Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik P-Mosfet Schaltung richtig ausgelegt


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von Christoph H. (christoph_t5)


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Moin,

Anbei die Schaltung. Rahmenbedingungen sind folgende: Schaltung wird im 
KFZ verwendet. die Mosfet-Schaltung soll in 7-facher Ausführung auf eine 
Platine, die sehr flach sein muss. Circa 11mm Platz in der Höhe.
Geschaltet werden sollen kleine und "große" Pumpen und ohmsche Lasten 
wie LED´s/Lightbars. Die induktiven Lasten sind von 200mA bis circa 10A, 
Ohmsche Lasten circa um die 5A.
Vorher habe ich das mit N-Mosfets(IRLR2705) realisiert, bis auf die 
große Pumpe(10A) hat das auch gut funktioniert. für die Zunkunft würde 
ich das gern aber als High-Side-Switch aufbauen. Dabei hat der IRF4905 
sogar nur 20mOhm RDS_ON im gegensatz zum IRLR2705 mit 40mOhm.

 Wissen und Erfahrung in Bezug auf Mosfets sind eher gering. Darum 
möchte ich hier nochmal nachfragen.

Jetzt die Frage:
1. kann man das so wie in der aktuellen Schaltung machen?
2. sind die Bauteile richtig dimensioniert?

bei 10A und 20mOhm RDS_ON verbrät der IRF4905 circa 2Watt.
3. ist das viel Hitzeentwicklung? die Pumpe läuft circa 20min am Stück.

5. Macht es Sinn dafür 2 Mosfets parallel zu nutzen ?

alle Mosfets werden von einem MCP23017 angesteuert. auf dem Schaltbild 
ist da der Arduino mit 3.3V erwähnt. vermutlich macht das aber kein 
Unterscheid. der MCP23017 arbeitet ebenfalls mit 3.3V.

Ich hoffe ich habe keine wichtige Information vergessen.

besten danke im Vorraus

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von Peter L. (oe6loe)


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ich würde eher Richtung BTS6133 (oder ähnlich) gehen,
der schaltet wenigstens ab, wenn ihm zu warm wird + andere Vorteile

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Ich kann dir nur empfehlen: nimm fertige automotive-highside-switches.
Die sind fast unzerstörbar, nebenbei oft boch eine Diagnosemöglichkeit 
für die Last.

von Ralf (Gast)


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Den 100R vor der Basis würde ich noch auf 2k7 erhöhen.

von Christoph H. (christoph_t5)


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ich hab mich gerad mal so ein bisschen durchs Datenblatt/BTS6133 
gewühlt. Klingt nach so einer Art Eierlegende-Wollmilchsau. wo ist der 
Haken ?

von Achim S. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> ich hab mich gerad mal so ein bisschen durchs Datenblatt/BTS6133
> gewühlt. Klingt nach so einer Art Eierlegende-Wollmilchsau. wo ist der
> Haken ?

Der Haken ist: der ist genau für diese Anwendungen gemacht. D.h. der 
Nervenkitzel des Selber-Bastelns entfällt deswegen ;-)

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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I.a. etwas teurer als eine diskrete Lösung.
In Anbetracht dessen womit du im Auto zu rechnen hast (Überspannung, 
sogar umgekehrte Spannungsspitzen, angeknabberte Leitungen, festsitzende 
Motoren, durchgescheuerte Kabel etc) sind sie aber jeden Cent wert.
Dazu kommt: für deine kleineren Lasten gibts die auch mehrkanalig, z.T. 
mit seriellem Interface.

von HildeK (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> ich hab mich gerad mal so ein bisschen durchs Datenblatt/BTS6133
> gewühlt. Klingt nach so einer Art Eierlegende-Wollmilchsau. wo ist der
> Haken ?

