er schaltet GND zum Ausgang.
3. Beim P-Kanal muss Source auf +V  und er schaltet +V  zum Ausgang.

Die üblichen Eingangsangaben z.B. '3V3 µC' sind GND bezogen. Passt
sofort bei 2. Hierbei muss der N-Kanal MOSFET aber im Falle von 3,3V
Ansteuerung nicht nur Logik-Level haben, sondern bei ca. 3V bereits
sicher durchschalten. Da gibt es nur wenige; z.B. der IRF7470 ist
dafür spezifiziert. (Rdson=14,5mOhm bei Vgs=2,8V, Id=5,0A)

Jetzt das Problem:
Bei 3. nützt eine Spannung bezogen auf GND (3V3 µC) gar nichts.
Wir brauchen wir eine negative Spannung bezogen auf V+ zum Gate.
Diese muss mit einer Level-Shifter Schaltung erzeugt werden (Bild).
Hierbei wird eine Vgs von -12V generiert und der P-Kanal MOSFET
braucht hierbei kein Logik-Level Typ sein.

[Martin (Gast)]

Danke für die Antworten.

kopfkratzer schrieb:
> Lies Dir mal die Grundlagenartikel hier durch, da findet sich z.B. das
> hier:
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern

Ich wollte es eigentlich vermeiden, dicke Relais zu benutzen. Die 
Kameras benötigen ja nicht einige Ampere, daher wollte ich lieber ein 
Leistungsmosfet benutzen.

MaWin schrieb:
> Deine P-Kanals kannst du so nicht ansteuern.
> Deren erwünschtes Verhalten muss man anders (mit mehr Aufwand)
> realisieren.

Mist.

MaWin schrieb:
> Und ein IRLR8729 ist für 3.3V (2.8V) Ugs nicht spezifiziert, der ist
> also auch die falsche Wahl. "Masse wegschalten" klingt auch wie keine
> gute Idee.

Warum ist "Masse wegschalten" keine gute Idee?
Der IRLR8729 hat Vgs_max = +-20V und Vgs_thr = 1,35-2,35V und laut Fig3 
(Seite 3) bei 3V schon Id = 10A. Sollte also passen, oder was sehe ich 
da falsch?
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlr8729pbf.pdf

MaWin schrieb:
>> Auf Kameraseite befindet sich hinter den Triggereingängen
>> ein Optokoppler wo halt die beiden Seiten der LED hinausgeführt sind.
>
> Das sind eigentlich sehr günstige Umstände, die mit kleiner Leistung und
> wenig Aufwand betreibbar sind.

Ja, ich benötige trotzdem eine Spannung von 5-24V für einen definierten 
High-Pegel.

MaWin schrieb:
> Vermutlich reicht an beiden uC-Pins ein einfacher Transistor (BC547, der
> schaltet bekanntlich ab 0.7V und hält mehr als 24V aus) und ein pull up
> für den jeweils anderen Zustand bei entsprechender uC-Programmierung.
> Mit Widerständen am uC-Pin kann man sogar das Verhalten (eingeschaltet
> oder ausgeschaltet) der Transistoren definieren, so lange diese Pins
> noch nicht auf Ausgang geschaltet sind, damit es zu keinen
> Fehlauslösungen kommt.

Für die Trigger und das Ready Signal wahrscheinlich. Da brauche ich ja 
keine nennenswerten Ströme. Guck ich mir mal an.

Bernd K. schrieb:
> Jetzt das Problem:
> Bei 3. nützt eine Spannung bezogen auf GND (3V3 µC) gar nichts.
> Wir brauchen wir eine negative Spannung bezogen auf V+ zum Gate.
> Diese muss mit einer Level-Shifter Schaltung erzeugt werden (Bild).
> Hierbei wird eine Vgs von -12V generiert und der P-Kanal MOSFET
> braucht hierbei kein Logik-Level Typ sein.

OK, also könnte ich das Vorhaben auch mit einem N-Kanal machen und 
diesen dann ohne weitere Schaltung mit dem µC ansteuern? Oder lieber 
einfach einen NPN nehmen?

[Martin (Gast)]

MaWin schrieb:
> Vermutlich reicht an beiden uC-Pins ein einfacher Transistor (BC547, der
> schaltet bekanntlich ab 0.7V und hält mehr als 24V aus) und ein pull up
> für den jeweils anderen Zustand bei entsprechender uC-Programmierung.

Gibt es die Teile auch in einer angenehmeren Bauform? Also als SMD, aber 
nicht so riesig wie der IRF7470 (warum eigentlich ein 8 Pin Gehäuse für 
einen einzelnen Transistor?).

[Stefan K. (stkl)]

Suche mal nach SMD-Typen wie z.B.  BCX19 im SOT23 Gehäuse.

Martin schrieb:
> IRF7470 (warum eigentlich ein 8 Pin Gehäuse für einen einzelnen Transistor?)
Weil das Teil etwas viel Strom schalten kann für einen einzelnen 
SMD-Pin...

[Martin (Gast)]

Ich kam endlich wieder dazu an der Schaltung weiter zu machen. Ich habe 
jetzt einfach BC847 (NPN) Transistoren genommen. Jetzt stellt sich noch 
die Frage wie ich die Widerstände dimensioniere.

R1, R6 und R9 dienen ja zur Strombegrenzung.
R9 = 330 Ohm, sollte den Strom am µC Pin auf 10mA begrenzen, wobei 
dieser Widerstand eigentlich nicht nötig wäre, da ich den Pin eh per 
internen PullUp hochziehen wollte und es nur ein Eingang ist.
R1 = 1k soltle auf 24mA begrenzen. Durch R1 soltle die 
Versorgungsspannung auf 24V bleiben und die Trigger Leitung durch T1 
runter gezogen werden können.
R6 = 1k sollte den maximalen Strom durch die LED im Optokoppler, welcher 
in der Kamera ist, auf 24mA maximal begrenzen. Ich glaube das dieser 
Widerstand wieder überflüssig wäre, da im Datenblatt der Kamera bereits 
ein "Rv" auf Kameraseite eingezeichnet ist und auch kein maximaler Strom 
angegeben ist (nur ein minimaler von 10mA).

Bei den Gatewiderständen R2 und R8 habe ich nicht wirklich eine Ahnung, 
wie diese zu dimensionieren sind. Ein Strom wird hier ja eigentlich 
nicht benötigt. Den Wert von 47k habe ich aus einer anderen Schaltung 
übernommen.

Letztendlich kommen noch die Basiswiderstände R3, R4 und R7. Ich brauche 
hier ja keinen hohen Strom. Ich weiß aber nicht genau wie hoch h_FE ist. 
Da gibt es ja verschiedene "Gruppen" und ich weiß nicht welche ich habe. 
Wie geht man in so einem Fall vor? genau berechnen geht ja nicht.

Würde die Schaltung jetzt denn prinzipiell so funktionieren?