Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik P-Channel High-Side Switch 3,3V


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Kai H. (eagleeyekai)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo zusammen,

ich brauche Hilfe bei der Erstellung eines High-Side P-Channel switches.

Es müssen 3,3V / ca. 50mA von einem ESP32 geschaltet werden. Bei der 
Last handelt es sich um eine TFT-Hintergrund LED. Aufgrund der sonstigen 
Schaltung muss High-Side geschaltet werden und aufgrund anderer Dinge, 
soll bei einem High-Signal vom ESP32 (3,3V) die LED geschaltet werden. 
Daher die Kombination aus N und P-Channel.

Ich habe bereits lange gesucht und auch die anderen Beiträge hier im 
Forum dazu gefunden, abschließend beantworten konnte ich meine Fragen 
jedoch nicht, so dass ich Euch um Unterstützung bitten mag.

Die grundsätzliche Schaltung ist beigefügt und von der Logik her 
weitestgehend verstanden.

IRF3708 als N-Channel ist vorhanden.
R1 und R4 sind Pull-Up bzw. Pull-down Widerstände und können/sollen wohl 
100kOhm haben.
Bei R2 und R5 bin ich mir jedoch nicht sicher, ebenso welchen P-Channel 
ich nehmen soll (NDP6020P ?).

Für Hilfe, Hinweise oder ganz andere Lösungsvorschläge bin ich sehr 
dankbar!

Viele Grüße
Kai

von Frank K. (fchk)


Lesenswert?

Ein einzelner IRLML5203 reicht.

https://www.infineon.com/cms/de/product/power/mosfet/20v-250v-p-channel-power-mosfet/irlml5203/

Den NFET brauchst Du nicht. Du musst ja nur das Gate vom PMOS auf GND 
ziehen, damit er durchschaltet, und da Du direkt 3.3V schaltest, kannst 
Du das Gate direkt ansteuern.

fchk

von Kai H. (eagleeyekai)


Lesenswert?

Danke für das schnelle Feedback!
Geschaltet werden soll jedoch wenn der ESP high schaltet. Das ist 
zumindest meine Vorstellung, weil der ESP die meiste Zeit im Deep sleep 
verweilen wird. Dafür der NFET zur Umkehrung der Logik..

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Frank K. schrieb:
> Ein einzelner IRLML5203 reicht.

Der IRLML5203 ist leider nicht geeignet. Ugs ist nicht für 3,3V 
spezifiziert.

von Gerald K. (geku)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Die Frage ist, ob der Aufwand nicht zu weit getrieben ist.

Ich steuere bei meiner IR-Fernbedienung den MOS-FET direkt an.
Wichti ist, das die Schaltschwelle des MOS-FET in etwa bei der halben 
Versorgungsspannung 3,3/2 liegt.

Die Ausgänge des ESP32 sind ebenfalls MOS-FETs, diese schalten zwischen 
GND und VCC. Daher bringt ein Spannungsteiler nicht viel.

von Falk B. (falk)


Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> Danke für das schnelle Feedback!
> Geschaltet werden soll jedoch wenn der ESP high schaltet. Das ist
> zumindest meine Vorstellung, weil der ESP die meiste Zeit im Deep sleep
> verweilen wird. Dafür der NFET zur Umkehrung der Logik..

Der ESP kann auch seinen Ausgang im deep sleep auf HIGH halten und nach 
dem
Aufwachen auf LOW schalten.

von Andreas B. (bitverdreher)


Lesenswert?

Frank K. schrieb:
> Ein einzelner IRLML5203 reicht.

Bei 3.3V würde ich einen IRLML6402 vorziehen.
Ansonsten: Full ack.

von Frank K. (fchk)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Ein einzelner IRLML5203 reicht.
>
> Der IRLML5203 ist leider nicht geeignet. Ugs ist nicht für 3,3V
> spezifiziert.

