Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 12 V Max 1 Ampere am Stm32 3,3V


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von Jörg B. (joerg-sh)


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Hallo zusammen,
ich muss wie im Betreff mehrere 12 V Verbraucher, LEDś, kleine Spulen 
etc. schalten. Ich hatte die Schaltung im Bild angedacht. Bevor ich 
jetzt Teile zum testen bestelle würde ich gerne wissen ob es so 
funktionieren kann oder ich besser ein anderes P Channel Mosfet benutzen 
sollte.
Für eine komplett andere Lösung wäre ich auch offen. Nur Highside sollte 
sie sein. Im Moment benutze ich einen L298N aber das wäre mir Bauteil 
mäßig viel zu groß.


Danke in voraus für eure Hilfe.

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von Wolfgang (Gast)


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Jörg B. schrieb:
> Bevor ich jetzt Teile zum testen bestelle würde ich gerne wissen ob es so
> funktionieren kann oder ich besser ein anderes P Channel Mosfet benutzen
> sollte.

Bevor du bestellst, könntest du zum Testen die Schaltung erstmal in 
LTSpice nachbauen. Wie stellst du dir in der Schaltung die Ansteuerung 
deines N-Kanal FETs vor? Wenn der FET durchgeschaltet ist, ist U_GS wie 
groß?
Da geht der FET kräftig in den Linearbetrieb und bei deinen Verbrauchern 
kommt von den 12V nur ein Bruchteil an.

von HildeK (Gast)


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Verlinke mal das Datenblatt. Ich habe auf die Schnelle keines gefunden.
Muss es so ein Exote sein oder gab es dafür einen besonderen Grund?

Jedenfalls ist in deinem Plan ein nMOSFET gezeichnet und selbst wenn es 
das Symbol des pMOSFET wäre, sind immer noch D und S vertauscht.
Zudem ist R3 etwas groß, er muss ja dafür sorgen, dass der FET auch 
wieder zügig abschaltet. Und falls du Spulen schalten willst, dann 
spendiere auch gleich noch eine Freilaufdiode an X1.

von Wolfgang (Gast)


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p.s.
Irgendetwas stimmt in deinem Schaltbild nicht.
Die Typenbezeichnung gehört anscheinend zu einem P-Kanal FET, 
eingezeichnet hast du einen N-Kanal FET. Da guck erstmal.
Mit einem P-Kanal FET funktioniert die Schaltung natürlich. Dafür musst 
du im Schaltbild allerdings Drain und Source vertauschen.

von Harald W. (wilhelms)


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HildeK schrieb:

> Verlinke mal das Datenblatt.

Es scheint ein p-Kanal zu sein:
https://www.taiwansemi.com/assets/uploads/datasheet/TSM650P03CX_B1811.pdf

von Maxim B. (max182)


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Jörg B. schrieb:
> Für eine komplett andere Lösung wäre ich auch offen. Nur Highside sollte
> sie sein.

Hallo,
für deine Zwecke sind Treiber von Microchip beinahe ideal. TC4422A kann 
Dauerstrom 2A verkraften, Spannung bis 18V. Gleichzeitig Pegelwandler 
und Schalter in einem SO-8. TC4420 kann Dauerstrom bis 1,5A. Beide haben 
auch Versionen mit Inversion: TC4421A und TC4429.
Gemeint ist, diese Treiber ohne zusätzlichen MOSFET, alleine.

P.S: auf deiner Schaltung hast du für P-MOSFET falschen Symbol gewählt, 
von N-MOSFET. Für P-MOSFET sollte Pfeil von Gate zeigen. Außerdem 
solltest du Drain und Source tauschen. So wie im Datenblatt steht.

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Es scheint ein p-Kanal zu sein

Danke fürs Datenblatt - eigentlich die Aufgabe des TO. Komisch, meine 
Suchmaschinen(n) habe nichts dergleichen gefunden 🙄.
Das hatte ich aus dem angehängten P schon entnommen, es gibt wohl auch 
den TSM650N als n-Kanal.

Der Typ hat nichts spezielles, ich hätte bei z.B. Reichelt einen 
IRLML2244 geholt, der allerdings nur bis 20V statt 30V UDS geht.
Aber beide haben das Problem, dass UGS_max = -12V ist, also sehr 
grenzwertig in der o.g. Schaltung.  Man sollte zwischen Gate und 
Kollektor noch einen Widerstand einbauen, ähnlich groß wie R3 oder eine 
Z-Diode mit 10V oder weniger an G und S.

von Maxim B. (max182)


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HildeK schrieb:
> Der Typ hat nichts spezielles

Niedrige Gate Threshold Voltage. Der Typ ist für gegebene Schaltung 
nicht optimal, für andere Verwendungen gedacht. Hier wäre etwas mit 
VGS(TH)=2...4 V gut, und VGS sollte natürlich nicht gleich wie Spannung 
in der Schaltung sein. Es gibt genug MOSFETs mit VGS=20V.
Qg könnte für so kleinen Transistor auch kleiner sein. Das ist 
allerdings Preis für unnötige hier niedrige VGS(TH).

