Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik P Mosfet, Ugs mit Z-Diode begrenzen


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von Markus (Gast)


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Würde gerne +24V mit einem P Mosfet schalten.
Jetzt sind allerdings 24V am Gate zuviel, da Ugs maximal 20V betragen 
darf.

Wie baue ich da eine 15V Zener Diode richtig ein, die Ugs begrenzen 
soll?

Anbei meine Skizze.

von MaWin (Gast)


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Markus schrieb:
> Anbei meine Skizze

Das Gate kommt zwischen Widerstand und Z-Diode.

von HildeK (Gast)


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MaWin schrieb:
> Das Gate kommt zwischen Widerstand und Z-Diode.

Das ist auch nur halbgar. So ist im OFF-Zustand niemand da, der das Gate 
wieder zu macht bzw. nur der Leckstrom der Z-Diode.

Entweder R12 und Z-D vertauschen und dann das Gate dazwischen oder die 
Z-Diode zwischen G-T5 und D-T4 und R12 zwischen G und S von T5 belassen.

BTW: der IRLML2502 mag auch keine 24V an seiner Drain. Sonst könnte man 
auch zwei Widerstände verwenden.

von H. H. (hhinz)


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Siehe Anhang.

von Markus (Gast)


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Hab mal 3 Varianten gezeichnet.

von H. H. (hhinz)


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Markus schrieb:
> Hab mal 3 Varianten gezeichnet.

Alle Murks.

Beitrag #6806241 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6806245 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Dietrich L. (dietrichl)


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Markus schrieb:
> Anbei meine Skizze.

Lass die Zenerdiode weg (Kurzschluss) und schalte einen Widerstand 
zwischen T4 Drain und T5 Gate. Die beiden Widerstände sind dann ein 
Spannungsteiler.

von Dieter H. (kyblord)


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Bei Variante 2 R12 und D1 noch vertauschen, wie es Hinz gesagt hat...

von HildeK (Gast)


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Markus schrieb:
> Hab mal 3 Varianten gezeichnet.

V1: schützt nicht das Gate von T5 vor den 24V und hat im OFF-Zustand ein 
offenes G an T5.
V2: hat ein offenes Gate an T5, wenn man ausschaltet.
V3: T4 bekommt 24V UDS im OFF und schließt im ON die Z-Diode hart an die 
24V - Rauch von D1 und T4 sind zu erwarten.

Nimm V3 und mache die Z-Diode zwischen G-T5 und D-T4; oder nimm die 
Variante von hhinz.

von HildeK (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Lass die Zenerdiode weg (Kurzschluss) und schalte einen Widerstand
> zwischen T4 Drain und T5 Gate. Die beiden Widerstände sind dann ein
> Spannungsteiler.

Geht nicht, wenn T4 ausgeschaltet ist, sieht er am D 24V, darf aber nur 
20V sehen. Schau ins Datenblatt vom IRLML2502.

von H. H. (hhinz)


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Dieter H. schrieb:
> Bei Variante 2 R12 und D1 noch vertauschen, wie es Hinz gesagt
> hat...

War nicht mein Vorschlag.

von Icke (Gast)


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Icke schrieb im Beitrag #6806245:
> Die drei Vorschläge 1-3 sind alle nicht funktionsfähig,

Muss mich korrigieren - die Variante 2 würde (bis auf das fehlende 
'zumachen' des Gates).

Aber da hier ja schon ein paar Lösungen auf dem Tisch sind werfe ich 
eine weitere Idee in den Thread :)

Bei Variante 2 einen hochohmigen Widerstand parallel zur Z-Diode, der 
würde die Ladung des Gate im Off-zustand leeren. Die Variante würde dann 
auch mit niedrigerem U_GS und auch bei niedrigeren / höheren 
versorgungsspannungen +24V funktionieren.

Ich würde aber auch einen anderen N-Mos nehmen, U_DS_max von 20V kann 
(wie HildeK bereits geschrieben) im off-Zustand auch noch Probleme 
bereiten... Oder du spendierst dem auch noch eine 15V Z-Diode zwischen 
Drain und Source

Beitrag #6806261 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Evert (Gast)


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zwei Widerstände von 10 kΩ.
einer vom Gate zur +24V, der zweite vom Gate zur Kollektor.
Umax am Gate ist 24/2=12V.

von H. H. (hhinz)


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Evert schrieb:
> zwei Widerstände von 10 kΩ.
> einer vom Gate zur +24V, der zweite vom Gate zur Kollektor.
> Umax am Gate ist 24/2=12V.

