Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Last mit N-MOSFET schalten: Durch Datenleistungen fliesst trotzdem Strom


von LordJaxom (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo zusammen,

ich bastele gerade an einem Spielzeug mit APA102-gesteuerten 
LED-Stripes. Als Mikrokontroller kommt ein Teensy-LC zum Einsatz.

Das ganze soll für den Batteriebetrieb ausgelegt sein, also im 
"ausgeschalteten" (also Standby-) Modus möglichst wenig Strom 
verbrauchen. Deshalb wird die gesamte Schaltung mit 3.7V (bis zu 4.2V) 
einer LiIon-Zelle versorgt. Der uC hat einen integrierten 
Spannungsregler und arbeitet mit 3.3V.

Mein Problem ist, dass die LEDs im ausgeschalteten Zustand locker 15 mA 
verbraten, was für den vorgesehenen Zweck eindeutig zu viel ist. Jetzt 
habe ich mir überlegt denen den Strom einfach abzuklemmen, wenn das 
Gerät im Standby ist. Dafür habe ich o.g. N-MOSFET (IRLIZ44N) zwischen 
Masse der LEDs und der Masse der Batterie. Was ich nicht bedacht hatte, 
war, dass die LEDs durch die Datenleitungen ja auch noch mit der Masse 
verbunden sind.

Wenn das MOSFET sperrt, fließt also trotzdem noch Strom ab, was sich 
durch einen Verbrauch von 50 mA und ein unartikuliertes Flackern 
diverser LEDs äußert. Ich habe auch versucht, die Ports vom uC a) zu 
deaktivieren und alternativ b) auf HIGH zu schalten, damit hier eben 
keine Masse mehr anliegt. Leider scheint die Differenz zw. 3.8V und 3.3V 
auszureichen, um die LEDs immernoch flackern zu lassen.

Gibt es irgendeine Möglichkeit, aus diesem Dilemma mit den vorhandenen 
oder anderen Allerweltsbauteilen zu entkommen?

Alternativ, würde eine High-Side Schaltung mit einem entsprechenden 
P-MOSFET funktionieren, um den LEDs den Strom zu klauen? Würde ich hier 
nicht wegen der Potentialdifferenz (3.3V am Gate, 3.7V an Source) 
ebenfalls Probleme bekommen? P-MOSFETS müsste ich erst noch bestellen, 
deshalb wüsste ich gern vorher, ob das auch klappt :-)

Liebe Grüße,
Jax

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

LordJaxom schrieb:
> zwischen Masse der LEDs und der Masse der Batterie.
Es ist im Allgemeinen eine überaus schlechte Idee, die Masse 
abzutrennen. Denn alle Daten im Datenblatt beziehen sich auf die Masse. 
Und die hängt jetzt plötzlich irgendwo in der Luft. Als Konsequenz 
werden gleich mal einige Grenzwerte aus dem Datenblattabschnitt 
"ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS" verletzt. Das hat zur Folge, dass der 
Hersteller die zuverlässige Funktion auch nach Wiederherstellen einer 
vernünftigen Masse NICHT MEHR GARANTIERT.

Ergo: korrigiere deinen Fehler, indem du einen HighSide-Sachelter 
einbaust. Das ist der einzige sinnvolle und zuverlässige Weg. Es ist 
hart, aber es ist einfach so...   ;-)

LordJaxom schrieb:
> Würde ich hier nicht wegen der Potentialdifferenz (3.3V am Gate, 3.7V
> an Source) ebenfalls Probleme bekommen?
1. Mit 0,4V leitet noch kein Mosfet.
2. Du kannst einfach noch eine Diode in die Gateleitung mit reinhängen, 
dann hast du "praktisch" 4V am Gate.
3. ein zusätzlicher Transistor/Mosfet würde da jeden Zweifel 
ausräumen...

: Bearbeitet durch Moderator
von Dirk K. (dekoepi)


Lesenswert?

Lustig, das habe ich gestern morgen auch praktisch lernen können, dass 
GND mit N-FET schalten bei einem Sensor mit Datenleitung nicht klappt. 
P-FET alleine klappt auch nicht, da ich mit 3,3V-GPIO 5V schalte - also 
einfach einen N-FET nehmen, der seinerseits den P-FET schaltet. Durch 
den Gate-Source-Widerstand kann der dann auch abschalten.

: Bearbeitet durch User
von batterie (Gast)


Lesenswert?

Das IC wird durch die Internen ESD-Schutzdioden der Datenleitungen 
weiterversorgt. Du solltest also dafür sorgen, diese auf GND zu 
schalten. Ansonsten spricht nichts gegen eine GND-seitige Abschaltung, 
wenn du danach neu initialisierst.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Hast Du mal gemessen, was der APA102 bei Helligkeit 0 selber verbraucht?
Vielleicht reicht das und Du must nix abschalten.
Das "Datenblatt" des APA102 kann man jedenfalls in der Pfeife rauchen, 
da stehen keinerlei Angaben drin. Die sollten sich schämen, sowas ein 
Datenblatt zu nennen.

von Jim M. (turboj)


Lesenswert?

batterie schrieb:
> Das IC wird durch die Internen ESD-Schutzdioden der Datenleitungen
> weiterversorgt. Du solltest also dafür sorgen, diese auf GND zu
> schalten

Nö: Wenn er GND abklemmt müssten die Datenleitungen auf HIGH Pegel 
liegen, sonst fliesst via Diode ein Strom.

von LordJaxom (Gast)


Lesenswert?

Erstmal Danke für die vielen Antworten, werde es erstmal mit P-Channel 
(alternativ N und P) versuchen.

Peter D. schrieb:
> Hast Du mal gemessen, was der APA102 bei Helligkeit 0 selber verbraucht?
> Vielleicht reicht das und Du must nix abschalten.

Ja habe ich, deshalb der ganze Aufriss :-D die Schaltung selbst 
verbraucht im Standby 2 mA, im Deep Sleep sogar noch weniger (ausserhalb 
der Skala meines Multimeters), und mit den APA102 auf Helligkeit 0 
verbraucht das Ganze immerhin 15-20 mA.

Jim Meba schrieb:
> Nö: Wenn er GND abklemmt müssten die Datenleitungen auf HIGH Pegel
> liegen, sonst fliesst via Diode ein Strom.

Habe ich auch versucht, jedoch scheint die Differenz zwischen den 3.3V 
Datenpegel und den 4.2V Versorgungsspannung (wenn die Batterie voll 
geladen ist) auszureichen, dass der APA102 "irgendwelchen Mist" macht.

Grüße,
der Jax

von M. V. (-_-)


Lesenswert?

LordJaxom schrieb:
> Habe ich auch versucht, jedoch scheint die Differenz zwischen den 3.3V
> Datenpegel und den 4.2V Versorgungsspannung (wenn die Batterie voll
> geladen ist) auszureichen, dass der APA102 "irgendwelchen Mist" macht.

Als dirty hack kann man die Datenpins auch tri-state schalten.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

M. V. schrieb:
> Als dirty hack kann man die Datenpins auch tri-state schalten.
Hilft nix, die Schutzdioden sind trotzdem da und leiten...

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.