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von HildeK (Gast)


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Maxim B. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Der Typ hat nichts spezielles
>
> Niedrige Gate Threshold Voltage.

Ja, ich habe mal wieder anders gedacht als geschrieben. Die Wahl eines 
exotischen Typs hätte ja einen besonderen Grund haben können, der bei 
Fast-Standard-BE von den üblichen Verdächtigen nicht zu finden ist. Dem 
ist aber nicht so: IRLML2244 z.B.

Natürlich hast du recht: die meisten können 20V UGS und wären hier 
sinnvoller.

von Jörg B. (joerg-sh)


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Ja hatte falsches Symbol.
So stimmt es hoffe ich.

Ich habe auch noch mal gemessen. Die Spulen die ich ansteuere brauchen 
4,2 A Hab mal IRFR 9024 MOSFET in Erwägung gezogen.

von Jens G. (jensig)


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>So stimmt es hoffe ich.

Nöö, immer noch nicht, denn man schrieb ja schon:

Dafür musst
du im Schaltbild allerdings Drain und Source vertauschen.

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von Dietrich L. (dietrichl)


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@Jörg B.: Wenn du wirklich den PDTC114ET verwenden willst, dann brauchst 
du R1 cund R2 nicht, denn die sind bereits eingebaut.
Oder willst du damit nur die eingebauten Widerstände darstellen, weil du 
kein passendes Symbol hast?

von Jörg B. (joerg-sh)


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Dietrich L. schrieb:
> @Jörg B.: Wenn du wirklich den PDTC114ET verwenden willst, dann brauchst
> du R1 cund R2 nicht, denn die sind bereits eingebaut.
> Oder willst du damit nur die eingebauten Widerstände darstellen, weil du
> kein passendes Symbol hast?

Genau so ;-)

von Jörg B. (joerg-sh)


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Jens G. schrieb:
> Dafür musst
> du im Schaltbild allerdings Drain und Source vertauschen.


so dann...

von samuel (Gast)


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Kannst du das Symbol nicht spiegeln (um x)?

Vgs von dem IR Mosfet ist zu klein, 10V

von Jörg B. (joerg-sh)


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samuel schrieb:
> Vgs von dem IR Mosfet ist zu klein, 10V

IRF 7316 MOSFET, P-CH, 30V

VGS +- 20 V ?

von Jörg B. (joerg-sh)


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SO

von Jens G. (jensig)


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>SO

Also es gibt schon paar einfache Grundregeln, die man einhalten sollte, 
wenn dem nix widerspricht, damit man beim Lesen des Plans keinen Knoten 
in den Kopf bekommt:
links der Eingang
rechts der Ausgang
oben die positivere Vertriebsspannung
unten die negativere Betriebsspannung

Also läßt man die zwei Ausgangsstrippen nach rechts gehen, und das 
rechte Massesymbol unten auf gleicher Höhe wie das andere Massesymbol.

Sollte zumindest bei einfacheren Schaltungen wie dieser schon möglich 
sein.
Aber rein elektrisch betrachtet ist Deine Schaltung inzwischen schon 
richtig, bis auf D1, deren Sinn ich nicht erkenne, und einem fehlenden 
Abblock-C zw. +12V und Masse direkt in der Nähe von Mosfet/Last.

von Jörg B. (joerg-sh)


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Jens G. schrieb:
> bis auf D1, deren Sinn ich nicht erkenne, und einem fehlenden
> Abblock-C zw. +12V und Masse direkt in der Nähe von Mosfet/Last.

Die saß falsch und war überflüssig ;-)

Wie Groß sollte der Kondensator sein?

von HildeK (Gast)


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Jörg B. schrieb:
> SO

Nein, immer noch nicht - tut mir leid.
D1 ist eigentlich im FET eingebaut, die brauchst du nicht extern, aber 
wenn du sie haben willst, dann ist sie verpolt. So wird sie unabhängig 
vom FET die 12V immer an die Last weitergeben.
Und D2 ist keine Z-Diode (ZD20), sondern einfach eine ganz normale 
Si-Diode, die aber genau so viel Stom können muss, wie der Laststrom 
durch eine angeschlossene Spule im eingeschalteten Zustand fließen kann. 
Mit einer 1N540x bist du auf der sicheren Seite.
Wie schon gesagt wurde, der PDTC114 ist ein Digitaltransistor, da kannst 
du auf R1 und R2 verzichten (sie sind schon eingebaut); wenn nein wie 
bei einem BC 547 z.B. sind sie richtig.

