P-Channel High-Side Switch

[Hubert (Gast)]

Guten Tag,
möchte gerne die obige Schaltung umsetzen.

R1, sollte einen Pull-Up darstellen der dafür sorgt das der P-Channel 
FET im "Ruhezustand" nicht leitet.

Die S-Spannung beträgt hier ~4,6V, richtig?
Mit dem Pull-Up ist die G-Spannung 5V.

Also sperrt der FET da die Gate Spannung +0,4V der Source Spannung ist.

Fragen, die Erste:
Der eingesetzte Cortex(STM32F411RE) arbeitet mit 3,3V Pegeln. Wenn ich 
den Port auf High stelle treffen sich ja die 5 und 3,3V. Nimmt der uC da 
schaden? Wenn ja warum, wenn nein warum?
Sperrt oder leitet der FET in diesem Zustand?


Jetzt stelle ich den GPIO auf Low.
Was dazu führt das ich an meinem Gate einen Spannungsteiler habe der die 
Gate Spannung auf ~0V setzt und den FET damit auf steuert -> da 
G-Spannung gleich (minus) ~4,6V der S-Spannung.
In diesem Fall dient mir R1 auch als Strombegrenzer für den GPIO.

Fragen, die Zweite:
Wie groß wähle ich R1 und warum?
Funktioniert das alles so wie ich sage^^?

Vielen vielen dank für Unterstützung.
MfG. Hubert

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Hubert schrieb:
> möchte gerne die obige Schaltung umsetzen.
Der Mosfet wird immer leiten. Er ist verkehrt herum eingebaut...

Man erkennt das leicht daran, dass die "Diode" in Flussrichtung zeigt.

[MaWin (Gast)]

Erstens brauchst du einen LogiocLevel P-MOSFET wie IRF7416 (SO8), 
IRLML5203 (SOT23
Zweitens musst du einen Transistor vorschalten, das kann ein bipolarer 
wie BC547 mit Basisvorwiderstand sein, oder ein kleiner N-MOSFET der bei 
2.7V definiert einschaltet wie BSS138/TN0200T.

         +5V  +5V
          |    |
         R1    |
          |    |S
          +---|I
          |    |
uC --1k--|<    +--
          |E
         GND

[Christian D. (chris83)]

Zeichen mal die Body-Diode ein, dann wirst du sehen, dass der Fet 
verkehrt herum ist. Und somit zwischen Gate und Sorce entweder 5V zu 0V 
ist oder 5V zu 3.3V was bedeutet, dass er immer leitet.

[Jim M. (turboj)]

Hubert schrieb:
> den Port auf High stelle treffen sich ja die 5 und 3,3V. Nimmt der uC da
> schaden? Wenn ja warum, wenn nein warum?
> Sperrt oder leitet der FET in diesem Zustand?

Gegenfrage: Ist der Pin 5-Volt tolerant ->Datenblatt? Wenn ja, solltest 
Du den als Wired And schalten.

Als Ausgang würde er die 3V3 durch schalten, da könnte Dein P-Kanal 
MOSFET schon anfangen zu leiten.

[Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)]

Die Schaltung ist Murks. Schalte mit dem µC einen NOMS (BSS138 o.Ä) der 
wiederum das Gate vom PMOS auf Masse zieht.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Nee, der linke Teil ist falsch. Nimm da eine Stromquelle. zB einen 
NPN-Bipolar Transistor, mit Emitterwiderstand so, dass gerade 10mA 
fliessen und gut ist.
Das waere dann bei 3.3V Ansteuerung : Am Emitter waere dann 2.6V, bei 
10mA 260 Ohm.
Dimensioniere R1 so, dass der PNP dann durchsteuert.

[Christian B. (luckyfu)]

Hubert schrieb:
> Der eingesetzte Cortex(STM32F411RE) arbeitet mit 3,3V Pegeln. Wenn ich
> den Port auf High stelle treffen sich ja die 5 und 3,3V. Nimmt der uC da
> schaden? Wenn ja warum, wenn nein warum?

