Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik High Side Switch Problem


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von Tony S. (tooony)


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Hallo in die Runde,

bei mir macht aktuell ein High Side Switch Probleme. Mit LTspice habe 
ich die folgende Schaltung simuliert und gleichermaßen mal real 
aufgebaut. Grundlegend sollen 24 Volt an und aus geschalten werden. Auf 
dem Breadboard funktioniert das so wie gewünscht - in der Simulation 
leitet der P-Mosfet dennoch, obwohl V2 0V hat. Der Spannungsteiler R2/R3 
ist drin, weil der BSS84 keine 24 Volt am Gate verträgt. Anbei habe ich 
das Bild der Simulation der Ausgangsspannung mal angehangen. Kann mir 
einer die erklären wieso die Simulation dieses Ergebnis ausspuckt?

Setze ich anch dem BSS84 noch einen Lastwiderstand (1K) funktioniert es 
in der Simulation wie gewünscht.

Aufbauend auf dieses Thema möchte ich die 24 Volt mittels eines High 
Side Switch zu und wegschalten (an einer Schraubklemme). Gesteuert würde 
über einen AVR. Ströme bis 3..4A können hierbei auftreten. Taugt der 
Ansatz aus meinem aktuellen High Side Treiber dafür (natürlich mit 
anderem, passendem P-Mosfet) oder kann jemand eine bessere Alternative 
vorschlagen?

Danke euch!

Gruß,
Tony

: Verschoben durch Moderator
von Jim M. (turboj)


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Mach mal einen 10M Widerstand nach GND rein - das entspricht dem 
Innenwiderstand eines modernen Multimeter.


Der offene Drain am P-Channel Mosfet hätte +24V Spannung, weil er sich 
nirgendwo in der Simulation entladen kann.

In der realen Welt könntest Du als Gegenprobe ohne Lastwiderstand einmal 
nach GND und einmal nach +24V "messen". Dabei wird in beiden Fällen um 
0V raus kommen.

von Falk B. (falk)


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@ Tony S. (tooony)

>leitet der P-Mosfet dennoch, obwohl V2 0V hat.

Nö, die SPANNUNG am Drain sinkt nur langsam, weil keinerlei Last 
angeschlossen ist. Eigentlich müßte LT-Spice meckern, denn es darf 
niemals ein Bauteil mit nicht angeschlossenem Pin geben. Schalt mal 1k 
als Last dran.

>Setze ich anch dem BSS84 noch einen Lastwiderstand (1K) funktioniert es
>in der Simulation wie gewünscht.

Eben! Wer soll denn die Spannung an Drain entladen? Drain hat ein paar 
Dutzend pF Kapazität nach Source, die halten die Spannnung. Der Rest 
sind Leckströme

>über einen AVR. Ströme bis 3..4A können hierbei auftreten. Taugt der
>Ansatz aus meinem aktuellen High Side Treiber dafür (natürlich mit
>anderem, passendem P-Mosfet) oder kann jemand eine bessere Alternative
>vorschlagen?

Nimm einen fertigen High Side Switch, die haben Profis gebaut, die sind 
DEUTLICH robuster.

von M.A. S. (mse2)


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Tony S. schrieb:
> Kann mir
> einer die erklären wieso die Simulation dieses Ergebnis ausspuckt?

Vermutlich schon:

Dein MOSFET-Ausgang von M2 schwebt in der Luft. Da der MOSFET immer 
einen endlichen Leitwert hat (auch wenn dieser sehr nahe bei Null 
liegt), leitet er und es ist an D und S das gleiche Potential.

Das ändert sich, wenn Du eine Last (kann einfach ein relativ hoher 
Widerstand sein) zwischen GND und den Ausgang legst.

von Mad (Gast)


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Nicht nur in der Simulation auch in der realen Welt gehört da, je nach 
Last, ein Pull-Down dran.

von my2ct (Gast)


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Mad schrieb:
> Nicht nur in der Simulation auch in der realen Welt gehört da, je nach
> Last, ein Pull-Down dran.

In der realen Welt hängt an einem High-Side Switch gewöhnlich eine Last 
dran. Das Problem ist gänzlich theoretischer Natur.

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Mad schrieb:
> Nicht nur in der Simulation auch in der realen Welt gehört da, je nach
> Last, ein Pull-Down dran.

my2ct schrieb:
> In der realen Welt hängt an einem High-Side Switch gewöhnlich eine Last
> dran. Das Problem ist gänzlich theoretischer Natur.

Auch in der Praxis gehört da nicht unbedingt ein Pulldown dran.
Oder eine Last.

In der Praxis ist sogar die Spannung an dem Punkt recht egal, wenn da 
nichts dran hängt. (solange das von der Spezifikation des Transistors 
gedeckelt wird)


> Das Problem ist gänzlich theoretischer Natur.
So ist es!

: Bearbeitet durch User
von Tony S. (tooony)


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Vielen Dank für eure Antworten!

