Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik p-Mosfet mit (sehr) kleiner Schaltschwelle


von Max (Gast)


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Hallo,

ein p-Mosfet soll für einen Schaltungsteil die 5V Spannungsversorgung zu 
und wieder abschalten. Zum Schalten des Gates steht ein µC zur 
Verfügung, dessen Ausgangsspannung 3V3 beträgt.

Eine Lösung mit einem Inverterglied (insgesamt 2 zusätzliche R + 1 
n-Mosfet) habe ich zwar, würde diese Bauteile aber liebend gerne 
einsparen und einen p-Mosfet direkt schalten können (Bestückungskosten 
einsparen).

V_GS(th) sollte also kleiner sein als -1,7V. Finde dazu aber leider gar 
keinen passenden. Transistoren die passen könnten, streuen bei der 
Schaltspannung über diesen Wert, viele Gesichtete liegen bei V_GS(th) 
bei -0,7V bis -1,5V.

Gibt es solch einen überhaupt?

von MaWin (Gast)


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Max schrieb:
> ein p-Mosfet soll für einen Schaltungsteil die 5V Spannungsversorgung zu
> und wieder abschalten. Zum Schalten des Gates steht ein µC zur
> Verfügung, dessen Ausgangsspannung 3V3 beträgt.

Mit 0V/3.3V kann man 5V nicht einschalten, denn das Gate des MOSFETs 
sieht in Bezug auf dessen Source entweder 1.7V oder 5V, und müsste bei 
1.7V definiert aus sein und bei 5V definiert ein sein (mit lustigen 
Effektn wenn die 5V und 3.3V noch nicht anliegen).

Selbst ein BS250 sperrt bei 1.7V nicht sicher (und hätte immer noch 1mA 
Stromfluss).

Du brauchst also so oder so einen Pegelwandler der aus 3.3V/0V saubere 
0V/5V macht, per NMOSFET und pull up an 5V.

Grundlagen Leute, Grundlagen.

LogicLevel PMOSFET: IRF7416 (SO8), IRLML5203 (SOT23), BSS84 (SOT23) 
FDN338 (Fairchild SOT23 1.3A 20V @ -2.5V)

von Hans (Gast)


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Wenn es das gäbe wäre es höchst unzuverlässig, weil die Gate-Schwellen 
temperaturabhängig sind. Mosfets mit niedriger Schwellspannung haben 
ausserdem bei UG-S =0V immer noch beträchtliche Leckströme. Ich weiß 
nicht, wieviel Du da in Kauf nehmen willst.
1-Bauteil-Lösungen sind mir da nicht bekannt.
Du könntest mal unter "High-Side-Switch" googeln oder bei einem großen 
Händler nachgucken. Ob das Deine Schwellenwerte erfüllt, weiss ich aber 
nicht. Ausserdem teuer.
Lösungen mit mehreren Bauteilen, Z-Diode (431) bipolare Transistoren 
etc. kannst Du Dir vermutlich selbst ausdenken?
Lass Die Masse bei Minus und schalte die Plus-Leitung. Meiner Erfahrung 
nach führt das sonst zu Komplikationen, ausser bei Lüftern Lampen und 
sonstigen passiven Leistungsverbrauchern.

von operator (Gast)


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Max schrieb:
> Zum Schalten des Gates steht ein µC zur
> Verfügung, dessen Ausgangsspannung 3V3 beträgt.

Kannst du den Ausgang auch als OpenCollector konfigurieren? Dann reicht 
ein Pullupwiderstand aus.

von Bernd K. (bmk)


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Max schrieb:
>
> Gibt es solch einen überhaupt?