von Maxim B. (max182)


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Jörg B. schrieb:
> SO

Nein. Du hast Zener so geschaltet, daß er immer leiten wird. Dann hat 
MOSFET wenig Sinn: der Strom geht sowieso durch D1

von Manfred (Gast)


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Jens G. schrieb:
> bis auf D1, deren Sinn ich nicht erkenne,

Sie schützt den FET vor Strom, weil sie in Durchlassrichtung gepolt ist.

von Jürgen S. (avus)


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Maxim B. schrieb:
> TC4422A kann
> Dauerstrom 2A verkraften, Spannung bis 18V. Gleichzeitig Pegelwandler
> und Schalter in einem SO-8.
Weißt Du zufällig, ob es davon auch mehr als einen Kanal in einem 
SO-Gehäuse gibt? 4 Kanäle in z.B. SO-16 wären für PWM an 
WRGB-LED-stripes interessant.

von Harald (Gast)


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Jörg B. schrieb:
> Für eine komplett andere Lösung wäre ich auch offen. Nur Highside sollte sie 
sein.

BSP452 (gibt es auch ähnlich mit mehr Strom falls nötig).

von Maxim B. (max182)


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Jürgen S. schrieb:
> Weißt Du zufällig, ob es davon auch mehr als einen Kanal in einem
> SO-Gehäuse gibt?

Es gibt 2x in einem SO-8. Aber die sind schwächer.
TC4422A:
Peak Output Current: 10A
Continuous Output Current: 2A
Output Resistance: 1.25 Ohm

MCP14E10 (2x Driver):
Peak Output Current: 3.0A
Output Resistance: 4 Ohm

Trotzdem sind auch die für einige Verwendingen gut: wo Standardausgang 
von 74HC und 74AC schon zu schwach, aber immer noch keine besonderen 
Ströme und Spannungen notwendig. Als Beispiel: kleine isolierte Wandler 
für 10-100 mA, wenn fertige Module nicht passen: Trafo mit Ferritring, 
primäre Wicklung über Kondensator an Ausgang von MCP14E10, oder auch 
ohne Kondensator an zwei Ausgänge in Gegenphase (dann aber besser 
MCP14E11, 1x invertierende +  1x nichtinvertierende Treiber).

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Harald schrieb:
> BSP452
Ja, oder für 4 Kanäle einen BTS724.
Netter Nebeneffekt: das Ding ist durch einen Kurzschluss am Ausgang 
nicht kaputt zu bekommen.

Jürgen S. schrieb:
> für PWM an WRGB-LED-stripes interessant.
PWM geht mit den Smartswitches nicht so gut. Aber auch nicht mit der 
Mosfet Schaltung mit 10k in der Gateleitung...

von Jürgen S. (avus)


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Maxim B. schrieb:
> MCP14E10 (2x Driver):
> Peak Output Current: 3.0A
> Output Resistance: 4 Ohm
Bedankt! Die sind allerdings für die LEDs tatsächlich zu schwach. Ich 
hab' jetzt mal einen Satz der von Dir erwähnten TC4422A geordert, um 
etwas zu testen.

Lothar M. schrieb:
> PWM geht mit den Smartswitches nicht so gut. Aber auch nicht mit der
> Mosfet Schaltung mit 10k in der Gateleitung...
Ok, dann muß ich's wieder auf die harte Tour lernen ;-).
Ich habe derzeit FDD8447L verbaut, die schalten lowside ohne 
Zwischentransistor. Das läuft ordentlich, aber ich würde die Mosfets 
gerne direkt an den Stripe dranflanschen. Mal schauen; geht aber ins OT.

: Bearbeitet durch User
von Jürgen S. (avus)


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Lothar M. schrieb:
> Ja, oder für 4 Kanäle einen BTS724.
> Netter Nebeneffekt: das Ding ist durch einen Kurzschluss am Ausgang
> nicht kaputt zu bekommen.
Hö, cool. Hätte ich fast überlesen. Aber die sehen für meine Zwecke 
ziemlich gut aus. Danke.

von Jörg B. (joerg-sh)


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Die Bauteile sind da. Bin gerade am aufbauen.
Sehe ich das richtig, der Transistor zieht die über den 10 k Widerstand 
kommende 12V Spannung zu GND und dadurch soll das Fet durchschalten?

von Jürgen S. (avus)


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Ja.

von Bauform B. (bauformb)


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Jürgen S. schrieb:
> Weißt Du zufällig, ob es davon auch mehr als einen Kanal in einem
> SO-Gehäuse gibt? 4 Kanäle in z.B. SO-16 wären für PWM an
> WRGB-LED-stripes interessant.

