Hallo,
ich will mit einem µC einen PMOS ansteuern, der 12V schaltet. Ich
brauche also 12V für "FET leitet" und 8V für "FET sperrt".
Leider ist es nicht so leicht:
1. Es darf nicht mehr Verlustleistung geben, als wenn es ein NMOS wäre.
Also einfach mit einem Widerstand das Gate aufladen und mit einem NMOS
entladen ist nicht möglich, da während des leitenden Zustandes Leistung
verbrannt wird.
2. Er darf nicht langsamer schalten als ein NMOS, den ich direkt an den
µC anhänge. Die Treiberleistung von IO-Pins beträgt ja so um die 30mA.
Ich habe schon nach Gatetreibern mit Logikeingängen gesucht, aber die
haben direkt mal einen Ruhestrom von einigen hundert µA. Das beisst sich
also mit Anforderung #1.
Hat jemand einen Geheimtipp für mich?
Meine derzeit einzige Idee ist, einen OpAmp in einer Open-Loop Schaltung
zu missbrauchen. Die gibt es durchaus mit 10uA, allerdings müsste ich
erstmal ausrechnen, ob die überhaupt schnell genug sind. Ich habe da so
meine Zweifel.
Tomas schrieb:> PMOS ansteuern, der 12V schaltet. Ich> brauche also 12V für "FET leitet" und 8V für "FET sperrt".
Bist du sicher?
Zeig mal deine Schaltung!
Hi
Tomas schrieb:> 1. Es darf nicht mehr Verlustleistung geben, als wenn es ein NMOS wäre.
Da Du hier eine höhere Spannung brauchst, als der µC liefert, wirst Du
irgendwelche Umwege in Kauf nehmen müssen, um Diese zu bekommen.
Und ganz umsonst bekommt man Das nicht.
Dann werden FETs zwar per Spannung angesteuert, brauchen aber trotzdem
einen Strom, damit das Umschalten auch noch in diesem Jahr von Statten
geht.
Ok, braucht der N-FET auch.
Warum muß Das auf P-FET umgebaut werden?
(der geschaltete GND der Last, schon klar)
MfG
Schau mal, ob hier Anregungen für Dich dabei sind:
Beitrag "Re: 2A mit Transistor über AtTiny schalten"
(Auch die folgenden Beiträge in dem Thread lesen)
Da ich die Schaltungen für NMOS konzipiert hatte,
müssten sie natürlich invertiert/transponiert werden.
VG
Igel1
Du hast also einen I/O Pin (eines AVR o.ä.), der 30mA DC, also
dauerhaft, könnte. (Im DB steht vermutlich 40mA, aber man "de-rated" das
ja konservativ - gut.)
Tomas schrieb:> Es darf nicht mehr Verlustleistung geben, als wenn es ein NMOS wäre.> Er darf nicht langsamer schalten als ein NMOS, den ich direkt an den> µC anhänge.
Das ist aber bei 50kHz alles relativ. Ob Du Dir da um 100µA Sorgen
machen solltest, ist noch gar nicht klar. PMOS sind zugegeben
"schlechter" als NMOS, aber z.B. um mehrere A bei 50kHz zu schalten,
braucht es auch bei NMOS so einiges.
Da fielen o. g. Unterschiede evtl. gar nicht mehr so ins Gewicht.
Am besten wäre, Du würdest die Schaltung zeigen, sowie (am wichtigsten)
die Last spezifizieren. Dann kann man über real mögliche Bauteile und
deren Eigenschaften / "Bedürfnisse" nachdenken. Und/oder eine Änderung
der Schaltung.
Vielleicht findet man dann auch heraus, daß das, was Du anstrebst, gar
nicht geht - Deine Anforderungen scheinen hoch bis unerfüllbar - jetzt
aber weiß man das einfach noch nicht.
Tomas schrieb:> ich will mit einem µC einen PMOS ansteuern, der 12V schaltet.
"PMOS"? Meinst du einen p-Kanal MOSFET?