Gibt es schon, aber etwas exotisch:

http://www.aosmd.com/res/data_sheets/AOC2413.pdf
oder
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd25310q2.pdf

von Andreas B. (bitverdreher)


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von Linksammler (Gast)


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Wie ist denn das Verhältnis zwischen Ein- und Aus-Zeit, IAW: Wieviel 
Eigenbedarf kann die Schaltstufe haben?
Muss der µC sich selber den Saft abdrehen?
Wieviel Strom musst du schalten?
Darfst du statt einem modernen P-Kanal-FET auch einen altmodischen 
PNP-Bipolar-Transistor (Jehova! Jehova!) verwenden?


operator schrieb:
> Kannst du den Ausgang auch als OpenCollector konfigurieren? Dann reicht
> ein Pullupwiderstand aus.

Vorsicht: Viele µC's haben an jedem Pin (ESD-Schutz-)Dioden nach VCC und 
GND. Da reicht nicht einfach eine Umschaltung zwischen "Eingang" und 
"Ausgang-Low" als "OpenCollector-Simulation", man gewinnt nur ca. 0.5V 
"nach oben".

Am AVR wäre meines Wissens der einzige wirklich hierfür geeignet PIN der 
Reset-Pin, wenn man ihn per RSTDSBL wegfused. Der hat nur eine Diode 
nach GND, keine nach VCC.

von WehOhWeh (Gast)


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Vergiss die Treshold, das ist eine wertlose Marketinggeschichte. Da 
leitet der FET gerade mal so ein paar µA.
Nimm deine Spannung am Gate, und schau, wieviele mOhm er da hat. 
Diagramme sind ja im Datenblatt.

Wie aber andere schon geschrieben haben, mit 3V3 5V schalten mittels 
PMOS geht nicht so toll.

Schau dir mal folgendes an, das geht vermutlich besser:
http://www.mouser.com/ProductDetail/Micrel/MIC2005-05YM6-TR/?qs=aiLzH1moG30OW3eYyRz4Vg%3D%3D

Die sind dazu kurzschlussfest und können sehr gut kapazitive Last 
schalten (Slew-Rate-Control), was wichtig ist, wenn man Kapazitäten in 
eine geregelte Spannung schalten will. Die macht sonst einen Satz und 
dein µC einen Brown out.

FETs gäbs schon brauchbare für 3V3:
PMOS : IRLML6402
NMOS : IRLML2502

Beide schaffen 1A, auch mit nur 3V3 am Gate. Mit dem 2502 sogar mit 2V5, 
wenns sein muss.

Gibt aber sicher bessere, der genannte ist ja nicht der Jüngsten, aber 
man bekommt sie bei Reichelt.

von hauspapa (Gast)


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AP22802 macht für 10Cent genau das was Du willst.
Fairchild  währe FPF1203 auch noch sehenswert.

viel Erfolg
Hauspapa

von Harald W. (wilhelms)


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Max schrieb:

> ein p-Mosfet soll für einen Schaltungsteil die 5V Spannungsversorgung
> zu und wieder abschalten.

Vielleicht wäre ein "Bipo" an dieser Stelle ja besser geeignet.

von Max (Gast)


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Danke erst einmal für den vielen Input.
Der µC schaltet ein Messmodul (HC-SR04). Anfangs war der Teil dafür 
gedacht, die verzögerte Einschaltung des Messmoduls umzusetzen. Da das 
Teil aber anscheinend auch Probleme hat wenn kein Messobjekt in 
Reichweite ist, werde ich das Modul nach jeder Messung einmal ab und 
wieder zuschalten (4x je Sekunde, Verhältnis 0,3s/0,2s).

Einen Bipolartransistor möchte ich ungern einsetzen, da die Schaltung 
mit Batterien läuft und entsprechend möglichst effizient laufen soll. 
Geschaltet werden knapp 20mA.

Der Micrel2005 liegt leider vom Preis weit über der jetzigen Lösung. 
Wäre die Zusatzbeschaltung nicht, wären die Schalt-IC sogar interessant.