Wie hoch sollte der Drain Widerstand etwa ausfallen, beispielsweise für 
induktive Lasten oder für "normale" Signalpegel?

Falk B. schrieb:
> Nimm einen fertigen High Side Switch, die haben Profis gebaut, die sind
> DEUTLICH robuster.

Kann mir jemand aus seiner Erfahrung geeignete Treiber empfehlen, die 4A 
schalten können?

Gruß,
Tony

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Die Dinger heißen ProFET
Und die die meisten findest du in der BTS Reihe.

https://www.infineon.com/cms/de/product/power/smart-low-side-high-side-switches/automotive-smart-high-side-switch-profet/
Für dich dürften die "Classic PROFET" ausreichend sein

von Relais (Gast)


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BTS462 oder BTS428L2?

von Achim S. (Gast)


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Tony S. schrieb:
> Wie hoch sollte der Drain Widerstand etwa ausfallen, beispielsweise für
> induktive Lasten oder für "normale" Signalpegel?

Wenn du eine induktive Last daran hast, dann brauchst keinen Pulldown. 
(Über eine Freilaufdiode solltest du dir dann aber ggf. Gedanken 
machen).

Wenn du mit "normale Signalpegel" meinst, dass du ein 24V Logiksignal 
erzeugen willst (z.B. für einen hochohmigen SPS-Eingang), dann kommt es 
darauf an: wie schnell wilst du schalten? Und wie groß ist der maximale 
Eingangsstrom der SPS?

Tony S. schrieb:
> Kann mir jemand aus seiner Erfahrung geeignete Treiber empfehlen, die 4A
> schalten können?

Der BSS84 war hoffentlich nicht für die 4A gedacht. Besser geeignete 
(Leistungs)Halbleiter wurden ja schon genannt.

von Mirko (Gast)


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M.A. S. schrieb:
> Das ändert sich, wenn Du eine Last (kann einfach ein relativ hoher
> Widerstand sein) zwischen GND und den Ausgang legst.
Ich empfehle 470k bei normalen FETs und 47k bei Leistungs-MOS-Fets. Das 
entspricht den Leckströmen.

von Mad (Gast)


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my2ct schrieb:
> In der realen Welt hängt an einem High-Side Switch gewöhnlich eine Last
> dran. Das Problem ist gänzlich theoretischer Natur.

Da spricht ein Profi.

Es ist kein theoretisches Problem.

An einem P-Fet können Lasten hängen die so ein Verhalten verursachen.

Offene Ausgänge die überwacht werden. Hochohmige Lasten. Lasten die 
nicht permanenen Strom ziehen...

Völlig nebensächlich welche Anwendung, ob sinnvoll oder nicht. Dieses 
Verhalten kann in der realen Welt beobachtet werden und kann zu 
Problemen führen.

von Tony S. (tooony)


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Achim S. schrieb:
> Wenn du mit "normale Signalpegel" meinst, dass du ein 24V Logiksignal
> erzeugen willst (z.B. für einen hochohmigen SPS-Eingang), dann kommt es
> darauf an: wie schnell wilst du schalten? Und wie groß ist der maximale
> Eingangsstrom der SPS?

Genau das meinte ich damit. Für mich sind da zunächste Signale relevant 
die entweder "gelegentlich" geschalten werden bis hin zum unteren Hz 
Bereich. Der maximale Eingangsstrom ist mir aktuell nicht bekannt.

Achim S. schrieb:
> Der BSS84 war hoffentlich nicht für die 4A gedacht. Besser geeignete
> (Leistungs)Halbleiter wurden ja schon genannt.

Nein, das war erstmal nur zum testen bzw. vielmehr für SPS Logikpegel.

von Achim S. (Gast)


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Tony S. schrieb:
> Genau das meinte ich damit. Für mich sind da zunächste Signale relevant
> die entweder "gelegentlich" geschalten werden bis hin zum unteren Hz
> Bereich.

Dann darf der Pulldown auch recht hochohmig sein. Das Produkt aus 
Pulldown-Widerstand mal Kapazität an dem Knoten gibt dir die 
Zeitkonstante der Schaltflanke. Mit dem beliebtesten aller Widerstände 
(10kOhm ;-) liegst du nicht völlig verkehrt. Wenn du Energie sparen 
willst geht bei denen Schaltfrquenzen eauch was höherohmiges.

Tony S. schrieb:
> Der maximale Eingangsstrom ist mir aktuell nicht bekannt.

Der Strom durch den Pulldown muss deutlich größer sein als der maximale 
(Leck)Strom von Transistor und von getriebenem Logikeingang. Wenn deine 
SPS beispielsweise am Eingang einen hochohmigen Pullup besitzen sollte, 
muss dein Pulldown wesentlich niederohmiger sein. Wobei du in dem Fall 
natürlich ggf. ganz auf einen high-side Switch verzichten könntest.

Wenn der Pulldown-Strom nur in der Größenordnung der Leckströme liegt, 
bestimmen ggf. die Leckströme, welches Potential sich einstellt.

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