4 Kanäle, 0.3 Ohm, 36 Volt: TPS4H160B
Bonus: einstellbare, relativ genaue Strombegrenzung und Strommessung
Aber: HighSide Schalter schalten aus EMV-Gründen extra sanft ein und 
aus, also werden sie bei höheren PWM-Frequenzen heiß.

Ferner liefen: BTS4880R, BTT6200-4EMA, VNI4140K-32, VNQ5E160K-E

von Jörg B. (joerg-sh)


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Bauform B. schrieb:
> 4 Kanäle, 0.3 Ohm, 36 Volt: TPS4H160B

Cooler Chip, nur leider nicht so zu bekommen.Nur Mouser etc.

Im übrigen die Schaltung haut hin.

von Jörg B. (joerg-sh)


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Jens G. schrieb:
> Aber rein elektrisch betrachtet ist Deine Schaltung inzwischen schon
> richtig, bis auf D1, deren Sinn ich nicht erkenne, und einem fehlenden
> Abblock-C zw. +12V und Masse direkt in der Nähe von Mosfet/Last.

Noch mal die Frage nach der Kapazität des Block Kondensators. 100 n wäre 
ok ?

von HildeK (Gast)


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Jörg B. schrieb:
> Noch mal die Frage nach der Kapazität des Block Kondensators. 100 n wäre
> ok ?

Ob du den überhaupt brauchst oder nicht hängt von deiner Quelle ab, von 
der weiteren Verwendung der Quelle und ob die Last empfindlich reagiert, 
wenn an den 12V ein kleiner, kurzer Spannungseinbruch passiert.
An einem mechanischen Schalter hat man ja auch keinen extra C dran.

Aber wenn du einen einbaust, dann wären 100µF oder 1000µF richtiger als 
100nF. 100n verwendet man, um sehr kurze und schnelle Strompeaks direkt 
an einem IC abzufangen oder einen guten HF-Pfad zwischen VCC und GND 
herzustellen.

Ich würde an der Stelle keinen einbauen; der ist üblicherweise 
einerseits im Netzteil vorhanden und anderseits auf der Lastseite.

von Jörg B. (joerg-sh)


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HildeK schrieb:
> Ich würde an der Stelle keinen einbauen; der ist üblicherweise
> einerseits im Netzteil vorhanden und anderseits auf der Lastseite.

Danke dir, meinen Lasten ist es ziemlich egal ob die Spannung stabil ist 
oder nicht. Wollte den Einwand oben nur nicht ungehört lassen. Da an der 
12 V Schiene auch nichts dran ist was sensibel reagiert lasse ich ihn 
weg.

von Frederic S. (Gast)


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Es gibt vollintegrierte High Side Switches, teilweise mit Strommessung 
und automatischer Abschaltung bei Überstrom und Übertemperatur.

VNQ5050, VNQ 5027 (50 oder 27 mOhm typical on resistance)
von ST sollten passen, da hast Du 4 Kanäle in einem Chip.

von Joachim B. (jar)


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Jörg B. schrieb:
> Für eine komplett andere Lösung wäre ich auch offen. Nur Highside sollte
> sie sein.

viel einfacher (leider teurer) wäre ein Photomos für HiSide
AQV252g (am Ausgang verpolungssicher) mit 3-5mA aus 3,3v mit passendem 
Vorwiderstand 680 Ohm zur IR LED kann es 1A schalten bis 60V
https://www.conrad.de/de/p/panasonic-aqv252g-photomos-relais-1-st-1-schliesser-60-v-dc-60-v-ac-2-5-a-polzahl-504861.html
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000504861DS01/datenblatt-504861-panasonic-aqv252g-photomos-relais-1-st-1-schliesser-60-vdc-60-vac-25-a-polzahl-6.pdf

https://www.elektroniknet.de/elektronik/e-mechanik-passive/das-bauteil-der-unbegrenzten-moeglichkeiten-288-Seite-3.html

Berechnung, Usteuer 3,3V
Uir 1,2-1,3V
delta 2V IR Diode 3-5mA ergibt 680 Ohm bis 390 Ohm runter (2V/5mA=400 
Ohm oder 2V/3mA=680 Ohm)

Die Berechnungsbeispiele im Datenblatt gehen von 5mA IR Strom aus aber 
wenn keine 2,5A gefordert werden und ein Raspberry auch nicht 5mA 
liefern soll, besser nur 3mA.
Ein ESP32 kann aber locker 5mA und für den STM muss man schauen.

: Bearbeitet durch User

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