Hochohmigen Pfad zur Spannungsmessung mit P-FET schalten

[Lieber N. (demjanus)]

Hallo zusammen,

Ich möchte eine Batteriespannung über einen Spannungsteiler messen, und 
zwar nur wenn meine Schaltung aktiv ist. Denn selbst wenige uA sind 
leider auf Dauer zu viel. Daher gedachte ich den Spannungsteilerpfad mit 
einem P-FET zu schalten.

Leider schaltet der P-FET nicht aus, ich messe, selbst wenn ich nur den 
Spannungsteiler, den FET, sowie den Widerstand zwischen Source und Gate 
in der Schaltung habe am Gate gegenüber Source bei 15V anliegender 
Batteriespannung etwa -1.5V.

Kann mit jemand helfen zu verstehen wo mein Denkfehler liegt bzw. was 
genau da passiert? Warum fällt an dem Gate-Source-Widerstand eine 
Spannung ab? Ist der Spannungsteiler in Relation zum FET und/oder 
Gatewiderstand zu hochohmig?
Ich blicks leider grad nicht.

Das Thema wurde hier zwar laut Suche schon so ähnlich besprochen, eine 
Antwort habe ich aus den Threads leider für mich nicht ableiten können.

Danke für eure Hilfe!

Alec

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Naja, du steuerst den MOSFet über einen hochohmigen 1:2 Spannungsteiler 
an, da bleibt nicht viel Ugs für den Schalter übrig. Also mach aus dem 
2,2 Mohm mal einen 10k-47k und es wird klappen. Kannst ihn auch durch 
eine Drahtbrücke ersetzen und das Bauteil sparen.

[Lieber N. (demjanus)]

Matthias S. schrieb:
> Naja, du steuerst den MOSFet über einen hochohmigen 1:2 Spannungsteiler
> an, da bleibt nicht viel Ugs für den Schalter übrig. Also mach aus dem
> 2,2 Mohm mal einen 10k-47k und es wird klappen. Kannst ihn auch durch
> eine Drahtbrücke ersetzen und das Bauteil sparen.

Ugs sollte eigentlich noch genug übrig bleiben, 15V sind lower end. 
(Bereich Ubatt sind 15-45V). Aber der Gedanke ist auch interessant, 
Lieber den 2M2 weglassen statt der 15V Zener?

Aber bei der Ansteuerung bin ich ja noch gar nicht. Der 2M2 ist noch gar 
nicht bestückt. Ich hätte erstmal gern das der FET überhaupt sperrt. 
Warum sperrt der FET bei der abgespeckten Schaltung (siehe Bild im 
Anhang) nicht? Bzw. besser gesagt warum habe/messe ich am Gate gegenüber 
Batt+ ca. -1,5V?

[hinz (Gast)]

Lieber N. schrieb:
> Bzw. besser gesagt warum habe/messe ich am Gate gegenüber
> Batt+ ca. -1,5V?

Weil du mit einem DMM mit 10MOhm Innenwiderstand gegen -Batt gemessen 
hast.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Lieber N. schrieb:
> (Bereich Ubatt sind 15-45V)

Schön, das du das wenigstens im Nachsatz mal erwähnst.

[Lieber N. (demjanus)]

Matthias S. schrieb:
> Lieber N. schrieb:
>> (Bereich Ubatt sind 15-45V)
>
> Schön, das du das wenigstens im Nachsatz mal erwähnst.

ich weiß, sorry

[Lieber N. (demjanus)]

hinz schrieb:
> Lieber N. schrieb:
>> Bzw. besser gesagt warum habe/messe ich am Gate gegenüber
>> Batt+ ca. -1,5V?
>
> Weil du mit einem DMM mit 10MOhm Innenwiderstand gegen -Batt gemessen
> hast.

Nein, gegen +Batt. Also über dem Gate-Widerstand gemessen. Da würde ich 
gar keine Spannung erwarten. Es sollte doch das Gate auf 
Source-Potential (+BATT) liegen und somit der FET gesperrt sein?

Zudem, wenn ich den Strom durch den Pfad messe komme ich allerdings auch 
auf einen wert >10uA, also in der nähe dessen was ich messe wenn ich den 
FET durch eine Brücke ersetze, was für mich ein Hinweis darauf ist das 
es nicht nur ein Meßfehler ist sondern der FET tatsächlich zum Teil 
durchsteuert?