Der IRLML2502 verträgt keine 24V!

von Evert (Gast)


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ja, nimm einen passenden Transistor
BC547,  45V

Beitrag #6806390 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Eins N00B (Gast)


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So würde ich es machen. Ungetestet und keine Garantie.

von Eins N00B (Gast)


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Ups, besser so.
Effektiv Mawins Vorschlag, aber mit einem R mehr, da ich mir nicht 
sicher bin, ob die Z-Diode sonst das macht, was ich von ihr möchte.

von Dietrich L. (dietrichl)


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HildeK schrieb:
> Geht nicht, wenn T4 ausgeschaltet ist, sieht er am D 24V, darf aber nur
> 20V sehen. Schau ins Datenblatt vom IRLML2502.

Da hast du recht. Den T4 hatte ich bei den Überlegungen überhaupt nicht 
berücksichtigt.

von Manfred (Gast)


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H. H. schrieb:
> Siehe Anhang.

Ich bezweifele die Funktion dieser Schaltung, würde R1 nach oben in die 
Kollektorleitung setzen.

Falls ich etwas übersehe, bitte ich um Erklärung, warum Du R1 im Emitter 
hast und damit den Q1 NPN gegenkoppeln willst.

von Achim S. (Gast)


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Manfred schrieb:
> Falls ich etwas übersehe, bitte ich um Erklärung, warum Du R1 im Emitter
> hast und damit den Q1 NPN gegenkoppeln willst.

damit wird ein definierter Strom durch Q1 eingestellt. Und den Strom 
wählt man so, dass an R2 die gewünschte Spannung abfällt.

Manfred schrieb:
> würde R1 nach oben in die Kollektorleitung setzen.

kann man auch machen, sofern man noch einen Widerstand vor der Basis 
ergänzt. Dann schaltet Q1 ganz durch und das Gate von Q2 wird über den 
Spannungsteiler angesteuert.

von Helge (Gast)


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Manfred schrieb:
> bitte ich um Erklärung
Das ist der bis jetzt einzige funktionierende Vorschlag. R2 wird so 
gewählt, daß sich ca. 10V einstellen.

von Manfred (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Falls ich etwas übersehe, bitte ich um Erklärung, warum Du R1 im Emitter
>> hast und damit den Q1 NPN gegenkoppeln willst.
>
> damit wird ein definierter Strom durch Q1 eingestellt. Und den Strom
> wählt man so, dass an R2 die gewünschte Spannung abfällt.

Das klingt schlüssig, danke.

Da baut man seit Jahrzehnten Elektronik und wird dann von solch einer 
einfachen Idee überrollt, toll.

Beitrag #6806701 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Jörg R. (solar77)


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Markus schrieb:
> Würde gerne +24V mit einem P Mosfet schalten.

Sind die Bauteile fest vorgegeben, oder weshalb nimmst Du keine 
passenden? Muss T4 auch ein Mosfet sein?

von jemand (Gast)


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Helge schrieb:
> Manfred schrieb:
>
>> bitte ich um Erklärung
>
> Das ist der bis jetzt einzige funktionierende Vorschlag. R2 wird so
> gewählt, daß sich ca. 10V einstellen.

Dann steuert der Transistor doch aber nicht mehr durch, oder? Ube wäre 
dann ja negativ, wenn der AVR 5V Logikpegel hat.

von jemand (Gast)


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Ups, Denkfehler. Klar funktioniert das, habe nur einen (längeren) Moment 
gebraucht.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Helge schrieb:
> Manfred schrieb:
>> bitte ich um Erklärung
> Das ist der bis jetzt einzige funktionierende Vorschlag.
Sehe ich auch so.
Und wer das mit der geschalteten Konstantstromquelle nicht gleich 
versteht, der kann es ja noch so wie im Anhang machen und einfach den 
Spannungsteiler mit 2 gleichen Widerständen so auslegen, dass die Ugs 
nicht überschritten wird. Dann ist die Z-Diode schlicht nicht nötig.

: Bearbeitet durch Moderator
von HildeK (Gast)


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Helge schrieb:
> Das ist der bis jetzt einzige funktionierende Vorschlag. R2 wird so
> gewählt, daß sich ca. 10V einstellen.
Nicht der einzige. Der mittlere im Anhang wurde genannt und auch der ist 
möglich.
Zudem gibt es noch weitere, die bei geeigneter Wahl der BE möglich sind.

Lothar M. schrieb:
> der kann es ja noch so wie im Anhang machen und einfach den
> Spannungsteiler mit 2 gleichen Widerständen so auslegen, dass die Ugs
> nicht überschritten wird.

Und muss aber einen PMOS wählen, dass er die 24V an UDS aushält.

Beitrag #6806811 wurde von einem Moderator gelöscht.
von rhabarber (Gast)


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Zweierlei Mass schrieb im Beitrag #6806811:
> Ich frage den Herrn Miller: Wieso löscht Du einen solchen Ausfall nicht?

