Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PNP Highside Schalter


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 Jonas (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Moin,
auch wenn Freitag ist, bin ich kein Troll :D

Ich bin Hobbyist und brauche gerade für eine 24V Anwendung einen 
Highside Switch der sich von einem uC ansteuern lässt.

Um das Ganze auch in Zukunft nochmal in anderen Anwendungsfällen nutzen 
zu können, hab ich folgende Anforderungen gestellt:

Versorgungsspannung: 12V-60V
ILast: max. 1A
Galvanisch vom uC getrennt und lange und akutell mögliche 
Beschaffbarkeit sind auch ein Kriterium.

Anbei mein Schaltplan, was denkt ihr dazu? Ist der Transistor und die 
Beschaltung für Spannung und Strom gut?


Gruße Jonas

von Uwe S. (bullshit-bingo)


Lesenswert?

Auf den ersten Blick: tausche R1 und R2!

von Sebastian R. (sebastian_r569)


Lesenswert?

Das wäre vielleicht eine gute Anwendung für einen MOSFET.

Könnte ansonsten spannend werden, das kleine Ding zu kühlen...

von Uwe S. (bullshit-bingo)


Lesenswert?

Sebastian R. schrieb:
> Könnte ansonsten spannend werden, das kleine Ding zu kühlen...

Stimmt, das mit dem 1A habe ich jetzt erst gelesen...deshalb hat er wohl 
die knapp 60mA durch den Opto eingeplant...

Das wird wohl abendfüllend, da wünsche ich viel Spaß mit ihm...

von hmm (Gast)


Lesenswert?

Hallo,

kann man so machen, würde aber statt den Transistor ein Mosfet nehmen. 
z.B den IRF9540 oder so. Die haben in der Regel ein kleineren RS(on).

Sonst mach auf jedenfall Temperatur tests. Wenn du 1A ziehen willst und 
der nur für 1 A und 1.5A peak current ausgelegt ist, könnte bisschen 
knapp (also heiß) werden. Hab auf die schnelle kein Datenblatt gefunden 
wo angaben zu Ib -> Vce beschrieben ist. Also ausprobieren, die 
Schaltung sollte so funktionieren.

Gruß

von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> Versorgungsspannung: 12V-60V

Der Optokoppler verträgt keine 60V!

Du brauchst da einen weiteren Transistor.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> ILast: max. 1A

Dann schau mal ins Datenblatt, wie groß Gain bei 1A ist.

Ich hab mir kürzlich nen P-MOSFET für 24V rausgesucht, den BUK6Y61-60PX.
Für 60V aber etwas knapp.

von hmm (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Der Optokoppler verträgt keine 60V!

jo der darf nur 35V!


Gruß

von Jonas (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Moin,
danke für eure zahlreichen Kommentare und Hinweise.
Den Optokoppler hab ich aus Gewohnheit eingesetzt, ich bewege mich sonst 
eher im 5-12V Bereich, ist jetzt abgeändert.

Ich hab leider noch keine Erfahrung mit P-Mosfets weswegen ich mich 
bisher davor gedrückt habe. Auch erscheint mir die Verfügbarkeit gerade 
angespannter als bei Bipolaren.

Kann man den IRF9540N per Spannungsteiler ansteuern oder wie macht man 
das, wenn die Versorgungsspannung höher ist?

Gibt es ein lieferbares IRF9540N equivalent in SMD Bauweise? Finde das 
angenehmer, was den Aufbau betrifft.

Gruß Jonas

von Axel R. (axlr)


Lesenswert?

Bekommst Du kein "Amper" mit geschaltet, kein ganzes. Auch nicht mit 1K 
in der Basis. die Stromverstärkung bricht bei den Teilen ab 200-300mA 
kräftig ein. Wie hoch ist der Dunkelstrom vom Optokoppler? Nicht, dass 
der BCP53 dann schon ganz leicht durchsteuert?
edit:
Seite war noch offen, hat sich ja bereits erledigt

: Bearbeitet durch User
von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> Kann man den IRF9540N per Spannungsteiler ansteuern

Und wieder müsste der OK 60V vertragen...

Nochmals: du brauchst einen weiteren Transistor.

von Jonas (Gast)


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Und wieder müsste der OK 60V vertragen...
>
> Nochmals: du brauchst einen weiteren Transistor.

Laut Datenblatt bei Reichelt hat der SFH615A eine Uce von 70V. Daher 
würde ich sagen, verträgt der 60V oder irre ich?

von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> SFH615A

Du wolltest doch unbedingt Standardteile verwenden!

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


Lesenswert?

Jetzt bleibt nur noch die Frage: Kann der IRF9540N bei einer GS Spannung 
von nur 4V voll durchschalten? Und darf die GS Spannung 20V hoch sein?

von Mark S. (voltwide)


Lesenswert?