Doch, klar. Fig. 3 auf Seite 3. Da hast Du bei 3.5V schon deutlich mehr 
als 1A IDS, und der OP braucht nur 50mA.

fchk

von Uwe Bonnes (Gast)


Lesenswert?

tps228xx koennte auch interessant sein...

von Kai H. (eagleeyekai)


Lesenswert?

abgesehen von der konkreten Auswahl des P_mosfets stimme ich zu, dass 
die Schaltung overkill ist. Der Stromverbrauch, das P-Mosfet im Deep 
Sleep augeschaltet zu halten, dürfte vermutlich vernachlässigbar sein. 
Da habe ich mich wohl verrannt.

Da das ganze selbst gelötet werden soll/muss, bin ich natürlich über 
Vorschläge zu TO-92 Elementen dankbar..

von Joachim B. (jar)


Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> Da das ganze selbst gelötet werden soll/muss, bin ich natürlich über
> Vorschläge zu TO-92 Elementen dankbar..

wenns leicht werden soll, 2 Bauteile ein R und
ein DIP AQV252g kann mit 3mA aus dem Port locker deine 50mA schalten, 
wären die CTR von Optokoppler nicht so schlecht ginge auch ein 
Optokoppler, aber CTR über 100% sind selten und der ESP kann ja nur 
12mA.

von Manfred (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> IRF3708 als N-Channel ist vorhanden.

Da würde ich einen NPN nehmen, 2N2222 oder BC irgendwas - fließt ja kaum 
Strom.

> Bei R2 und R5 bin ich mir jedoch nicht sicher,

Angstwiderstände, irgendwas mit ein paar Kiloohm.

> ebenso welchen P-Channel ich nehmen soll (NDP6020P ?).

Kleiner 75 Milliohm bei 2,5V am Gate - passt. Habe ich als TO-220 in der 
Schublade, für ein paar Volt gut brauchbar.

(Man achte auf das P , der NDP6020 ist ein N-Kanal.)

von Ach Du grüne Neune (Gast)


Lesenswert?

Manfred schrieb:
> Da würde ich einen NPN nehmen, 2N2222 oder BC irgendwas - fließt ja kaum
> Strom.

Eben. Deswegen würde ich sogar beide Transistoren bipolar auslegen NPN: 
2N2222 oder BC547 und PNP: BC327.

von Falk B. (falk)


Lesenswert?

Ach Du grüne Neune schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Da würde ich einen NPN nehmen, 2N2222 oder BC irgendwas - fließt ja kaum
>> Strom.
>
> Eben. Deswegen würde ich sogar beide Transistoren bipolar auslegen NPN:
> 2N2222 oder BC547 und PNP: BC327.

Es reicht EIN PNP ala BC327 mit Basiswiderstand, sagen wir 1k. Die paar 
Dutzend mV Spannungsabfall über CE sind für die Hintergrundbeleuchtung 
egal.

von Kai H. (eagleeyekai)


Lesenswert?

Im Löten bin ich fit, von daher ist es kein Problem wenn es mehrere 
Bauteile werden, damit habe ich ja ohnehin schon gerechnet.

Ich bemühe mich sehr, bin aber sehr unsicher bei der Auslegung. Daher 
bräuchte ich in jedem Fall auch Unterstützung ob und wenn ja, welche 
Widerstände ich zwischen Gate und GPIO bräuchte..

von Kai H. (eagleeyekai)


Lesenswert?

Falk B. schrieb:
> PNP ala BC327 mit Basiswiderstand, sagen wir 1k

Das hat sich eben überschnitten. Also nehme ich einen BC327 mit 1k 
Widerstand zwischen Basis und GPIO, Emitter kommt an meine 
Spannungsquelle und der Kollektor geht dann in Richtung Display/LED.

Klingt nach einem guten Plan!

