Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gesucht: P-Kanal MOSFET für höhere Leistungsanforderungen


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von A. N. (bastelmaniac)


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Hallo,

ich kenne bereits die IRF7410 und IRF7220.

Beide können bereits ab 3,3V sauber durchschalten, leider reichen die 
restlichen Daten nicht ganz so 100%. Ja, mit unten genanntem 
Beispiellüfter würde der IRF7220 wohl reichen.

Allerdings wäre es für mich, im Sinne der breiteren Anwendbarkeit (24V 
etc.), idealer wenn der P-Channel MOSFET folgende Daten hätte (ich lasse 
jetzt mal das Minus weg, ihr wisst was ich meine):

- Ugs(th), dass 3,3V reichen um voll durchzuschalten
- Uds mind. 30V,
- Id mind. 15A, hier würde ich höhere Werte begrüßen

Bauform ist egal, solange man es mit einem Lötkolben löten kann.

Situation ist, dass ich verschiedene, leistungsstarke Lüfter ein- und 
ausschalten möchte, was halt gerade günstig zu haben ist. Spannung 
entweder 12V oder 24V und 4A Strom (Bsp: Delta PFC1212DE). Leider muss 
ich diese Lüfter unbedingt high side schalten, da sonst beim wegschalten 
von GND des Lüfters, die RPM-Leitung und je nach Bauweise auch 
PWM-Leitung floaten und der Lüfter sich nie abschaltet.

Was würdet ihr hier empfehlen? Natürlich schaue ich selbst durch die 
Listen der P-Channel MOSFETs, aber ich bin nur Hobbybastler, vielleicht 
kennt ihr schon direkt etwas passendes?

: Verschoben durch Moderator
von Michael M. (michaelm)


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von Jens G. (jensig)


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Ugs(th) heist nicht, daß er bei diese Spannung durchgeschaltet hat, 
sondern erst anfängt zu leiten. Und das auch nur ungefähr ...
Ach ja - wozu soll ein Highside-Schalter überhaupt mit nur 3,3V 
auskommen?
Die Schaltung würde mich schon mal interessieren.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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A. N. schrieb:
> Was würdet ihr hier empfehlen?

Wer mit einem P-MOSFET high side schaltet, braucht keinen LowLogicLevel 
Typ der schon bei 3.3V durchschaltet, sondern im Gegenteil, sogar einen 
der 30V am Gate aushält (falls man nicht geschickterweise so schaltet:
1
+12...24V
2
      |      |
3
     1k2     |
4
      |      |S
5
      +----|I P-Kanal MOSFET wie PJA3405 oder Si2369DS
6
      |      +-- out
7
uC --|< BC547
8
      |E
9
     330R
10
      |
11
      GND
).

von Martin B. (Firma: BINE Automatentechnik) (pac-man)


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von A. N. (bastelmaniac)


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Jens G. schrieb:
> Ugs(th) heist nicht, daß er bei diese Spannung durchgeschaltet hat,
> sondern erst anfängt zu leiten. Und das auch nur ungefähr ...

Ist mir nicht unbekannt. Deswegen habe ich das auch so formuliert, dass 
bei 3,3V voll durchschalten soll. Ich kann auch gerne eine Ugs(th) von 
0,x und besser fordern.

Jens G. schrieb:
> Ach ja - wozu soll ein Highside-Schalter überhaupt mit nur 3,3V
> auskommen?
> Die Schaltung würde mich schon mal interessieren.

Ich bin Hobbybastler und ich will mit dem µC einfach "nur" schalten. 
Daher ist es mir recht, wenn ich den MOSFET direkt an den µC anschließen 
kann, dass ich nebenbei etwas weniger Material für logic level shifter 
oder andere Lösungen lagern muss, ist mir auch recht.

MaWin schrieb:
> Wer mit einem P-MOSFET high side schaltet, braucht keinen LowLogicLevel
> Typ der schon bei 3.3V durchschaltet, sondern im Gegenteil, sogar einen

Ich kenne diese Schaltung und habe diese schon angewendet. Wäre halt der 
"Klassiker". Da aber die P-MOSFET gute technologische Fortschritte 
gemacht haben, wollte ich einfach mal diesbezüglich genauer nachfragen. 
Mir ist schon klar, dass ich vor 15-20 Jahren quasi keine Chance gehabt 
hätte einen logic level P-MOSFET zu bekommen.