In den optokoppler schickst Du primär ca 5mA. Macht bei üblicher 100% 
Übertragung 5mA Ausgangsstrom. Um damit 1amp zu schalten, kommst Du um 
einen p-Kanal nicht herum. 60V P-Kanal MOSFETs sind nun nichts 
exotisches.

von Unsere tägliche Panik gib uns heute (Gast)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> Laut Datenblatt bei Reichelt hat der SFH615A eine Uce von 70V. Daher
> würde ich sagen, verträgt der 60V oder irre ich?

Nein, Du irrst nicht.

Michael M. schrieb:
> Jetzt bleibt nur noch die Frage: Kann der IRF9540N bei einer GS Spannung
> von nur 4V voll durchschalten? Und darf die GS Spannung 20V hoch sein?

Jetzt stelle ich auch mal die tägliche Scheinheiligenfrage:
Was sagt denn das Datenblatt?

Ich habe nachgesehen...

H. H. schrieb:
> Und wieder müsste der OK 60V vertragen...
>
> Nochmals: du brauchst einen weiteren Transistor.

Nein. Der gewählte Koppler hält das aus. Auch nochmals.

von Jonas (Gast)


Lesenswert?

Michael M. schrieb:
> Jetzt bleibt nur noch die Frage: Kann der IRF9540N bei einer GS Spannung
> von nur 4V voll durchschalten? Und darf die GS Spannung 20V hoch sein?

So wie ich das Datenblatt verstehe, schaltet er bei spätestens -4V durch 
und kann bis zu -20V ab. Das sind natürlich genau die maxima in Relation 
zu 12V und 60V, außerhalb dieses Bereiches will ich aber auch nicht 
arbeiten.

Die Frage die sich mir stellt ist, ob es mit der PMOS Schaltung so 
funktioniert oder ich noch irgendwelche Probleme bekomme?

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


Lesenswert?

Unsere tägliche Panik gib uns heute schrieb:
> Ich habe nachgesehen...

Prima, dann sind wir ja schon mal einen erheblichen Schritt weiter.

von ArnoR (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Die angehängte Schaltung geht mit jedem Optokoppler, die 
Gate-Source-Spannung ist immer groß genug (=Versorgung, bzw. max 12V) 
und nie zu groß.

von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> So wie ich das Datenblatt verstehe, schaltet er bei spätestens -4V durch

Nein, er ist für Ugs=-10V spezifiziert. Bei -4V fängt er gerade mal ein 
ganz klein wenig an zu leiten.

von H. H. (Gast)


Lesenswert?

ArnoR schrieb:
> Die angehängte Schaltung geht mit jedem Optokoppler, die
> Gate-Source-Spannung ist immer groß genug (=Versorgung, bzw. max 12V)
> und nie zu groß.

Guter Vorschlag, wenn es so invertiert sein darf.

von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> Gibt es ein lieferbares IRF9540N equivalent in SMD Bauweise?

IRF9540NS

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

ArnoR schrieb:
> Die angehängte Schaltung geht mit jedem Optokoppler

Nur gehen dann sämtliche Lasten erstmal an. Typisch will man das nicht.
Nimm einen Widerstand mehr.

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Peter D. schrieb:
> Nimm einen Widerstand mehr.

Du siehst mich fragend 😀. Wo soll der hin?

von Jonas (Gast)


Lesenswert?

Moin Arno,
deine Schaltung gefällt mir.

Im Zeitraum zwischen Spannung einschalten und Optokoppler einschalten, 
wird die Last aber versorgt oder?

Grundsätzlich ist die Invertierung ja kein Problem, das kann ich in der 
Software beheben, aber ein direktes Einschalten ist ja eher nicht so 
schön.

Gruß Jonas

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


Lesenswert?

Peter D. schrieb:
> Nimm einen Widerstand mehr.

Nimm einfach einen Transistor mehr und alle Probleme sind wie 
weggeblasen. Und die Schaltung ist dann auch noch Fail Safe.

von Martin (Gast)


Lesenswert?

Moin,
ich glaube ich werde dieses Forum nie verstehen.

Da liefert sogar ein nicht perfekter Elektroniker mal einen Schaltplan, 
verbessert ihn sogar noch und trotzdem gibts dann für die letzten 5%, 
wie dem letzten Transistor, keine Hilfe/Plan außer Prosa.

Ich fühle mich nicht sicher genug mit Mosfets und trage daher lieber 
keinen Schaltplan bei, aber wenn ich so einige Kommentare hier sehe, 
ajajajaj.

Viele Grüße
Martin

von Mani W. (e-doc)


Lesenswert?

Uwe S. schrieb:
> Auf den ersten Blick: tausche R1 und R2!

Erklär das mal!

von Jens G. (jensig)


Lesenswert?