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> Daher
> bräuchte ich in jedem Fall auch Unterstützung ob und wenn ja, welche
> Widerstände ich zwischen Gate und GPIO bräuchte..
Bei deinem Bild solltest du erst mal R4 und R5 vertauschen - wenn denn 
der Angstwiderstand R5 drin sein soll. So wird die verfügbare 
Gatespannung noch heruntergeteilt, wenn auch sehr wenig bei richtiger 
Wahl beider Widerstände.

Wenn schon R5 kein Draht sein soll, dann nimmst du dafür einige zehn bis 
wenige hundert Ohm.
Für R4 passen 10k oder 50k oder 100k, fast nach Belieben. Der sorgt nur 
dafür, dass beim Reset des µC das Gate nicht floatet und auf LOW bleibt.
R2 ist erst recht überflüssig: 0 Ohm!
Für R1 ist zwar die Funktion ähnlich wie für R4, den würde ich etwas 
kleiner im Bereich 5-10k wählen. Er sorgt überhaupt dafür, dass der pMOS 
ausschalten kann.
Wie schon gesagt, den nMOS kann man durch einen NPN ersetzen, dann aber 
sollte R5 1k-5k haben. Den pMOS kann man bei dem kleinen Strom lassen, 
auch wenn er nur typisch für 3.3V-Ansteuerung geeignet ist.
Bessere gibt es da aber auch. IRF7220 im SO8 z.B., oder IRLML2244 im 
SOT23 oder ...

von Falk B. (falk)


Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> Klingt nach einem guten Plan!

HEUREKA!

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> IRF3708 als N-Channel ist vorhanden.

Atombomben auf Spatzen.

So ein Ding läst auch schon mal 20uA durch obwohl gesperrt.

Kai H. schrieb:
> können/sollen wohl 100kOhm haben.

Mit 100k als R1 wären 2V genug damit der PMOSFET auch nicht sperrt.


Aber die Schaltung hat soch wohl sowieso erledigt.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Frank K. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Frank K. schrieb:
>>> Ein einzelner IRLML5203 reicht.
>>
>> Der IRLML5203 ist leider nicht geeignet. Ugs ist nicht für 3,3V
>> spezifiziert.
>
> Doch, klar. Fig. 3 auf Seite 3. Da hast Du bei 3.5V schon deutlich mehr
> als 1A IDS, und der OP braucht nur 50mA.

Die Diskussion um Werte aus einem Graphen oder einer Tabelle tauchen 
hier immer wieder zur Diskussion auf. Ich möchte Dir daher 
widersprechen. Der TO möchte den Mosfet als Schalter benutzen. Da ist es 
sinnvoll und ratsam die spezifizierten Werte für Rds(on) aus der Tabelle 
zu nehmen, denn nur die geben garantierte Werte wieder. Zudem gibt es 
genug Alternativen an LL-Mosfets die die Kriterien erfüllen. Weshalb 
dann auf einen „schlechten“ Ersatz zurückgreifen?

von Gustl B. (-gb-)


Lesenswert?

Es gibt dafür auch fertige Schalter-ICs, z. B. den TPS22860 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps22860.pdf

von Manfred (Gast)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Der TO möchte den Mosfet als Schalter benutzen. Da ist es
> sinnvoll und ratsam die spezifizierten Werte für Rds(on) aus der Tabelle
> zu nehmen, denn nur die geben garantierte Werte wieder.

Das wurde in diversen Threas drölfundsiebenundsonstwieoft durchgekaut.

Kai hat im Eröffnungsbeitrag den NDP6020P benannt, den ich als P-FET als 
sauber spezifiziert und geeignet ansehe.

Des weiteren schrieb er, dass seine LED bei High aus dem µC leuchten 
soll, damit fällt die direkte Ansteuerung eines P-Transistors aus.

Was wurde bislang noch nicht gesagt, wo sind unlösbare Probleme?