Michael M. schrieb:
> Nur ein Beispiel:
> 
https://www.mouser.de/datasheet/2/196/Infineon-IPP_B_I120P04P4L_03-DataSheet-v01_02-EN-1227285.pdf

Naja, wäre das Prinzip fett überdimensionieren, damit der dem Datenblatt 
entsprechend, nicht voll durchgeschaltet noch die gewünschte Stromstärke 
mitmacht. Anderseits ist es aus materialwirtschaftlicher Sicht als 
Hobbybastler vielleicht keine so schlechte Idee, wenn man mal wirklich 
so viel Strom schalten will.

von Georg M. (g_m)


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A. N. schrieb:
> Mir ist schon klar, dass ich vor 15-20 Jahren quasi keine Chance gehabt
> hätte einen logic level P-MOSFET zu bekommen.

Was ist die Ugs beim High-Side-P-MOSFET? Spannung zwischen was und was?

von Harald (Gast)


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A. N. schrieb:
> ich will mit dem µC einfach "nur" schalten.
> Daher ist es mir recht, wenn ich den MOSFET direkt an den µC anschließen
> kann, dass ich nebenbei etwas weniger Material für logic level shifter
> oder andere Lösungen lagern muss, ist mir auch recht.

Auch wenn es die Vorredner schon geschrieben haben: Ich werde den du 
Verdacht nicht los, dass Du mit dem Gedanken P-Kanal und Logic Level 
3.3V auf dem Holzweg bist. Skizziere doch einmal, was Du eigentlich 
schalten möchtest

von Wolfgang (Gast)


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A. N. schrieb:
> Ist mir nicht unbekannt. Deswegen habe ich das auch so formuliert, dass
> bei 3,3V voll durchschalten soll. Ich kann auch gerne eine Ugs(th) von
> 0,x und besser fordern.

Ugs(th) ist schlicht und einfach nicht der richtige Parameter, um zu 
beurteilen, bei welcher Spannung der Kanal richtig offen ist.

von Frank K. (fchk)


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Die Physik lässt sich nicht überlisten. N-Kanal ist in den elektrischen 
Werten immer besser als ein äquivalenter P-Kanal.

Deswegen gibts auch sowas:

https://www.analog.com/en/products/ltc7004.html

Da sind Ladungspumpen drin, die auf die Lastspannung nochmal ca 10V 
draufsetzen, um einen N-Fet sauber durchschalten zu können. Und Du hast 
dann auch kein Problem mit uC-Ansteuerbarkeit oder so mehr, das macht 
der Treiber dann auch alles.

fchk

von A. N. (bastelmaniac)


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Georg M. schrieb:
> Was ist die Ugs beim High-Side-P-MOSFET? Spannung zwischen was und was?

Wenn du darauf hinaus willst, dass bei N-Kanal die Spannung am Gate 
höher als am Source sein muss zum Durchschalten und beim P-Kanal die 
Spannung am Gate niedriger als Source sein muss, zum Durchschalten, dann 
hast du die Antwort?

Harald schrieb:
> Skizziere doch einmal, was Du eigentlich
> schalten möchtest

Lüfter 12V oder 24V mit relativ viel Strombedarf per µC an und 
ausschalten. Beispiel habe ich oben genannt.

Wolfgang schrieb:
> Ugs(th) ist schlicht und einfach nicht der richtige Parameter, um zu
> beurteilen, bei welcher Spannung der Kanal richtig offen ist.

Hab ich ich das wo geschrieben?

von A. N. (bastelmaniac)


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@Martin B. (Firma: BINE Automatentechnik) (pac-man)
@von Frank K. (fchk)

Eure beiden Beiträge gehen in die gleiche Richtung. Ich kannte diese Art 
von Schalter bisher noch nicht, nur die SSR für Wechselspannung.

Ich schaue mir das auf jeden Fall mal genauer an, auch wenn hier ein 
Chip relativ teuer ist.

Vielen Dank.

von Alex D. (daum)


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A. N. schrieb:
> Harald schrieb:
>> Skizziere doch einmal, was Du eigentlich
>> schalten möchtest
>
> Lüfter 12V oder 24V mit relativ viel Strombedarf per µC an und
> ausschalten. Beispiel habe ich oben genannt.

Wie wird der µC versorgt? µC Pin direkt an P-Kanal FET würde nur gehen, 
wenn du den µC mit z.B. 12V und 8,7V (12 - 8,7 = 3,3) versorgst. Sonst 
reicht die Spannung am µC Pin nicht zum Ausschalten des FETs und du 
brauchst sowieso einen Treiber, und hast dann mehr Ugs Spannung 
verfügbar

von Frank K. (fchk)


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A. N. schrieb:
> @Martin B. (Firma: BINE Automatentechnik) (pac-man)
> @von Frank K. (fchk)
>
> Eure beiden Beiträge gehen in die gleiche Richtung. Ich kannte diese Art
> von Schalter bisher noch nicht, nur die SSR für Wechselspannung.
>
> Ich schaue mir das auf jeden Fall mal genauer an, auch wenn hier ein
> Chip relativ teuer ist.