> Ich brauche also 12V für "FET leitet" und 8V für "FET sperrt".
Nein.
> Leider ist es nicht so leicht
Im Gegenteil. 12V sind ein Witz für praktisch jeden MOSFET-Treiber. Und
auch wenn so ein Ding "L-Side Driver" heißt, kann es trotzdem auch den
MOSFET auf der H-Side (von 12V) ansteuern.
PS: der Betreff ist selten dämlich gewählt. Verlustfrei = unmöglich
Tomas schrieb:> ich will mit einem µC einen PMOS ansteuern, der 12V schaltet. Ich> brauche also 12V für "FET leitet" und 8V für "FET sperrt".
Das ist ziemlich unwahrscheinlich.
> 1. Es darf nicht mehr Verlustleistung geben, als wenn es ein NMOS wäre.
Grundsätzlich sind, physikalisch bedingt, PMOS-Transistoren
schlechter als NMOS.
> Also einfach mit einem Widerstand das Gate aufladen und mit einem NMOS> entladen ist nicht möglich, da während des leitenden Zustandes Leistung> verbrannt wird.
Tja, die Physik lässt sich nun mal nicht überlisten.
> 2. Er darf nicht langsamer schalten als ein NMOS,
Tja, siehe oben.
> Hat jemand einen Geheimtipp für mich?
Wenn Du Deine geheime Schaltung veröffentlichst, vielleicht.
> Meine derzeit einzige Idee ist, einen OpAmp in einer Open-Loop Schaltung> zu missbrauchen.
OpAmps sind eher ungeeignet zum Treiben von FETs
Harald W. schrieb:> Tomas schrieb:>>> ich will mit einem µC einen PMOS ansteuern, der 12V schaltet. Ich>> brauche also 12V für "FET leitet" und 8V für "FET sperrt".>> Das ist ziemlich unwahrscheinlich.
Eher unmöglich. Ich habe die beiden Werte in der Hektik vertauscht. Er
sperrt natürlich bei Vgs=0, also bei 12V.
Joe F. schrieb:> Bei 3.3V am Output brauchst du natürlich einen FET, der mit V_Gs >-3.3V> zum Durchschalten auskommt (Logic-Level).
Ich habe es sogar jetzt Dank dem Tipp mit dem Bootstrapping (dämliches
Wort) mit einem NMOS hinbekommen.
10V
|
4V ---------S D G -------||(10uF)-----µC (0V/3.6V)
| |
->|--
Ist der µC auf 0V, lädt sich der C auf. Bringe ich den µC auf HIGH, habe
ich beim Gate S+3.6V. Zumindest bis der Leckstrom der Diode den C
entladen hat. Aber dafür habe ich eine mit 3uA genommen.
Danke für den TIPP!!!!
Joe F. schrieb:> Bei 3.3V am Output brauchst du natürlich einen FET, der mit V_Gs >-3.3V> zum Durchschalten auskommt (Logic-Level).
... und einen Mikrocontroller der für jeweils sehr kurze Zeit ein
paarhundert Milliampere am Ausgang verträgt ;-)
@Joe F.: bist Du sicher, dass die Schaltung ohne Schutzwiderstand (vor
oder hinter C1) dauerhaft funktioniert?
Und wenn Du einen Schutzwiderstand spendierst, um den Strom in/aus dem
MC zu beschränken, so müßte der bei einem Spannungshub von 5V und einem
max. Strom von 30mA den folgenden Wert haben: R = U / I = 5 / 30mA =
167 Ohm
Das wiederum ergibt eine RC-Zeitkonstante von tau = R * C = 167 Ohm *
100nF = 16,7 us. Bei 50kHz hast Du aber nur 10us Umladezeit.
Die Alternative "Kondensator verkleinern" geht auch nur bis zu einem
gewissen Grad, weil Du sonst nicht genügend Ladung aus dem PMOS
herausziehen kannst, um dessen Gatespannung hinreichend zu erniedrigen.
Das muss nicht unbedingt, aber es könnte alles etwas knapp werden.