[Jörg R. (solar77)]

Lieber N. schrieb:
> Zudem, wenn ich den Strom durch den Pfad messe komme ich allerdings auch
> auf einen wert >10uA, also in der nähe dessen was ich messe wenn ich den
> FET durch eine Brücke ersetze, was für mich ein Hinweis darauf ist das
> es nicht nur ein Meßfehler ist sondern der FET tatsächlich zum Teil
> durchsteuert?

Der Fet hat einen Leckstrom, Idss. Der kann beim BSS84 bis zu 60uA 
betragen.

[Lieber N. (demjanus)]

Jörg R. schrieb:
> Lieber N. schrieb:
>> Zudem, wenn ich den Strom durch den Pfad messe komme ich allerdings auch
>> auf einen wert >10uA, also in der nähe dessen was ich messe wenn ich den
>> FET durch eine Brücke ersetze, was für mich ein Hinweis darauf ist das
>> es nicht nur ein Meßfehler ist sondern der FET tatsächlich zum Teil
>> durchsteuert?
>
> Der Fet hat einen Leckstrom, Idss. Der kann beim BSS84 bis 60uA
> betragen.

Danke, ist mir irgendwie nicht aufgefallen. Zwar bei 125°, aber 
ansonsten ist der beim BSS84 mit -15uA aber tatsächlich anscheinend auch 
so ziemlich hoch. Da muss ich mir dann wohl nen anderen Typ suchen oder 
schauen ob das dann überhaupt so Sinn macht.

Aber nochmal zu der Messung der Spannung über Gate-Source. Würde gern 
verstehen warum ich über dem Widerstand ne Spannung messe. Das ist mir 
leider immer noch nicht klar geworden.

[Jörg R. (solar77)]

Lieber N. schrieb:
> Aber nochmal zu der Messung der Spannung über Gate-Source. Würde gern
> verstehen warum ich über dem Widerstand ne Spannung messe. Das ist mir
> leider immer noch nicht klar geworden.

Wenn Du über dem Widerstand eine Spannung misst fließt auch ein Strom 
durch den Widerstand, ebenfalls ein Leckstrom. Dein DMM mit 10 MOhm 
verfälscht das Ergebnis ein wenig, parallel zu den 1 MOhm.

[hinz (Gast)]

Lieber N. schrieb:
>> Der Fet hat einen Leckstrom, Idss. Der kann beim BSS84 bis 60uA
>> betragen.
>
> Danke, ist mir irgendwie nicht aufgefallen. Zwar bei 125°, aber
> ansonsten ist der beim BSS84 mit -15uA aber tatsächlich anscheinend auch
> so ziemlich hoch. Da muss ich mir dann wohl nen anderen Typ suchen oder
> schauen ob das dann überhaupt so Sinn macht.

Oder den nächsten BSS84 nicht gleich kaputt machen. Nicht ohne Grund 
gibt es ESD-Schutz am Arbeitsplatz.

[Jörg R. (solar77)]

@TO

Hast Du evtl. D und S vertauscht?

[Lieber N. (demjanus)]

hinz schrieb:
> Lieber N. schrieb:
>>> Der Fet hat einen Leckstrom, Idss. Der kann beim BSS84 bis 60uA
>>> betragen.
>>
>> Danke, ist mir irgendwie nicht aufgefallen. Zwar bei 125°, aber
>> ansonsten ist der beim BSS84 mit -15uA aber tatsächlich anscheinend auch
>> so ziemlich hoch. Da muss ich mir dann wohl nen anderen Typ suchen oder
>> schauen ob das dann überhaupt so Sinn macht.
>
> Oder den nächsten BSS84 nicht gleich kaputt machen. Nicht ohne Grund
> gibt es ESD-Schutz am Arbeitsplatz.

Ja, hmmm, sieht wohl so aus das es einfach nur ein kaputter FET ist. 
Shame on me. ESD Pinzette & co. ist eigentlich im Einsatz. Muss mal 
schauen wie das passiert sein könnte.

Hätte das wohl mal als erstes noch mal doppelt checken sollen. Sorry 
falls ich eure Zeit verschwendet habe.

[Jörg R. (solar77)]

Lieber N. schrieb:
> Ja, hmmm, sieht wohl so aus das es einfach nur ein kaputter FET ist.
> Shame on me. ESD Pinzette & co. ist eigentlich im Einsatz. Muss mal
> schauen wie das passiert sein könnte.

Ist der Transistor defekt, oder hast Du ihn noch nicht getauscht?