Kein Haken, höchstens der Preis.

von AufArbeit (Gast)


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Haken?
Meist schalten die Dinger erheblich langsamer als diskrete Bauteile, was 
aber bei vielen einfachen Schaltanwendungen eher erwünscht ist, als dass 
es stören würde.

von Christoph H. (christoph_t5)


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OK, dann werde ich wohl auf diese smarte Lösung zurückgreifen. besonders 
wenns die sogar mehrkanalig mit Interface gibt.

eine Frage zum BTS6133 oder möglicherweiße zu andern auch. 0V-schaltet 
ein!?! ich hab nichts dazu gefunden, mit welcher spannung sie zum 
ausschalten betrieben werden müssen? nur das sie ab 0.4V quasi leitend 
werden. wenn ich das denn überhaupt richtig interpretiert habe. würden 
3.3 volt reichen ? von Arduino bzw. MCP23017.

kennt zufällig jemand ein mehrkanaligen automotive-highside-switches mit 
I2C interface ?

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Nachtrag ZU
Christoph H. schrieb:
> 1. kann man das so wie in der aktuellen Schaltung machen?
> 2. sind die Bauteile richtig dimensioniert?

Beide Widerstände würde ich z.B. zu 1k wählen.
An der Basis brauchst du nicht so viel Strom, am Kollektor sollte es 
mehr sein, damit man das FET-Gate auch wieder schneller entladen kann 
beim Abschalten.

Eine 1N4008 gibt es meines Wissens nicht, nur 1N4001-1N4007.
Wenn du allerdings induktive Großverbraucher (10A) schalten willst, dann 
sollte die Freilaufdiode schon den Maximalstrom aushalten, auch wenn er 
nur beim Abschalten kurzzeitig fließt.
Die 1N400x können zwar einige 10A für wenige ms, wohler wäre mir z.B. 
mit einer 1N540x (3A Dauerstrom).

von Uwe B. (uwebre)


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Christoph H. schrieb:
> BTS6133
>  wo ist der Haken ?

Der Haken ist daß Siemens dazu neigt solche Bauelemente abzukündigen 
wenn man sich grade darauf eingeschossen hat und es nicht immer eine 
pinkompatible Alternative gibt :-(

Uwe

von Christoph H. (christoph_t5)


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HildeK schrieb:
> Eine 1N4008 gibt es meines Wissens nicht, nur 1N4001-1N4007.
> Wenn du allerdings induktive Großverbraucher (10A) schalten willst, dann
> sollte die Freilaufdiode schon den Maximalstrom aushalten, auch wenn er
> nur beim Abschalten kurzzeitig fließt.
> Die 1N400x können zwar einige 10A für wenige ms, wohler wäre mir z.B.
> mit einer 1N540x (3A Dauerstrom).

Dazu eine Frage: ich hatte vorher eine SK 86C, die hat laut Datenblatt 
8A. ist abgeraucht, kurze zeit später dann auch der Mosfet. Ist die 
genzlich ungeeignet?

von Achim S. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> eine Frage zum BTS6133 oder möglicherweiße zu andern auch. 0V-schaltet
> ein!?! ich hab nichts dazu gefunden, mit welcher spannung sie zum
> ausschalten betrieben werden müssen? nur das sie ab 0.4V quasi leitend
> werden. wenn ich das denn überhaupt richtig interpretiert habe. würden
> 3.3 volt reichen ?

Nein: der BTS6133 schaltet in Abhängigkeit vom Strom an IN. Du musst IN 
mit deinem npn gegen GND schalten, damit der BTS einschaltet. Wenn der 
npn sperrt, dann sperr auch der BST6133.

Es gibt auch vergleichbare Bausteine, die du mit den 3,3V direkt 
schalten kannst (ohne npn-Treiberstufe), z.B. dieser hier
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-ISP752R-DataSheet-v01_20-EN.pdf?fileId=5546d4626c1f3dc3016c904955152321
(für die Fälle, bei denen es etwas weniger als 1A sein darf).

Oder der hier
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-BTS441RG-DS-v01_21-EN.pdf?fileId=5546d4625a888733015aa9afe3e135e1
für die größeren Ströme.

