Hallo Forum!
Ich möchte mit einem STM32F100 einen Magnetantrieb mit einer Spule
schalten. Der Schalter wird mit 18V betrieben und kann im Peak bis zu 2A
ziehen.
Anbei die Schaltung, die ich mir nach tagelanger Weiterbildung via
Google gezaubert habe.
- Ich möchte einen High Side Schalter nehmen, damit die Last nicht unter
Strom steht und zb ein Kurzschluss nix anlaufen lässt.
- Ich möchte einen Logic Level N-Mosfet nehmen, damit ich mit den 3v3
des STM32 den Mosfet direkt ansteuern kann.
- Der Magnetantrieb soll auf manuelle Auslösung hin mit einem Impuls von
250ms geschaltet werden.
Nun hat Google mir nicht alles erzählt, was ich gefragt habe und bin mir
sicher, ihr seid schlauer als Google!
1)
R1 sorgt dafür das das Gate entladen wird, wenn der MCU im Reset ist?
2)
Muss ich die Forward Voltage von der benötigten Spannung für das Gate,
also Vgs(th) abziehen? Beispiel: Vgs(th) max=3v und Diode Forward
voltage 1.2 --> brauche ich dann mindestens 4.2V??
3)
Sind 3v3 vom GPIO zu knapp für 3V Vgs(th)? Ich würde gern diesen
Baustein hier nehmen:
http://www.mouser.de/ProductDetail/Diodes-Incorporated/DMN6040SSD-13/?qs=%2fha2pyFadujDuuzzX%2f%252b19md7CmC1m3UGkxPVMd6g1K%252bDg6iF78ysXw%3d%3d
4)
Was steht dem Einsatz der Schaltung in einem Space Shuttle noch im Wege?
;-)
Danke und Grüße!
@ Zauberelf (Gast)
>schalten. Der Schalter wird mit 18V betrieben und kann im Peak bis zu 2A>ziehen.
Ist er fest mit GND verbunden oder sind beide Anschlüße frei zugänglich?
Wenn zweiteres gilt, siehe Relais mit Logik ansteuern. Ansonsten
braucht man einen Pegelwandler und einen P-Kanal MOSFET.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#Wie_kann_ich_mit_5V_vom_Mikrocontroller_12V_und_mehr_schalten.3F>Anbei die Schaltung, die ich mir nach tagelanger Weiterbildung via>Google gezaubert habe.
Fail.
>- Ich möchte einen High Side Schalter nehmen, damit die Last nicht unter>Strom steht und zb ein Kurzschluss nix anlaufen lässt.
Unbegründete Angst.
>- Ich möchte einen Logic Level N-Mosfet nehmen, damit ich mit den 3v3>des STM32 den Mosfet direkt ansteuern kann.
Geht aber icht als High Side Schalter.
>- Der Magnetantrieb soll auf manuelle Auslösung hin mit einem Impuls von>250ms geschaltet werden.
Trivial.
>Nun hat Google mir nicht alles erzählt, was ich gefragt habe und bin mir>sicher, ihr seid schlauer als Google!
In der Tat.
>1)>R1 sorgt dafür das das Gate entladen wird, wenn der MCU im Reset ist?
Ja, nützt dir aber nix.
>2)>Muss ich die Forward Voltage von der benötigten Spannung für das Gate,>also Vgs(th) abziehen? Beispiel: Vgs(th) max=3v und Diode Forward>voltage 1.2 --> brauche ich dann mindestens 4.2V??
Du näherst dich dem Problem ;-)
Du hast eine Drainschaltung (Sourcefolger), deren Ausgangsspannung immer
grob um V_gs_thr niedriger als V_g ist.
>3)>Sind 3v3 vom GPIO zu knapp für 3V Vgs(th)? Ich würde gern diesen>Baustein hier nehmen:>http://www.mouser.de/ProductDetail/Diodes-Incorpor...
Vergiss es. Siehe oben.