Um welche Stromversorgung handelt es sich? Du schreibst etwas von 15V 
bis 45V. Ist es ein Akku oder eine Batterie (Primärzelle)? In beiden 
Fällen ist der mögliche Spannungsbereich sehr groß, und untypisch.

Weshalb kommt es auf jedes uA an? Bei 45V und damit ca 45uA (1,076 MOhm) 
sind es max. „nur“ 400mAh im Jahr.

Dein jetziger Spannungsteiler nutzt übrigens nur ein kleines Fenster von 
ca. 2,2V aus. Ich nehme an dein ADC misst bis 5V. Das Signal was dem ADC 
mit dem Spannungsteiler 1MOhm/76K8 zugeführt wird liegt zwischen 1V und 
3,2V.

Wie hoch ist der Eingangswiderstand des ADC der die Spannung misst?

Ich überlege einen anderen Ansatz die Spannung über einen sehr 
hochohmigen Spannungsteiler zu messen, und das Signal durch einen extrem 
sparsamen OPV (Impedanzwandler) an den ADC zu legen. Problem ist a) den 
OPV zu versorgen und b) einen sparsamen OPV zu finden.

[Anja (Gast)]

Jörg R. schrieb:
> b) einen sparsamen OPV zu finden.

LT1494 oder AD8500 ?

Lieber N. schrieb:
> Daher gedachte ich den Spannungsteilerpfad mit
> einem P-FET zu schalten.

Warum nicht mit einem logic level N-Kanal-FET IM Spannungsteiler?

https://www.mikrocontroller.net/articles/Batteriew%C3%A4chter#Prozessorteil

Gruß Anja

[Lieber N. (demjanus)]

Jörg R. schrieb:
> Ist der Transistor defekt, oder hast Du ihn noch nicht getauscht?
Doch, war wirklich nur ein defekter FET

Jörg R. schrieb:
> Dein jetziger Spannungsteiler nutzt übrigens nur ein kleines Fenster von
> ca. 2,2V aus. Ich nehme an dein ADC misst bis 5V. Das Signal was dem ADC
> mit dem Spannungsteiler 1MOhm/76K8 zugeführt wird liegt zwischen 1V und
> 3,2V.
Gemessen wird mit dem internen ADC eines STM32, also 3,3V. Das ich unten 
1V verliere ist mir klar, so genau muss es aber nicht sein. Falls du 
eine sehr einfache Schaltung hast den ganzen Bereich auszunutzen immer 
her damit, bin gerne lernwillig :)

Jörg R. schrieb:
> Ich überlege einen anderen Ansatz die Spannung über einen sehr
> hochohmigen Spannungsteiler zu messen, und das Signal durch einen extrem
> sparsamen OPV (Impedanzwandler) an den ADC zu legen. Problem ist a) den
> OPV zu versorgen und b) einen sparsamen OPV zu finden.
Einen Spannungsfolger hab ich zur sicherheit mal auch testweise dahinter 
eindesigned, hoffe aber das der nicht nötig sein wird sondern etwa 2pF 
als puffer reichen...

[Lieber N. (demjanus)]

Anja schrieb:
> Warum nicht mit einem logic level N-Kanal-FET IM Spannungsteiler?
>
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Batteriew%C3%A4chter#Prozessorteil
>
> Gruß Anja

Hallo Anja, Danke für den Hinweis, schau ich mir mal an, kann gut sein 
das ich die Sache deutlich komplizierter gemacht hab als nötig ^^ :)

[Mampf F. (mampf)]

Sowas hab ich letztens auch gebraucht.

Funktioniert :)

[MiWi (Gast)]

Mampf F. schrieb:
> Sowas hab ich letztens auch gebraucht.
>
> Funktioniert :)

bei Ubatt = 45V vom TE.... aber wenn Du meinst.

[Lieber N. (demjanus)]

Mampf F. schrieb:
> Sowas hab ich letztens auch gebraucht.
>
> Funktioniert :)
Ja, inzwischen bei mir auch. Dennoch, da du ja dieselbe Schaltung 
dsigned hast, schau dir doch auch mal den Einwand von Anja an ;)
Btw. wie bist du auf die 470nF gekommen? Was für Zeitkonstanten brauchst 
du in deiner Applikation?

MiWi schrieb:
> bei Ubatt = 45V vom TE.... aber wenn Du meinst.
Naja, ich glaub wir können uns denken das er mit kleineren Spannungen 
operiert und ansonsten Ugs auch passend begrenzen würde :)