Müsste man mal in Ruhe durchrechnen oder simulieren (by the way: welches
Simulationsprogramm benutzt Du da?)
Viele Grüße
Igel1
Matthias S. schrieb:> Mir ist nicht ganz klar, was gegen die simpelste Schaltung von allen> spricht. Bitte mal um Info.
Der TO hatte folgende Randbedingung aufgestellt:
> 1. Es darf nicht mehr Verlustleistung geben, als wenn es ein NMOS wäre.> Also einfach mit einem Widerstand das Gate aufladen und mit einem NMOS> entladen ist nicht möglich, da während des leitenden Zustandes Leistung> verbrannt wird.
Diese Randbedingung würde Deiner Schaltung widersprechen.
Ob die Randbedingung allerdings sinnvoll ist (insbesondere wenn
anschließend mit dem PMOS möglicherweise große Ströme geschaltet werden)
- das bleibt bislang das Geheimnis des TO.
"hooh..." hatte bereits danach gefragt, aber der TO scheint leider nach
Diktat verschwunden.
Viele Grüße
Igel1
Andreas S. schrieb:> Und wenn Du einen Schutzwiderstand spendierst, um den Strom in/aus dem> MC zu beschränken
Ja das sollte man machen. In meiner Simulation (LTSpice) hat die
Spannungsquelle für die 50 KHz einen Serienwiderstand von 30 Ohm,
zusätzliche externe 33, 47, 100 Ohm sind sicher kein Fehler ->
ausprobieren wie "schwach" man das Signal machen kann, ohne dass der FET
zu langsam schaltet und warm wird.
Andreas S. schrieb:> Die Alternative "Kondensator verkleinern" geht auch nur bis zu einem> gewissen Grad, weil Du sonst nicht genügend Ladung aus dem PMOS> herausziehen kannst, um dessen Gatespannung hinreichend zu erniedrigen.
Auch das ist vollkommen richtig, kann man aber mit dem Oszilloskop sehr
einfach kontrollieren: wenn der C zu klein ist, ist der Spannungshub
nicht mehr ausreichend, oder nicht mehr "rechteckig" genug, sondern eher
trapezförmig.
Serienwiderstand und C müssen so dimensioniert sein, dass die
Flankensteilheit ausreicht, und die Gatespannung auch am Ende einer 50
KHz Halbperiode immer ausreichend hoch oder niedrig ist.
Die von TO verwendeten 10uF kommen mit aber deutlich überdimensioniert
vor.
Matthias S. schrieb:> Mir ist nicht ganz klar, was gegen die simpelste Schaltung von allen> spricht. Bitte mal um Info.
Dagegen sprechen 50000 Hertz.
Ein bißchen muß man die Schaltung schon aufmotzen.
A. K. schrieb:> Und selbst dann scheitert sie an dem Problem aller Probleme: sie darf> keinen Strom verbrauchen.
Diese Forderung halte ich für blanken Unsinn.
Allerdings: Ohne Eingangsspannung sind alle Transistoren stromlos.
So wird die Forderung nach 0-Strom wenigstens zur Hälfte erfüllt.
der schreckliche Sven schrieb:> Diese Forderung halte ich für blanken Unsinn.
Klar. Wenn der MOSFET bissel was drauf hat, dürfte der dynamische
Verbrauch bei 50kHz ohnehin einen wesentlichen Anteil ausmachen.
Bei einer ziemlich statischen Schaltung wärs was anderes.
"Keinen Strom verbrauchen" wurde wiedermal wörtlich genommen, deshalb
hier genauer: Der Energieverbrauch darf pro Zyklus (an/aus) 50nJ nicht
überschreiten. Ich wollte euch nicht mit Details langweilen.
der schreckliche Sven schrieb:> Matthias S. schrieb:>> Mir ist nicht ganz klar, was gegen die simpelste Schaltung von allen>> spricht. Bitte mal um Info.>> Dagegen sprechen 50000 Hertz.> Ein bißchen muß man die Schaltung schon aufmotzen.