>4)>Was steht dem Einsatz der Schaltung in einem Space Shuttle noch im Wege?>;-)
Die Grundlagen der Schaltungstechnik.
Zauberelf schrieb:> Was steht dem Einsatz der Schaltung in einem Space Shuttle noch im Wege?
Nichts, als Ausstellungsstück ist sie bestens geeignet, in der Kategorie
"so nicht".
Wenn unbedingt "high side" geschaltet werden soll, dann brauchst du
einen p-MOSFET und einen weiteren Transistor (npn oder n-MOSFET) um
diesen anzusteuern.
Falk B. schrieb:>>4)>>Was steht dem Einsatz der Schaltung in einem Space Shuttle noch im Wege?>>;-)
Das alle Space Shuttles gar nicht mehr im Einsatz sind.
Im Musem kannst Du die Schaltung natürlich so einsetzen, da störts nicht
wenns nicht funktioniert ;-)
So, habe meine Bücher gewälzt, folgendes habe ich verstanden.
a) Es gibt unglaublich viel Mist im Internet. Man nehme lieber
Fachliteratur zur Hand.
b) Schaltung gegen Masse mit N-Mosfet
Durch den gemeinsamen Massebezug kann ich das Gate von einem IO-Pin
ansteuern, wenn es ein Logic-Level Mosfet ist, also Vgs(th) max
ausreichend klein ist. Dabei ist zu beachten, das Vgs(th) im allgemeinen
für ID = 250μA gilt. Also Kennlinien beachten.
Das Gate sollte über einen R mit GND verbunden werden, damit das Gate
standardmässig geschlossen ist.
Was ich nicht rauslesen konnte:
Muss ich von Vgs(th) die Forward voltage abziehen?
Wenn zwischen IO-Pin und Gate ein R zur Schwingungsdämpfung geschaltet
wird, reduziert das den Spielraum bzgl der Spannung weiter?
Also: Nach welcher Spannung muss ich bei der Suche nach einem N-Mosfet
Ausschau halten?
c) Schaltung gegen VCC mit P-Mosfet
Wenn ich hier den IO-Pin an das Gate nehmen würde, hätte ich bei low und
bei high immer noch ein offenes Gate, weil 0v-18V=-18V und
3v3-18V=-14.7V -> Gate offen.
Ich brauche also einen N-Mosfet, mit dem ich das Gate gegen Masse ziehen
kann. Hier gilt wiederum, der N-Mosfet muss mit den zur Verfügung
stehenden 3v3 durchschalten können. (siehe b) (Kann man nicht hier
einfach einen BJT nehmen?)
Das Gate des P wird mit Vcc verbunden, damit das Gate von P ohne
Durchsteuerung von N geschlossen bleibt.
Was mir nicht klar ist: Der Pullup vom P-Mosfet Gate zu Vcc; wie muss
der dimensioniert werden?
d) BJT
Das ganze geht prinzipiell auch mit BJT, nur das ich dann die Probleme
mit den Spannungen zur Ansteuerung nicht habe, weil Stromgesteuert.
So, nu rufe ich mal in Houston an, wo noch Platz im Museum wäre.
Grüße in die Runde!
Deine Schaltung geht so nicht - und zwar prinzipiell nicht.
Überlege mal, was passiert, wenn du den Pegel des Gates mal auf 0 Volt
und mal auf +3.3 Volt setzt. Dann wird sich die Spannung am Source auf
einen Wert einstellen, der gleich Ugate - Uschwell des betreffenden
FET's beträgt. Da diese zumeist bei heutigen "Logik"-Fets im Bereich 1.5
bis 2.5 Volt beträgt, wird dein Source also bestenfalls von 0 Volt bis
0.8..1.8 Volt zu schalten sein - egal wie hoch die Spannung am Drain
ist.
Das einzige, was hier überhaupt geht, wäre Source auf GND zu klemmen und
die Last nebst Rückschlagdiode an Drain und gegen deine +18 Volt zu
schalten.