Hättest Du konkret "Haldol ist schon eine krasse Empfehlung" gesagt,

> Steht der Herr Hinz unter Naturschutz, oder wird er als Agent
> Provocateur sogar noch dafür bezahlt?

und nicht noch solchen Sch... dazuerzählt (Implikation, Hinz sei ein
Tier, gefolgt von völlig paranoidem Quatsch), ...

> Kritik an einem solchen Verhalten verschwindet seltsamerweise fast
> augenblicklich.

Wenn sie so aufgebaut ist, wie die gelöschte war? Ja, tut sie. Und
Deine wird auch gelöscht (aus gutem Grund, aber einem ganz anderen,
als Du Dir vormachst).

> Das riecht ganz unangenehm!

Das von Dir geschriebene ist definitiv nicht "geruchsneutral". Hinz
hat vielleicht überreagiert, als sein (Spitzen!*-) Vorschlag völlig
zu unrecht kritisiert wurde, aber das war's halt auch.


*) Die von ihm gezeigte Schaltung bietet bei minimalem Teileaufwand
die maximale Performance. Und ist noch dazu (ohne umzudimensionieren)
bei diverser (sogar auch variierender) Eingangsspannung brauchbar.

Sogar für PWM ist sie (begrenzt) zu gebrauchen. Sie ist und bleibt
"der" einfache diskrete Pegelwandler für IO Pin zu P-Ch Highside.

von HildeK (Gast)


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rhabarber schrieb:
> Und ist noch dazu (ohne umzudimensionieren)
> bei diverser (sogar auch variierender) Eingangsspannung brauchbar.

Das leider nicht.
Der Strom im Kollektorkreis ist (U_AVR-0.7V)/R1. Damit ist auch die U_GS 
abhängig von der Steuerspannung:
U_GS = (U_AVR-0.7V)/R1 * R2. (Bezeichnungen aus seinem Bild)
Damit geht eine variierende oder andere Eingangsspannung nur in einem 
engeren Bereich ohne umzudimensionieren. Mehr Spielraum ist vorhanden 
bei variierender zu schaltender Spannung, insbesondere oberhalb der max. 
U_GS - unterhalb ist es ja einfach 😀.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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HildeK schrieb:
> Und muss aber einen PMOS wählen, dass er die 24V an UDS aushält.
Der PMOS hat schon 60V, aber der NMOS sollte noch 4V mehr haben... ;-)

Man könnte es aber auch so machen, damit der 20V-NMOS ausreicht:
1
                           24V
2
                            |  
3
                            o-------.  
4
                            |       |
5
                           4k7      |
6
                            |       |
7
                            o----||-|
8
                            |    ||>'
9
                            |    ||-.
10
                           4k7      |   
11
                            |       |   
12
                            |       '---------------->   
13
                             -||          
14
                            .>||          
15
                            |-||--- 5V          
16
                            |          
17
                 µC-Pin ----'
Denn auf diese Art sieht der Mosfet nur 19V Uds, solange er abgeschaltet 
ist. Und wenn er eingeschaltet ist, dann hat er eh' irgendwas um 0V 
zwischen D und S.

: Bearbeitet durch Moderator
von HildeK (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Der PMOS hat schon 60V, aber der NMOS sollte noch 4V mehr haben... ;-)
Dahin zielte meine Bemerkung 😀.

> Man könnte es also auch so machen, damit der 20V-NMOS ausreicht:
Gut, noch eine funktionierende Variante, zumindest für 5V 
Steuerspannung. Bei 3.3V wäre es noch zu eng.

von HildeK (Gast)


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HildeK schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Der PMOS hat schon 60V, aber der NMOS sollte noch 4V mehr haben... ;-)
> Dahin zielte meine Bemerkung 😀.

Oh sorry, ich sehe jetzt erst, dass ich 'pMOS' schrieb. Ich meinte schon 
den kleinen nMOS ...

von Bernd K. (bmk)


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Anbei die Lösung von Matthias L. aus dem Jahr 2008:

Beitrag "Re: Wie Ugs (p-FET) sinnvoll begrenzen?"

Auch bestens erklärt in den nachfolgenden Beiträgen.

Beitrag #6807027 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Helge (Gast)


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HildeK schrieb:
> Der mittlere im Anhang
funktioniert bei relativ gut stabilisierten Spannungen. Bei 
irgendwelchen 24V vielleicht aus Trafo + gleichrichter oder Akku oder 
bei brownout halte ich U -> I -> U für sicherer.

Beitrag #6807148 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Manfred (Gast)


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HildeK schrieb:
> Nicht der einzige.

Eigentlich würde ich Deinen zweiten Weg gehen, grün umrandet.

Was spricht eigentlich dagegen, wenn die 24V instabil sind, U(GS) 
zusätzlich mit einer Z-Diode zu klemmen - ich habe die mal mit einem 
Malprogramm nachgestrickt?