Jonas schrieb:
> Kann man den IRF9540N per Spannungsteiler ansteuern oder wie macht man
> das, wenn die Versorgungsspannung höher ist?

Mache eine Z-Diode (12V oder so) parallel zu G und S, um bei 60V die Ugs 
zu begrenzen, und den R2 kleiner, so 10k oder so, um bei 12V noch 
wenigstens 8V für Ugs zu haben.
Bei dem großen Spannungsbereich bekommt man aber generell nur einen 
Kompromiss hin, was Schaltgeschwindigkeiten, Verlustleistungen in der 
Ansteuerung, Aussteuerbarkeit des Mosfets, ... betrifft.
Alles andere wird dann aber aufwendiger ...

von ralf (Gast)


Lesenswert?


von Peter D. (peda)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

HildeK schrieb:
> Du siehst mich fragend 😀. Wo soll der hin?

Siehe Bild.

von M. K. (sylaina)


Lesenswert?

Peter D. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Du siehst mich fragend 😀. Wo soll der hin?
>
> Siehe Bild.

Puh, ich hatte mich grade schon gefragt warum es so lange dauert bis 
einer die richtige Schaltung postet aber der Peter hats gerettet ;)

von Markus H. (markus_h170)


Lesenswert?

Hallo zusammen,

ich nehme an, die Zener Diode braucht es, um die G-S Spannung zu 
begrenzen. Würde das mit dem Spannungsteiler, welchen die Widerstände 
ohne Z-Diode darstellen, nicht genauso funktionieren, wenn sie richtig 
dimensioniert sind?
Oder ist das einfach nur dem Umstand geschuldet, dass dann immer maximal 
ca. 12V Differenz anliegen am Gate, egal welche VCC? Also weil die 
Versorgungsspannung 12-60 V beträgt?
Wenn ich es für eine definierte Spannung auslege, würde dann also der 
Spannungsteiler ausreichen nehme ich an, oder hat die Z-Diode noch eine 
andere Funktion?

von jens (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Ja das geht auch ohne Z-Diode.

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Markus H. schrieb:
> Oder ist das einfach nur dem Umstand geschuldet, dass dann immer maximal
> ca. 12V Differenz anliegen am Gate, egal welche VCC? Also weil die
> Versorgungsspannung 12-60 V beträgt?
Richtig!

> Wenn ich es für eine definierte Spannung auslege, würde dann also der
> Spannungsteiler ausreichen nehme ich an, oder hat die Z-Diode noch eine
> andere Funktion?
Dann reicht der Spannungsteiler.
Man darf aber dann nicht dem zweiten Widerstand Richtung GND z.B. einen 
Kondensator parallel schalten - aus welchen Gründen auch immer.

von Alfred B. (alfred_b979)


Lesenswert?

HildeK schrieb:
>> Wenn ich es für eine definierte Spannung auslege, würde dann also der
>> Spannungsteiler ausreichen nehme ich an, oder hat die Z-Diode noch eine
>> andere Funktion?
> Dann reicht der Spannungsteiler.
> Man darf aber dann nicht dem zweiten Widerstand Richtung GND z.B. einen
> Kondensator parallel schalten - aus welchen Gründen auch immer.

Das kann man (zum Glück in JEDEM Fall) so stehen lassen.

HildeK schrieb:
> Markus H. schrieb:
>> Oder ist das einfach nur dem Umstand geschuldet, dass dann immer maximal
>> ca. 12V Differenz anliegen am Gate, egal welche VCC? Also weil die
>> Versorgungsspannung 12-60 V beträgt?
> Richtig!

Bezweifle stark, daß er das so meinte - verstand ihn SO:

"...dank der Z-Diode immer ca. 12V..."


NEIN.

Kurze Beschreibung:

Eine Schaltung mit Spannungsteiler, der hart geschaltet wird,
ist für_variable_Betriebsspannung praktisch UNbrauchbar und
für FESTE solche braucht's ebensowenig zwingend eine Z-Diode
wie bei allen diskutierten Schaltungen...

Ein Spannungsteiler teilt eine feste Spannung fest entzwei. :)
Für feste Versorgungsspannung kann man das so machen.

Eine GS- Z-Diode könnte höchstens anderweitige/zusätzliche
(Z.B. Failure-Mode-Schutz-, Störspitzen abhalten...) Funktion
haben.

(Ähnlich wie man bei einem LL-Mosfet an einem µC-IO einen R,
z.B. 10...100kR, zw. G und S setzt, damit der Fet nur bei
völlig sicherem niederohmigem HIGH-Pegel einschalten kann,
kann eine Z-Diode hier für großen zusätzlichen Störabstand
sorgen.

Also bei der Schaltung nur mit Teiler meine ich, wo Spitzen
auf der Versorgung etwas anrichten KÖNNTEN.