Alternativ kannst du natürlich auch einen Kleinsignal-Transistor nehmen,
ihn an Basis (mit Vorwiderstand) ansteuern, Emitter auf GND,
Arbeitswiderstand (einige kOhm) gegen ne Diode und die an +18 Volt, dann
deinen FET mit Gate an den Kollektor, Drain an +18 Volt, Last zwischen
Source und GND und (nicht zu vergessen) einen Booster-Elko zwischen
Source und die genannte Diode. Damit der FET am Gate eine höhere
Spannung kriegen kann als am Drain.
Nochwas: Aus Sicht eines µC ist das Gate eines Fet's ein Kondensator
gegen Source im Bereich von 1 nF oder etwas mehr. Wenn du beim
Umschalten dein Portpin nicht überlasten willst, mußt du zwischen
Portpin und Gate also einen passenden Widerstand zum Strombegrenzen
schalten, was wiederum die ganze Schalterei langsam macht. Ob das dein
Fet in deiner Anwendung mitmacht, müßtest du dir ausrechnen.
W.S.
Da hat sich deine zweite Recherche doch gelohnt.
b) sieht gut aus.
Vgs hat nichts mit der vorward Spannung zu tun.
Gate kommt an den Controller und Souce ist an Masse.
Wenn dein Controller nun 3,3V ausspuckt, dann hast du Vgs=3,3V
Der Widerstand zwischen Pin und Gate bildet einen Spannungsteiler mit
dem GND Widerstand. Wenn du bleide gleich groß wählen würdest, dann
halbiert sich die Gate-Spannung und somit auch der "Spielraum".
Deine Schwingungsdämpfung muss also viel kleiner sein als dein Pull-down
Widerstand, so ca. mindestens Faktor 100 würde ich empfehlen.
c) ebenfalls richtig verstanden
Der VCC zu P-Gate Widerstand muss nur eine Spannung liefern und evtl.
Leckströme/Schaltströme ins Gate liefern. Es kommt auf deine Anwendung
an, je höher die Schaltfrequenz, desto kleiner muss der Widerstand sein.
für eine genaue Berechnung brauchst du das Mosfet Datenblatt.
Ein normaler Bastelwert sind irgendwas zwischen 10k und 100k Ohm
W.S. schrieb:> Deine Schaltung geht so nicht - und zwar prinzipiell nicht.
Wenn Du das Schema oben meinst, ja. Habe gelernt, die ist Grütze.
>> Überlege mal, was passiert, wenn du den Pegel des Gates mal auf 0 Volt> und mal auf +3.3 Volt setzt. Dann wird sich die Spannung am Source auf> einen Wert einstellen, der gleich Ugate - Uschwell des betreffenden> FET's beträgt. Da diese zumeist bei heutigen "Logik"-Fets im Bereich 1.5> bis 2.5 Volt beträgt, wird dein Source also bestenfalls von 0 Volt bis> 0.8..1.8 Volt zu schalten sein - egal wie hoch die Spannung am Drain> ist.>> Das einzige, was hier überhaupt geht, wäre Source auf GND zu klemmen und> die Last nebst Rückschlagdiode an Drain und gegen deine +18 Volt zu> schalten.
Du meinst Low Side Schalter.
>> Alternativ kannst du natürlich auch einen Kleinsignal-Transistor nehmen,> ihn an Basis (mit Vorwiderstand) ansteuern, Emitter auf GND,> Arbeitswiderstand (einige kOhm) gegen ne Diode und die an +18 Volt, dann> deinen FET mit Gate an den Kollektor, Drain an +18 Volt, Last zwischen> Source und GND und (nicht zu vergessen) einen Booster-Elko zwischen> Source und die genannte Diode. Damit der FET am Gate eine höhere> Spannung kriegen kann als am Drain.>
Du meinst einen Bootstrap?
Du beziehst Dich bis hier her nur das Schema in Post 1? Oder auf meine
neuen Neuronenverknüpfungen von 18:40?