Hier ein Übersicht der diversen Profet, die Digikey im Programm hat:
https://www.digikey.de/products/de/integrated-circuits-ics/pmic-power-distribution-switches-load-drivers/726?FV=-8%7C726%2C1989%7C0&quantity=0&ColumnSort=0&page=3&k=profet&pageSize=25&pkeyword=profet

von Achim S. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> Dazu eine Frage: ich hatte vorher eine SK 86C, die hat laut Datenblatt
> 8A. ist abgeraucht, kurze zeit später dann auch der Mosfet. Ist die
> genzlich ungeeignet?

Das dürfte sie eigentlich nicht, wenn du nur gelegentlich ein- und 
ausschaltest. Wenn du mit PWM ständig ein- und ausschaltest könnte es 
anders aussehen. Welche Betriebsart liegt denn bei dir vor?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Uwe B. schrieb:
> Der Haken ist daß Siemens dazu neigt solche Bauelemente abzukündigen
> wenn man sich grade darauf eingeschossen hat und es nicht immer eine
> pinkompatible Alternative gibt :-(
Solche Haken sind bei derartigen Single-Source-Bauteilen üblich. Wer das 
nicht will darf keine Elektronik machen.

Es geht aber auch anders: ich verwende seit gut 20 Jahren den BTS711, 
der immer noch erhältlich ist, aber zudem inzwischen über den BTS716 zum 
BTS724 mutiert und immer besser geworden ist.

von Christoph H. (christoph_t5)


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Achim S. schrieb:
> Christoph H. schrieb:
>> Dazu eine Frage: ich hatte vorher eine SK 86C, die hat laut Datenblatt
>> 8A. ist abgeraucht, kurze zeit später dann auch der Mosfet. Ist die
>> genzlich ungeeignet?
>
> Das dürfte sie eigentlich nicht, wenn du nur gelegentlich ein- und
> ausschaltest. Wenn du mit PWM ständig ein- und ausschaltest könnte es
> anders aussehen. Welche Betriebsart liegt denn bei dir vor?

grundsätzlich wird nur ein bzw. ausgeschaltet. grundsätzlich würde ich 
die kleinen Ströme gern mit PWM optional betreiben aber das kann der 
MCP23017 eh nicht. also wie gesagt nur aus/ein

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


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Christoph H. schrieb:
> kennt zufällig jemand ein mehrkanaligen automotive-highside-switches mit
> I2C interface ?

Da I²C ein störanfälliger Bus ist, wird der im Auto nicht benutzt, 
höchstens innerhalb des Radios. Mit CAN gibt es aber solche Module - 
zumindest als Ersatzteil.

von Christoph H. (christoph_t5)


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von Steuergerät zu steuergerät nutze ich CAN, aber innerhalb der Platine 
wollte ich eigentlich I2C nutzen. da würde sich CAN ja quasi gar nicht 
lohnen.

von Achim S. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> grundsätzlich wird nur ein bzw. ausgeschaltet.

dann müsste die SK86C das eigentlich aushalten. war vielleicht in deinem 
Aufbau etwas faul? die Diode vielleicht falsch gepolt? oder kann deine 
Last auch Mal im Generatorbetrieb laufen (z.B ein Motor, der mechanisch 
angetrieben wird)

von ACDC (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> wo ist der
> Haken ?

Der BTS kostet 2,50€.
Ein Fet der den gleichen Strom und Spannung kann nur 0,70€

Beitrag #6565488 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Manfred (Gast)


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HildeK schrieb:
> Eine 1N4008 gibt es meines Wissens nicht,

Hätte ich jetzt auch gesagt, oberhalb kenne ich EM513. Aber ... klicke 
mal auf das unterstrichene Bauteil :-)

Ändert nichts an Deiner Kernaussage, einen größeren Typ zu empfehlen. 
Die 1N... unterscheiden sich nur in der Sperrsapannung, nicht im Strom.

von Christoph H. (christoph_t5)


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eine Frage noch zum BTS721L1 im Bezug auf den MCP23017. Ich konnte das 
im Datenblatt nicht ganz rausfiltern.