High-Side N-Fet Treiber gibts von vielen Herstellern - jetzt weißt Du, 
wonach Du schauen musst.

fchk

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Nach wie vor begehst du den Denkfehler, in GND und 3,3V zu denken. So 
ein MOSFet interessiert aber nur die Spannung zwischen G und S. S liegt 
beim P-Kanaler auf deinen 24 oder 12V. Ein MC Ausgang auf 3,3V (high) 
direkt am Gate bweirkt also gar nichts, weil du Ugs von z.B. 12-3,3 = 
8,7V hast. Der P-Kanal steuert also nach wie vor durch.
Schau dir MaWins Schaltung nochmal genau an. Die kann man bei 
entsprechenden Basiswiderstand schon mit 1V durchsteuern oder eben 
locker mit 3,3V. Das ist so einfach wie nichts anderes, es sind 3 
Widerstände und ein kleiner NPN.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Ich glaube, A. N. hat immer noch nicht so richtig begriffen, wo das 
Problem seines bisherigen Ansatzes ist.

von A. N. (bastelmaniac)


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Alex D. schrieb:
> Wie wird der µC versorgt? µC Pin direkt an P-Kanal FET würde nur gehen,
> wenn du den µC mit z.B. 12V und 8,7V (12 - 8,7 = 3,3) versorgst. Sonst
> reicht die Spannung am µC Pin nicht zum Ausschalten des FETs und du
> brauchst sowieso einen Treiber, und hast dann mehr Ugs Spannung
> verfügbar

Danke für deinen Text, der mir jetzt aufgezeigt hat, dass ich hier einem 
Denkfehler aufgesessen bin, was P-Kanal MOSFETs betrifft. Mir ist nun 
das Problem und Funktionsweise klar.

Insofern hat mir dieser Thread dann doch sehr geholfen:

1. Mein Denkfehler ist geklärt
2. Ich nehme einen NPN mit einem P-Channel MOSFET
3. Oder ich nehme einen High Side NMOS Treiber

Also vielen Dank an alle die geantwortet haben und mir so weiter 
geholfen haben!

P.S.:

Jens G. schrieb:
> Ich glaube, A. N. hat immer noch nicht so richtig begriffen, wo das
> Problem seines bisherigen Ansatzes ist.

Doch, jetzt schon. ;-)

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Schau dir MaWins Schaltung nochmal genau an. Die kann man bei
> entsprechenden Basiswiderstand schon mit 1V durchsteuern oder eben
> locker mit 3,3V.

Nein, DIE Schaltung ist nur für 3.3V, aber steuert MOSFETs an 12 oder 
24V (10-50V) ohne dass UGS zu gross wird.

Du meinst eine Schaltung mit Basiswiderstand und nicht 
Emitterwiderstand.

von A. N. (bastelmaniac)


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Matthias S. schrieb:
> ach wie vor begehst du den Denkfehler, in GND und 3,3V zu denken. So
> ein MOSFet interessiert aber nur die Spannung zwischen G und S. S liegt
> beim P-Kanaler auf deinen 24 oder 12V. Ein MC Ausgang auf 3,3V (high)
> direkt am Gate bweirkt also gar nichts, weil du Ugs von z.B. 12-3,3 =
> 8,7V hast. Der P-Kanal steuert also nach wie vor durch.
> Schau dir MaWins Schaltung nochmal genau an. Die kann man bei
> entsprechenden Basiswiderstand schon mit 1V durchsteuern oder eben
> locker mit 3,3V. Das ist so einfach wie nichts anderes, es sind 3
> Widerstände und ein kleiner NPN.

Danke! Ich habe tatsächlich in GND und 3,3V gedacht, wie du es hier gut 
formuliert hast. :-)

Ergänzung zu oben, weil vergessen und der Vollständigkeit halber für 
künftige Besucher:

4. Ich nehme einen Leistungsschalter IC.

: Bearbeitet durch User
von Ronny Z. (ronnyronny)


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Wie schon angesprochen:

High Side Switch. z.B. aus der BTS-Reihe.
Die sind auch gleich gegen alle blöden Fehler geschützt und sind 
Standart im Automotive-Bereich. Und sind wirklich günstig zu bekommen. 
Auch in Ebay...
Angesteuert wie ein HCT
Also unter 0,8V aus und über 2,4V ein.

BTS432 wäre bei dir ne gute Wahl

von Harald (Gast)


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Ronny Z. schrieb:
> und sind Standart im Automotive-Bereich.

Standart mag sein, Standard waren die BTS432 in den 90er Jahren. Macht 
aber nix, wenn man die noch kriegen kann trotzdem eine schöne Sache.