1k gegen Masse ist ein NOGO.
Tomas schrieb:> ich will mit einem µC einen PMOS ansteuern, der 12V schaltet. Ich> brauche also 12V für "FET leitet" und 8V für "FET sperrt".
Und Ich will, dass heute Vollmond ist...
Passt leider nicht, genau so, wie Du es beschrieben hast....
Tomas schrieb:> Meine derzeit einzige Idee ist, einen OpAmp in einer Open-Loop Schaltung> zu missbrauchen. Die gibt es durchaus mit 10uA, allerdings müsste ich> erstmal ausrechnen, ob die überhaupt schnell genug sind.
Verstehe ich das richtig?
Deine Ansteuerung darf keinen Strom verbrauchen, bei Deinem µC ist es
aber egal?
Also mit der Bedingung, dass es nicht (bzw. nur minimal) mehr Energie
verbrauchen darf, als wenn man einen NMOS direkt an einen µC hängt, ist
bisher die Bootstrap-Lösung ganz weit vorne. Bei einem Leckstrom von 3uA
komme ich auf einen Mehrverbrauch von 300pJ pro Zyklus.
3uA*10us*10V=300pJ
Mani W. schrieb:> Tomas schrieb:>> Meine derzeit einzige Idee ist, einen OpAmp in einer Open-Loop Schaltung>> zu missbrauchen. Die gibt es durchaus mit 10uA, allerdings müsste ich>> erstmal ausrechnen, ob die überhaupt schnell genug sind.>> Verstehe ich das richtig?
Nein.
> Deine Ansteuerung darf keinen Strom verbrauchen, bei Deinem µC ist es> aber egal?
Sie darf nicht MEHR Energie verbrauchen, als wenn ich einen NMOS direkt
via µC ansteuere. Jeder Zyklus benötigt Qg*V Joule.
Tomas schrieb:> Ich habe es sogar jetzt Dank dem Tipp mit dem Bootstrapping (dämliches> Wort) mit einem NMOS hinbekommen.>> 10V> |> 4V ---------S D G -------||(10uF)-----µC (0V/3.6V)> | |> ->|-->> Ist der µC auf 0V, lädt sich der C auf. Bringe ich den µC auf HIGH, habe> ich beim Gate S+3.6V.
Nein: du hast am Gate nicht U_S+3,6V sondern 4V+3,6V. Wenn die
Sourcespannung konstant 4V sein sollte, das macht das keinen
Unterschied.
Aber wenn die Sourcespannung durch den einsetzenden Stromfluss ansteigt
(was bei den meisten Lasten üblich ist), dann verschiebt sich das Gate
dabei nicht mit nach oben. Das würde es bei einer tatsächlichen
Bootstrap-Schaltung tun, in deiner Schaltung bleibt es bei 7,6V kleben.
Die 10V vom Drain kannst du damit nicht niederohmig durchschalten. (Und
die 12V aus dem Urpsrungspost finde ich irgendwie gar nicht wieder).
Deine aktuelle Lösung funktioniert nur dann zum niederohmigen Schalten,
wenn das Sourcepotential (die 4V "an der Last") einigermaßen fest ist
und das Drainpotential (die 10V "Versorgung") variabel. Also
meinetwegen, wenn an der Source ein Akku hängt und am Drain eine
Solarzelle.
Achim S. schrieb:> Tomas schrieb:>> Ich habe es sogar jetzt Dank dem Tipp mit dem Bootstrapping (dämliches>> Wort) mit einem NMOS hinbekommen.>>>> 10V>> |>> 4V ---------S D G -------||(10uF)-----µC (0V/3.6V)>> | |>> ->|-->>>> Ist der µC auf 0V, lädt sich der C auf. Bringe ich den µC auf HIGH, habe>> ich beim Gate S+3.6V.>
Hmmm - ich fürchte, ich muss Achim S. zustimmen: Dat würt nüscht.