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Frank K. schrieb:
> Doch, klar. Fig. 3 auf Seite 3. Da hast Du bei 3.5V schon deutlich mehr
> als 1A IDS, und der OP braucht nur 50mA.

Warum antworten in Theads immer Leute, die noch weniger Ahnung haben als 
der Fragesteller ?

Kai hat mit dem IRF3708 und NDP6020P wenigstens MOSFET ausgesucht, die 
für unter 3.3V (nämlich 2.8 bzw. 2.5V) spezifiziert (RDSon) 
durchschalten, also theoretisch denkbar wären.

Nun kommst du und willst ihm einen ungeeigneten MOSFET aufschwatzen (nu 
4.5V spezifiziert) und kommst mit eine hanebüchenen Erklärung warum er 
passen sollte.

Sorry, aber Kai weiss bereits mehr als du, der braucht deine Irreführung 
nicht.

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Der IRLML5203 ist leider nicht geeignet. Ugs ist nicht für 3,3V
> spezifiziert.

Da im Datenblatt sowohl für U_GS=2.7V als auch für 3.5V die 
Ausgangskennlinien angegeben sind, wird es wohl auch mit 3.3V klappen.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Manfred schrieb:
> Das wurde in diversen Threas drölfundsiebenundsonstwieoft durchgekaut.

Ja, und es wird auch hier nicht das Letzte mal gewesen sein.


Manfred schrieb:
> Kai hat im Eröffnungsbeitrag den NDP6020P benannt, den ich als P-FET als
> sauber spezifiziert und geeignet ansehe.
>
> Des weiteren schrieb er, dass seine LED bei High aus dem µC leuchten
> soll, damit fällt die direkte Ansteuerung eines P-Transistors aus.

Ja, aber es ging um den IRLML5203.


MaWin schrieb:
> Nun kommst du und willst ihm einen ungeeigneten MOSFET aufschwatzen (nu
> 4.5V spezifiziert) und kommst mit eine hanebüchenen Erklärung warum er
> passen sollte.

Wie schon geschrieben kommt diese Diskussion leider immer wieder auf.


MaWin schrieb:
> Kai hat mit dem IRF3708 und NDP6020P wenigstens MOSFET ausgesucht,

Alternative zum IRF3708 z.B. IRLML2502...wenn es ein Mosfet sein soll.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #6398081 wurde vom Autor gelöscht.
von Anti SMT? (Gast)


Lesenswert?

Kai H. schrieb:
> Da das ganze selbst gelötet werden soll/muss, bin ich natürlich über
> Vorschläge zu TO-92 Elementen dankbar..

Kai H. schrieb:
> Im Löten bin ich fit, ...

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Wolfgang schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Der IRLML5203 ist leider nicht geeignet. Ugs ist nicht für 3,3V
>> spezifiziert.
>
> Da im Datenblatt sowohl für U_GS=2.7V als auch für 3.5V die
> Ausgangskennlinien angegeben sind, wird es wohl auch mit 3.3V klappen.

Mich interessieren nur die Werte aus der Tabelle, und da steht -4,5V 
bzw. -10V, hab ich doch wohl deutlich gemacht.

Jörg R. schrieb:
> Zudem gibt es genug Alternativen an LL-Mosfets die die Kriterien
> erfüllen. Weshalb dann auf einen „schlechten“ Ersatz zurückgreifen?

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Wolfgang schrieb:
> Da im Datenblatt sowohl für U_GS=2.7V als auch für 3.5V die
> Ausgangskennlinien angegeben sind, wird es wohl auch mit 3.3V klappen.

Natürlich nicht, diese typischen Kennlinien können um die meist 1:2 
Schwankungsbreite der UGS(th) nach oben oder unten verschoben sein, also 
1.4 bis 0.7 mal so hoher Gate-Spannung stattfinden, und bei der höheren 
reicht es eben nicht mehr

Warum nur ist dieser Datenblattablesefehler so weit verbeitet ?

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.