Was mich gerade ein wenig verwirrt: Bsp: der vorgeschlagene IRLML6402. 
An der Source liegen 5V an, am Gate 3V3 oder 0V, d.h. VGS = -1,7V oder 
-5V. Laut Datenblatt schaltet der Transistor irgendwo zwischen VGS = 
-0,4V und -1,2V. Diesen Schaltwert erreiche ich direkt doch aber gar 
nicht?!

von Udo S. (urschmitt)


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Max schrieb:
> Laut Datenblatt schaltet der Transistor irgendwo zwischen VGS =
> -0,4V und -1,2V. Diesen Schaltwert erreiche ich direkt doch aber gar
> nicht?!

Ab der Spannung fängt er an durchzuschalten. Das ist kein Relais, der 
Mosfet hat auch einen linearen Bereich.
Schau ins Datenblatt, richtig durchgeschaltet ist er erst später. Rdson 
wird z.B. für Ugs = -4,5V angegeben, also genau für ein Low an deinem 
µC.
Aber du brauchst einen Pegelwandler, dass du sicher die 5V am Gate hast 
wenn er sperren soll. Und das auch wenn dein µC seine Beinchen noch 
hochohmig hat wegen Reset oder sogar wenn der µC keine Spannung hat.

: Bearbeitet durch User
von mse2 (Gast)


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operator schrieb:
> Max schrieb:
>> Zum Schalten des Gates steht ein µC zur
>> Verfügung, dessen Ausgangsspannung 3V3 beträgt.
>
> Kannst du den Ausgang auch als OpenCollector konfigurieren? Dann reicht
> ein Pullupwiderstand aus.
Nicht, wenn der Portpin eine Schutzdiode nach Vcc hat, was meistens der 
Fall ist...

von B e r n d W. (smiley46)


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ST-MICROELECTRONICS  STMPS2161STR  POWER SWITCH, 1A, SOT23-5

von MaWin (Gast)


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Max schrieb:
> Unbenannt.JPG

Die Schaltung ist besser,
aber du solltest dir mal die Diode im BSS138 ansehen

R13 ist SEHR hochohmig, nimm lieber 10k-100k, R14+R15 ist eher 
überflüssig, nimm 0 Ohm.

Max schrieb:
> d.h. VGS = -1,7V oder -5V.

Ja.

> Laut Datenblatt schaltet der Transistor irgendwo zwischen
> VGS = -0,4V und -1,2V.

Ja, zumindest ist er unterhalb der Spannung gut gesperrt,
(richtig gut leiten tut er erst beim doppelten, egal)

> Diesen Schaltwert erreiche ich direkt doch aber gar nicht?!

Daher funktioniert deine ursprüngliche IDee ja auch nicht,
der MOSFET wäre ist immer eingeschaltet.

von Max (Gast)


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R13 hatte ich zwischendurch schon auf 470k halbiert, moechte im 
leitenden Zustand vom n-Mosfet nur moeglichst wenig Energie verbraten. 
Warum kann ich auf die Gatewiderstaende verzichten? Damit sind doch 
hoehere Schaltfrequenzen zu erwarten.

Was soll mit der Diode vom n-Mosfet sein? Ich kann da leider nichts 
entdecken.

von Thomas E. (picalic)


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Servus,

wenn der FET nicht dauerhaft eingeschaltet bleiben muss, kannst Du das 
Gate auch kapazitiv an den µC koppeln und so den DC-Pegel verschieben. 
Die gezeigte Schaltung ist ein Ausschnitt und die Bauteile müssen ggf. 
anders dimensioniert werden. Evtl. auch noch eine Diode parallel zum 
Widerstand (Anode an Gate).

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Max schrieb:
> moechte im
> leitenden Zustand vom n-Mosfet nur moeglichst wenig Energie verbraten

Bei 20mA sonstigem Stromverbrauch ?
Fallen 50-500uA ja wohl kaum auf.

Max schrieb:
> Was soll mit der Diode vom n-Mosfet sein? Ich kann da leider nichts
> entdecken.

Man kann doch nicht alles vorplappern, Grundlagen musst du schon selber 
verstehen lernen.

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