Nehmen wir an, Du bekommst Deinen 10uF Kondensator auf 3,7V aufgeladen,
so kannst Du durch Schalten des µC's das Gate-Potential von 3,7V auf
7,3V anheben. (by the way: ich stimme Joe F. zu: 10uF sind vermutlich
um einen Faktor 10-100 zu groß).
Ist der µC-Pin also HIGH, so liegt das Gate Deines NMOS 3,3V über
dem Source-Potential. Ein Logic-Level NMOS schaltet da schon ganz
hübsch durch. Ein Non-Logic-Level NMOS rührt sich eher nicht.
Nehmen wir also im weiteren an, dass Du einen LL-NMOS verwendest
(weil ein Non-LL-NMOS ja eben im HIGH-Falle nicht funktioniert).
Nun schaltest Du den µC auf 0V und ziehst damit das Gate auf ca.
0,3V unter Source-Spannung (im ersten Moment noch 4V). Damit sperrt
der NMOS und nun setzt vermutlich das Problem ein: Sollte ein
Verbraucher an Source hängen, der die besagten 4V Spannungsabfall
generiert hat, so ist damit ab sofort Schluß: kein Strom, kein
Spannungsabfall ...
Dann liegen in unserem Gedankenmodell also plötzlich 0V an Source an.
An Gate liegen jedoch nach wie vor 3,7V an.
Ein LL-NMOS öffnet also wieder schön brav ...
Letztendlich wird sich das Spielchen so einpegeln, dass die Source-
Spannung etwa um die Threshold-Spannung gegenüber der Gatespannung
niedriger sein wird. Je nach Strom, den Du mit Deinem NMOS schalten
willst, dürfte jetzt der erste Rauch aufsteigen, weil der NMOS
irgendwie nur so "halb" aufmacht.
Funktionieren tut das Ganze nur in dem von Achim S. beschriebenen Fall:
> Deine aktuelle Lösung funktioniert nur dann zum niederohmigen Schalten,> wenn das Sourcepotential (die 4V "an der Last") einigermaßen fest ist> und das Drainpotential (die 10V "Versorgung") variabel. Also> meinetwegen, wenn an der Source ein Akku hängt und am Drain eine> Solarzelle.
@Tomas: spendier uns mehr Informationen:
- Wieviel Strom fließt durch den NMOS?
- Was liegt an Source an? (Akku oder (induktive?/resistive?) Last ?)
- Was soll die Schaltung überhaupt machen?
- Und warum ist der Energieverbrauch am Gate so wichtig?
Ohne diese Infos macht's hier irgendwie keinen richtigen Spass.
Viele Grüße
Igel1
Nachträgliches Edit: Uppps - da haben sich unsere Beiträge
überschnitten. Während Dir die Erkenntnis kam, war ich noch am Tippen
...
Trotzdem wäre es super, wenn Du etwas mehr Infos spendieren würdest ...
Tomas schrieb:> Dann muss es wohl doch ein PMOS sein.
Einen Tod muss man halt sterben.
Entweder nimmt man die etwas höheren Verluste des p-ch Fets im Vergleich
zum n-ch FET in Kauf, dann funktioniert die einfache Lösung mit dem
Kondensator.
Oder man ist auf den niedrigen Rds_on des n-ch FETs angewiesen, benötigt
dann aber einen High-Side Gate Treiber (mit integrierter Charge-Pump),
um aus dem 0V/3.3V Ansteuersignal ein 0V/~16V Gate Signal (bei +12V
Versorgung) für den n-ch FET zu machen.
Dieser Treiber verbraucht dann aber zusätzliche Energie, da führt kein
Weg daran vorbei.
Kommt eben auf die Anwendung an, welcher Verlust geringer ist.
Yep - so schaut's aus.
Aber schau'n wir mal, ob uns Tomas noch ein paar Infos spendiert:
- Wieviel Strom fließt durch den NMOS?
- Was liegt an Source an? (Akku oder (induktive?/resistive?) Last ?)
- Was soll die Schaltung überhaupt machen?
- Und warum ist der Energieverbrauch am Gate so wichtig?
Viele Grüße
Igel1