> Nochwas: Aus Sicht eines µC ist das Gate eines Fet's ein Kondensator> gegen Source im Bereich von 1 nF oder etwas mehr. Wenn du beim> Umschalten dein Portpin nicht überlasten willst, mußt du zwischen> Portpin und Gate also einen passenden Widerstand zum Strombegrenzen> schalten, was wiederum die ganze Schalterei langsam macht. Ob das dein> Fet in deiner Anwendung mitmacht, müßtest du dir ausrechnen.
Jupp. Habe ich eingeplant, siehe 18:40. Geschaltet wird nur auf manuelle
Auslösung hin für 250ms.
>> W.S.
Danke!
Umsteiger schrieb:> Da hat sich deine zweite Recherche doch gelohnt.>> b) sieht gut aus.> Vgs hat nichts mit der vorward Spannung zu tun.> Gate kommt an den Controller und Souce ist an Masse.> Wenn dein Controller nun 3,3V ausspuckt, dann hast du Vgs=3,3V>
Super, danke!
> Der Widerstand zwischen Pin und Gate bildet einen Spannungsteiler mit> dem GND Widerstand. Wenn du bleide gleich groß wählen würdest, dann> halbiert sich die Gate-Spannung und somit auch der "Spielraum".> Deine Schwingungsdämpfung muss also viel kleiner sein als dein Pull-down> Widerstand, so ca. mindestens Faktor 100 würde ich empfehlen.>
Das Wort Spannungsteiler kam mir auch in den Sinn, deswegen auch die
Frage. Danke für die Erläuterung!
> c) ebenfalls richtig verstanden> Der VCC zu P-Gate Widerstand muss nur eine Spannung liefern und evtl.> Leckströme/Schaltströme ins Gate liefern. Es kommt auf deine Anwendung> an, je höher die Schaltfrequenz, desto kleiner muss der Widerstand sein.> für eine genaue Berechnung brauchst du das Mosfet Datenblatt.> Ein normaler Bastelwert sind irgendwas zwischen 10k und 100k Ohm
Wenn ich von VCC nach Masse schalte, muss ich mit dem R nicht aus die
Spannung regulieren, die das Gate verträgt? (Vgss, R3 in Schema) Also
wenn Vcc 24V sind, aber Vgss nur 20V verträgt?
Danke! Ihr seid Klasse!
D1 ist jetzt kurzgeschlossen.
Kannst dir auch mal die BTS Bauteilreihe von Infineon ansehen, die sind
als integrierte Highside switches gedacht und komplett mit
Kurzschlussschutz.
Ist praktisch, wenn das Ventil extern an die Schaltung angeschlossen
werden soll.
Flo schrieb:> D1 ist jetzt kurzgeschlossen.> Kannst dir auch mal die BTS Bauteilreihe von Infineon ansehen, die sind> als integrierte Highside switches gedacht und komplett mit> Kurzschlussschutz.> Ist praktisch, wenn das Ventil extern an die Schaltung angeschlossen> werden soll.
Du meinst weil A und K verbunden sind? Da war ich eben in KiCad zu
schnell...
Stefan schrieb:> Vielleicht solltest du einen neuen Schaltplan malen. Sonst geht hier> alles querbeet.
Dann auch vielleicht nicht mit sehr originellen PNP und NPN MOSFETs ;-)
Zauberelf schrieb:> Wenn ich von VCC nach Masse schalte, muss ich mit dem R nicht aus die> Spannung regulieren, die das Gate verträgt? (Vgss, R3 in Schema) Also> wenn Vcc 24V sind, aber Vgss nur 20V verträgt?
Du hast Recht, das muss beachtet werden.
Du darfst das Gate in dann nicht komplett auf Masse ziehen
durchschalten, sonst überschreitest du die maximale Vgs.
Eine Z-Diode in Reihe Q1-Drain zu R3-Gate, oder ein Widerstand der mit
R3 einen berechneten Spannungsteiler bildet sollte das Problem
kompensieren.