So geht das nicht! Je nach Größe von R1 zieht sich das Gate entweder auf 
die 3,3V des Controllerausgangs (R1 groß genug, daß kein Strom fließen 
kann, welcher den port zerstört) oder auf die 5V und zerlegt dir den 
Controllerport. Richtig wird das, indem du einen 2. Transistor, einen 
n-Kanal Mosfet dazwischen schaltest, der das Gate des 
Leistungstransistors ansteuert. Dieser hat dann 3,3V Gate Spannung und 
an Drain zieht er das Gate herunter. Negativer efekt: Die Logik wird 
umgedreht.

[Hubert (Gast)]

Ok, grob fahrlässig von mir D und S zu vertauschen. Vielen Dank.

Schaltung angepasst und Logik verstanden, sehr sauber :)

R2, dient mir hier noch als Strombegrenzung für den GPIO aufgrund der 
Gate-Kapazität. Oben hat MaWin diesen freundlicher weiße mit 1k 
angegeben. Bis zu welchen Freq. kann ich damit arbeiten und wie würde 
man diesen berechnen?

Nun bitte noch einmal zu R1. Dieser fängt mir, wenn der N-FET leitet, ja 
die Spannung ab damit der P-FET auf steuern kann. Welchen Wert nehme ich 
denn da und wie berechnet man diesen? Beeinflusst er noch diverse 
Schalteigenschaften? Er muss ja mind. mal "viel" größer als Rds(on) 
sein?

MfG. Hubert

[Michael B. (laberkopp)]

Hubert schrieb:
> Wert nehme ich denn da

Wie schnell muss der P-MOSFET abschalten und welche Gate-Kapazität hat 
er ?

[Frank T. (frank_t40)]

Ein Widerstand von 100-330 Ohm wird zwischen STM32F411 Ausgang und Gate
P-Mosfet geschalten.Von Gate P-Mosfet ein Widerstand R1 von 10k bis 100K 
Ohm
gegen Plus. Strom bei 10K und 5V = 5,0 mA,100K und 5 V = 0,5 mA.
Zum Schalten muß der STM Ausgang Low 0V-0,2V sein. Mit Logiclevel 
Schaltung High 3,3V. Für R1 ürde ich 10K verwenden.

[Frank T. (frank_t40)]

Ich meinte natürlich Logiclevelshifter.
Laut Datenblatt sind die Ein-und Ausgänge 5V tolerant.
somit reicht ein 100 Ohm Schutzwiderstand zwischen STM und Gate 
P-Mosfet.

[Hubert (Gast)]

Guten Tag :)

@Michael Bertrandt

Ich habe mal beide Datenblätter durchgeschaut (vom N und P-Ch. FET). 
Leider konnte ich diese Angabe in keinem finden. Lediglich die 
Gate-Ladung(Qg).

N-Channel = max. 7nC
P-Channel = auch max. ~8nC

Frequenz würde ich gerne meine max. Werte berechnen, können uns aber 
auch auf 20kHz einigen.

@Frank T.

R1 also 100-330 Ohm, aber warum denn, wie kommt man darauf?
R2 würdest du 10k nehmen. Warum nicht 100k? -> Noch weniger Strom -> 
Noch weniger unnötige Verluste.

MfG. Hubert

[Falk B. (falk)]

@ Hubert (Gast)

>Ich habe mal beide Datenblätter durchgeschaut (vom N und P-Ch. FET).
>Leider konnte ich diese Angabe in keinem finden. Lediglich die
>Gate-Ladung(Qg).

Das ist meistens so.

>N-Channel = max. 7nC
>P-Channel = auch max. ~8nC

Grob geschätzt.

C = Q / U = 8nC / 5V = 1,6nF

>Frequenz würde ich gerne meine max. Werte berechnen, können uns aber
>auch auf 20kHz einigen.

Nimm andere Pegelwandler, die Variante mit MOSFET und Pull-Up ist 
nicht so doll. Ein 74HC_T_4050 ist dein Freund, 74HC_T_125 geht auch.
Kompakt, stromsparend und schneller als dein selbstgestricktes Zeug.

>R1 also 100-330 Ohm, aber warum denn, wie kommt man darauf?

Damit dein MOSFET schnell wieder sperrt. Aber damit werden auch 5V/100 
Ohm = 50mA verheizt!

>R2 würdest du 10k nehmen.

Ich nicht ;-) Selbst 10K sind viel zuviel!

> Warum nicht 100k? -> Noch weniger Strom ->
>Noch weniger unnötige Verluste.

Alles Murks. Siehe oben.