Kann ich mit dem MCP den BTS schalten  ? im Datenblatt vom BTS steht, 
dass dazu 2mA nötig sind.Bei welcher Spannung denn? Die Spannungsangabe 
-10/16V versteh ich nicht ganz.
Im Datenblatt steht Input turn-on threshold voltage von 1.7V(min) bis 
3.5V(max).
Input turn-off threshold voltage 1.5V(min).
Das bedeutet es wird erst sicher bei 3.5V(frühstens bei 1.7V) 
eingeschlatet? bzw. bei unter 1.5V wieder aus ?

aus Platzgründen würde ich gern auf die Transistorschaltung verzichten, 
wenns denn möglich ist.

der MCP kann pro ausgang 25mA ab. bei max 3.3Volt.

Datenblatt zum BTS :
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/BTS721L1-TI.pdf

Datenblatt zum MCP :
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/MCP23017-ESO.pdf

besten dank.

: Bearbeitet durch User
von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Direkt mit Logik geht bei dem BTS nicht, da müsstest du einen npn oder 
n-Kanal-Fet zwischenschalten.

Es gibt aber auch genügned Typen mit Logik-Interface (VN7050 z.B.), die 
kannst du dann dierkt mit 3,3- oder 5V Logik schalten.

von Achim S. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> eine Frage noch zum BTS721L1 im Bezug auf den MCP23017. Ich konnte das
> im Datenblatt nicht ganz rausfiltern.
>
> Kann ich mit dem MCP den BTS schalten  ? im Datenblatt vom BTS steht,
> dass dazu 2mA nötig sind.


Wo im Datenblatt des BTS721 steht das mit den 2mA am Eingang? Ich finde 
diese Angabe nicht.

Ich finde bezüglich der Schaltschwellen des Eingangs die Werte, die ich 
hier anhänge. Und die sagen: mit einem 3,3V-Signal kann es klappen, es 
kann aber auch sein, dass das Einschalten nicht geht (weil im worst case 
3,5V dafür gebraucht werden). Das Teil ist also dafür vorgesehen, mit 
einem 5V-Signal geschaltet zu werden.

von Christoph H. (christoph_t5)


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auf Seite 4 im Datenblatt habe ich diesen Wert gefunden.

von Achim S. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> auf Seite 4 im Datenblatt habe ich diesen Wert gefunden.

unter maximum ratings. Das heißt: wenn du aus irgendwelchen Gründen mal 
mehr als +-2mA durch den input pin fließen lässt, dann kann der Baustein 
ohne weitere  Vorwarnung kaputt sein.

Meine Angabe der Schaltschwellen findest du unter "electrical 
charasteristics". Die beschreiben, mit welchen Werten der Baustein 
funktioniert.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Christoph H. schrieb:
> auf Seite 4 im Datenblatt habe ich diesen Wert gefunden.
Mit den "Absolute Maximum Ratings" rechnet man nicht, sondern bleibt 
reichlich davon weg.

Christoph H. schrieb:
> Das bedeutet es wird erst sicher bei 3.5V(frühstens bei 1.7V)
> eingeschlatet? bzw. bei unter 1.5V wieder aus ?
> aus Platzgründen würde ich gern auf die Transistorschaltung verzichten,
> wenns denn möglich ist.
Du könntest mit 2 Widerständen arbeiten:
1
                  +12V
2
                   |
3
                  10k
4
                   |
5
  MCP    ---270R---o----- BTS711
6
 0V/3V3                 
7
         ----------o------------       
8
                   |
9
                  GND
Damit wird der High-Pegel auf 3,3V + 0,23V = 3,53V angehoben.
Und der Low-Pegel ist mit 0,32V immer noch hinreichend niedrig... ;-)

: Bearbeitet durch Moderator

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