Die 2 Schaltpläne der Ratgeber funktionieren sowieso anders -
ich vermute, das hast Du mangels ausführlicher Beschreibung
nicht wirklich mitbekommen. Daher...

Lange Beschreibung samt Erklärungen (auch alles obigen):

Die 12V liegen hier auch noch bei U_B = 60V an, weil der
R_E ("Emitterwiderstand") aus dem BJT (Bipolartransistor)

- ob nun der BJT des OK bei Pedas Schaltung oder der aus
jens' LTSpice Simu/Schaltplan - das geht bei allen BJTs -

eine sog. Konstantstromsenke (I @ 60V = I @1 2V) macht.

Formel: R_E = U_B - U_BE / I_E (= angenähert auch I_C)

und bzgl. Widerstandswert:

I_konstant durch diesen "oben" mit (+)U_Betrieb / V_cc
verbundenen Festwiderstand

(oberes Schaltbild unbenannt R?, LTSpice Schaltbild R1)

bewirkt an dessen "unterem" (mit dem Gate verbundenen)
Ende diese feste (U = R x I) Spannung, negativ bzgl. V_cc.

[Hier: Ergebnis -12V ... und U_GS = 10-15V bzw. bei P-Kanal
halt minus(!) 10-15V = für Standard-Mosfets just passend.]

Nochmal die Folge:

Schaltet man den Optokoppler- (oder simplen diskreten) NPN
nun mit besagter U_B (was hier U_Basis, nicht U_Betrieb,
bedeutet) ein, erzwingt die Stromsenke die errechnete U_GS.

Spitzen auf der Versorgung könnten den P_Ch nur unter sehr
extremen Umständen kurz einschalten. Unter welchen man aber
sowieso eine Schutzbeschaltung VOR alledem vorsehen müßte.
(LC-Filter, Transil etc.)

Ich persönlich mag daher diese Schaltung (Peda/jens) gern,
sie ist sicher, man kann sie auch für PWM dimensionieren...
obwohl man bei sehr hochfrequenter PWM und/oder sehr dickem
P-Ch Fet dann besser eine NPN+PNP Gegentaktstufe ergänzt -
für deren Versorgung man hierbei doch_noch Z-Diode + Elko
bräuchte...


HTH


P.S.: Bei weiterführenden Fragen / konkreten Bauplänen bitte
aber einen Thread eröffnen, samt Schaltplan und ausführlicher
bzw. auch unmißverständlicher Beschreibung.

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

Alfred B. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Markus H. schrieb:
>>> Oder ist das einfach nur dem Umstand geschuldet, dass dann immer maximal
>>> ca. 12V Differenz anliegen am Gate, egal welche VCC? Also weil die
>>> Versorgungsspannung 12-60 V beträgt?
>> Richtig!
>
> Bezweifle stark, daß er das so meinte - verstand ihn SO:
>
> "...dank der Z-Diode immer ca. 12V..."
>
> NEIN.

Leider hatte ich nicht den vollständigen Abschnitt zitiert:

Markus H. schrieb:
> ich nehme an, die Zener Diode braucht es, um die G-S Spannung zu
> begrenzen. Würde das mit dem Spannungsteiler, welchen die Widerstände
> ohne Z-Diode darstellen, nicht genauso funktionieren, wenn sie richtig
> dimensioniert sind?
> Oder ist das einfach nur dem Umstand geschuldet, dass dann immer maximal
> ca. 12V Differenz anliegen am Gate, egal welche VCC? Also weil die
> Versorgungsspannung 12-60 V beträgt?
Ja, er meinte: dank der Z-Diode übersteigt die Spannung am Gate nicht 
die ca. 12V - deshalb ist sie bei variabler Eingangsspannung notwendig, 
die die max. GS-Spannung überschreitet.
Und das ist so richtig erkannt!

Alfred B. schrieb:
> Die 2 Schaltpläne der Ratgeber ...
Da Markus H. einen alten Thread gekapert hat, hat seine Frage auch nicht 
besonders viel mit der Beschaltung und den Antworten auf die 
Ursprungsfrage zu tun und ich bin darauf nicht mehr eingegangen.

von Uwe D. (monkye)


Lesenswert?

H. H. schrieb:
> Jonas schrieb:
>> So wie ich das Datenblatt verstehe, schaltet er bei spätestens -4V durch
>
> Nein, er ist für Ugs=-10V spezifiziert. Bei -4V fängt er gerade mal ein
> ganz klein wenig an zu leiten.

Nö, gucke mal Fig.2 - es ist grenzwertig, aber nicht „gerade so 
leitend“.

von Brüno (dominic_m833)


Lesenswert?

Einfach einen APV2111 oä zwischen Gate und Source eines beliebigen P- 
oder NMOS der die Spannung abkann, und fertig ist die Wutz.

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.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.