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Manfred schrieb:
> ich habe die mal mit einem Malprogramm nachgestrickt?

Es spricht nix dagegen. Dann kann aber R3 entfallen. Wie sieht 
eigentlich die Dimensionierung aus?

von Achim S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Es spricht nix dagegen. Dann kann aber R3 entfallen.

nein: ohne R3 dauert das Ausschalten des PMOS ewig.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Michael M. schrieb:
> Es spricht nix dagegen. Dann kann aber R3 entfallen.
Wer entlädt dann das Gate? Der Leckstrom der Z-Diode?

Manfred schrieb:
> Was spricht eigentlich dagegen, wenn die 24V instabil sind, U(GS)
> zusätzlich mit einer Z-Diode zu klemmen
Und dann noch eine Sicherung irgendwo reinbauen und eine Angstdiode über 
den 5V-Regler...
Rechne einfach mal nach, wie "instabil" deine 24V sein müssen, dass du 
da bei 2 gleichen Widerständen auf eine Ugs von 20V kommst. Und wenn 
deine 24V irgendwann mal tatsächlich 40V werden, dann hast du ganz 
andere Probleme als nur die Ugs dieses Mosfets.

: Bearbeitet durch Moderator
von HildeK (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Und wenn deine 24V irgendwann mal tatsächlich 40V werden, dann hast du
> ganz andere Probleme als nur die Ugs dieses Mosfets.

Welche Probleme?
Der pMOS geht bis 60V, braucht am Gate >10V...<20V. Der NPN vertägt max. 
45V. Mit zwei gleichen Widerständen ist die Schaltung damit zwischen 20V 
und 40V nutzbar.
Sollen kleinere Spannungen als 20V verwendet werden können, müssen die 
Widerstände einen anderen Teilerfaktor liefern; damit sinkt jedoch auch 
die obere Grenze. Dann könnte die Z-Diode den Bereich wieder nach oben 
erweitern.

von Manfred (Gast)


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HildeK schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Und wenn deine 24V irgendwann mal tatsächlich 40V werden, dann hast du
>> ganz andere Probleme als nur die Ugs dieses Mosfets.

Lothar sieht da wohl eine wackelige Auslegung des Aufbaus.

> Welche Probleme?
> Der pMOS geht bis 60V, braucht am Gate >10V...<20V.

Laut Datenblatt von IR geht der IRFR9024 bis 55 Volt.

>Der NPN vertägt max. 45V.

Der TO hat einen IRLML2502 gezeichnet, der kann nur 20V U(DS) und 
scheint damit ungeeignet. Ich würde einen NPN einsetzen und hätte 
bestimmt etwas in der Schublade, was mehr als 45V kann.

> Mit zwei gleichen Widerständen ist die Schaltung damit zwischen 20V
> und 40V nutzbar.

Jou, also eine Z18 rein, die im Regelbetrieb stromfrei wäre und erst am 
oberen Ende die Spannung klemmen muß.

Damit hätten wir in diesem Thread wohl alle möglichen 
Schaltungsvarianten abgebildet, jetzt darf Markus sich für eine 
entscheiden.

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Die Variante von Herrn Hinz ist automatisch bis 60V spannungsfest, weil 
an R7 immer die gleiche Spannung abfällt, egal wie hoch die 
Versorgungsspannung ist.

von HildeK (Gast)


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Manfred schrieb:
> Laut Datenblatt von IR geht der IRFR9024 bis 55 Volt.
In dem hier automatisch verlinkten stehen 60V. Sei's drum ...

Manfred schrieb:
> Der TO hat einen IRLML2502 gezeichnet, der kann nur 20V U(DS) und
> scheint damit ungeeignet. Ich würde einen NPN einsetzen und hätte
> bestimmt etwas in der Schublade, was mehr als 45V kann.
Wir hatten zuletzt über die NPN-Variante diskutiert, die du bevorzugen 
würdest.
Es gibt auch einige Transistoren mit mehr als 45 max. UCE. Die 45V sind 
es halt mit dem Standard-Typ BC547. Sorry, das war eine implizite 
Annahme.

Michael M. schrieb:
> Die Variante von Herrn Hinz ist automatisch bis 60V spannungsfest, weil
> an R7 immer die gleiche Spannung abfällt, egal wie hoch die
> Versorgungsspannung ist.
Nur solange der NPN auch die 60V kann.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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HildeK schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Und wenn deine 24V irgendwann mal tatsächlich 40V werden, dann hast du
>> ganz andere Probleme als nur die Ugs dieses Mosfets.
> Welche Probleme?
Die die die anderen 24V-Verbraucher machen, die ebenfalls an diesen 
"instabilen 24V" hängen.

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