Ansonsten schrieb der TE ja nur, das sie mit dem Lötkolben lötbar sein 
sollen. Wenn es nicht gerade ein Steinzeit-Gehäuse sein muss bieten sich 
auch die TPS1.... von TI an. Max. Strom mit einem einfachen Widerstand 
einstellbar und auf Wunsch auch der Strom rücklesbar (bei diesen Dingern 
sogar mit brauchbarer Genauigkeit).

von A. N. (bastelmaniac)


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Ronny Z. schrieb:
> BTS432 wäre bei dir ne gute Wahl

Harald schrieb:
> bieten sich
> auch die TPS1.... von TI an.

Danke nochmal für eure Hinweise, Infineon hat viele Typen von High Side 
Switches im Angebot. Nach meinem jetzigem Eindruck ist Infineon in 
diesem Bereich wohl einer der größten und vielseitigsten Anbieter.

Die TPS Reihe von TI ist aber auch sehr interessant für mich durch die 
Strommessfähigkeit, wobei ich meine, das bei Infineon auch bei manchen 
Typen gesehen zu haben.

Da habe ich bereits einige Ideen, die meinem ursprünglich gedachten 
Einsatzbereich durchaus erweitern würden.

Bei der TPS Reihe müsste ich wohl nach dem Dead Bug Verfahren vorgehen, 
um das Pad auf der Unterseite mit einem Lötkolben löten zu können oder 
ich leiste mir doch mal eine Heißluftlötstation.

von Martin B. (Firma: BINE Automatentechnik) (pac-man)


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A. N. schrieb:
> um das Pad auf der Unterseite mit einem Lötkolben löten zu können

Wegen der Kühlung sollte das Pad doch sowieso beidseitig layoutet 
werden. Kann man da nicht einfach Löcher (keine Vias) rein machen? Dann 
kann man ja auch wieder löten.

von Harald (Gast)


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Martin B. schrieb:
> keine Vias

Doch! Via(s) von unten sollte auch funktionieren, da zieht sich das Zinn 
mit Kapillarwirkung dann schon durch. Nicht optimal aber sollte für 
Hobby funktionieren.

Ansonsten mal in eine Atten 858D investieren, gibt es für wenig Geld. 
Jaja, sicherheitstechnisch nicht der Brüller, man kann als Hobbyist 
damit arbeiten. Dazu noch CR44 von Reichelt. Stencil braucht man nicht 
unbedingt, einfach ne dünne Wurst über alle Pins ziehen und etwas Paste 
für das Centerpad. Heißluft draufhalten und warten, dass flüssige 
Lötperlen von der Unterseite seitlich vortreten. Wie gesagt, für Hobby 
okay.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ich kann mich meinen Vorrednern nur anschließen.

Wenn du einen P-Kanal MOSFET mit 3,3V ansteuerst, dann muss die Last 
auch 3,3V haben*, so dass er keine 30V aushalten muss.

*) Es sei denn du macht besondere Klimmzüge mir negativen 
Versorgungsspannungen.

Wenn du 30V schalten willst, dann hast du zwangsläufig auch die 30V als 
Steuerspannung zur Verfügung.

http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf

In Kapitel 2.2.2 und 3.4.4

von Harald W. (wilhelms)


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A. N. schrieb:

> Lüfter 12V oder 24V mit relativ viel Strombedarf per µC an und
> ausschalten. Beispiel habe ich oben genannt.

...und warum kannst Du Deine Lüfter nicht einfach im negativen
Anschluss mit NFets schalten, so wie es alle machen?

von Martin B. (Firma: BINE Automatentechnik) (pac-man)


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Harald W. schrieb:
> negativen

Hat er schon bei der Eröffnung des Threads geschrieben.

von A. N. (bastelmaniac)


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Martin B. schrieb:
> Wegen der Kühlung sollte das Pad doch sowieso beidseitig layoutet
> werden.

Ich fertige bisher nur Einzelstücke an, die ich auf Lochrasterplatinen 
aufbaue. SMD habe ich bisher über entsprechende Adapterplatinen 
verdrahtet oder eben "fliegend". Durch die heutigen, fertigen µC-Boards 
ist der Aufwand für zusätzliche eigene Platinendesigns doch schon stark 
gesunken. Deswegen habe ich mir bisher noch nie die Arbeit gemacht, eine 
Platine zu layouten. Eine einzelne Platine aus China zu bestellen ist 
eher witzlos und der Aufwand selbst Platinen zu fertigen schreckt mich 
doch schon etwas ab.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> In Kapitel 2.2.2 und 3.4.4

Ein wirklich schönes und gutes Buch von dir!

Das Atten 858D hatte ich übrigens schon im Blick, auch was getan werden 
muss, damit es sicher ist.

von Harald (Gast)


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A. N. schrieb:
> Eine einzelne Platine aus China zu bestellen ist
> eher witzlos

Keinesfalls, genau für Prototyping wurden viele dieser Dienste 
geschaffen.

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