Ansteuerung MOSFET über Koppelkondensator

[Alexander M. (a_lexander)]

Hallo,

Ich hab folgende Schaltung im Anhang und dazu 2 Fragen.

Kurz zur Erklärung:
Durch Toggeln an DUE_SS_IN_2 baut sich eine Spannung am Gate vom MOSFET 
auf und dieser schaltet. Bei einem konstanten Signal schaltet der MOSFET 
nicht mehr.

Die Fragen:
1. Wie berechne ich hier die Spannung am Gate vom MOSFET in Abhängigkeit 
von der Schaltfrequenz? Der Koppelkondensator C45 entkoppelt das ja, 
zudem sind hier Shottkydioden + 2x RC-Glieder.
2. Der max. Strom vom uC (DUE_SS_IN_2) beträgt 20mA. Angenommen C45 + 
C48 haben im 1. Moment einen KS:
I_uC = (3.3V - U_Shottky) / 22Ohm = 136mA --> höher als 20mA.
Kann sowas Probleme geben? Müsste R72 höher dimensioniert werden?

Danke :)

Grüße

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Wozu das ganze?

[M.A. S. (mse2)]

Alexander M. schrieb:
> Kann sowas Probleme geben?
Woher sollen wir das wissen, wenn Du alle wirklich wichtigen 
Informationen weglässt.
Z.B. wie ist der Spannungsverlauf von DUE_SS_IN_2?
Wie ist der Innenwiderstand der Quelle bzw. welchen Maximalstrom hält 
diese aus?
Was ist im Lastkreis des MOSFETs?

und:
H.Joachim S. schrieb:
> Wozu das ganze?

[Georg M. (g_m)]

Alexander M. schrieb:
> Wie berechne ich hier ...

Mit LTspice.

[Bauform B. (bauformb)]

Georg M. schrieb:
> Alexander M. schrieb:
>> Wie berechne ich hier ...
>
> Mit LTspice.

Eigentlich traurig, aber heutzutage... Ich hab' mal die Werte 
eingesetzt, die auf meiner Platine sowieso drauf sind. Das Hauptproblem 
dürfte sein, dass der FET keine Hysterese hat und sanft einschaltet. Im 
Bild sieht man nur einen Zacken, im wirklichen Leben wird das schlimmer 
aussehen.

[Hans (piaggio)]

Alexander M. schrieb:
> Durch Toggeln an DUE_SS_IN_2 baut sich eine Spannung am Gate vom MOSFET
> auf und dieser schaltet.

Die 470pF bilden mit den 100nF einen kapazitiven Spannungsteiler.
Es ist also ein sehr hoher Spannungsimpuls notwendig damit der MOSFET 
leitend werden kann. Steht eine so hohe Spannung überhaupt zur 
Verfügung? -und kann die Schottky-Diode diese hohe Spannung überhaupt 
sperren?

[Falk B. (falk)]

Alexander M. schrieb:

Siehe Anhang.

> 2. Der max. Strom vom uC (DUE_SS_IN_2) beträgt 20mA. Angenommen C45 +
> C48 haben im 1. Moment einen KS:
> I_uC = (3.3V - U_Shottky) / 22Ohm = 136mA --> höher als 20mA.
> Kann sowas Probleme geben? Müsste R72 höher dimensioniert werden?

Die meisten IOs von Mikrocontrollern bzw. allgemein CMOS ICs begrenzen 
den Strom schon intern.

[Falk B. (falk)]

Hans schrieb:
> Die 470pF bilden mit den 100nF einen kapazitiven Spannungsteiler.
> Es ist also ein sehr hoher Spannungsimpuls notwendig damit der MOSFET
> leitend werden kann.

Nö. Das ist eine Ladungspumpe.

[H. H. (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Hans schrieb:
>> Die 470pF bilden mit den 100nF einen kapazitiven Spannungsteiler.
>> Es ist also ein sehr hoher Spannungsimpuls notwendig damit der MOSFET
>> leitend werden kann.
>
> Nö. Das ist eine Ladungspumpe.

Bekannt als Greinacher-Schaltung.

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

von Alexander M. schrieb:
>Bei einem konstanten Signal schaltet der MOSFET
>nicht mehr.

Doch, der ist dann ausgeschaltet. Mit konstanten Signal
meinst du warscheinlich eine Gleichspannung. Das ist
eine HF-Detektorschaltung (Spannungsverdopplungsgleichrichter).
Die schaltet bei vorhanden sein von HF den MOSFET durch,
ansonsten aus. C48 und R57 bestimmen wie träge das ganze
funktioniert.

[Alexander M. (a_lexander)]

H.Joachim S. schrieb:
> Wozu das ganze?

Die Idee war hier, sicherzustellen, dass der uC auch wirklich 
funktioniert und nicht von außen z. B. eine Gleichspannung anliegt. Wird 
das üblicherweise nicht so gemacht?

[Alexander M. (a_lexander)]

M.A. S. schrieb:
> Alexander M. schrieb:
>> Kann sowas Probleme geben?
> Woher sollen wir das wissen, wenn Du alle wirklich wichtigen
> Informationen weglässt.
> Z.B. wie ist der Spannungsverlauf von DUE_SS_IN_2?
> Wie ist der Innenwiderstand der Quelle bzw. welchen Maximalstrom hält
> diese aus?
> Was ist im Lastkreis des MOSFETs?
>
> und:
> H.Joachim S. schrieb:
>> Wozu das ganze?

Spannungsverlauf ist ein Rechtecksignal vom uC (1, 0, 1, 0, ...).
Max. Spannung: 3.3V (STM32)
Max. Strom pro Pin: 20mA

Warum ist der Lastkreis notwendig?

[Falk B. (falk)]

Alexander M. schrieb:
> Die Idee war hier, sicherzustellen, dass der uC auch wirklich
> funktioniert und nicht von außen z. B. eine Gleichspannung anliegt. Wird
> das üblicherweise nicht so gemacht?

Was für eine extrem kritische Schalthandlung soll denn damit erfolgen?

[Alexander M. (a_lexander)]

Bauform B. schrieb:
> Georg M. schrieb:
>> Alexander M. schrieb:
>>> Wie berechne ich hier ...
>>
>> Mit LTspice.
>
> Eigentlich traurig, aber heutzutage... Ich hab' mal die Werte
> eingesetzt, die auf meiner Platine sowieso drauf sind. Das Hauptproblem
> dürfte sein, dass der FET keine Hysterese hat und sanft einschaltet. Im
> Bild sieht man nur einen Zacken, im wirklichen Leben wird das schlimmer
> aussehen.

Danke!

Der R1 ist hier auf 2k7. Der Grund ist hier, um den max. Strom vom Pin 
zu begrenzen, stimmt das?

[Alexander M. (a_lexander)]

Falk B. schrieb:
> Alexander M. schrieb:
>
> Siehe Anhang.
>
>> 2. Der max. Strom vom uC (DUE_SS_IN_2) beträgt 20mA. Angenommen C45 +
>> C48 haben im 1. Moment einen KS:
>> I_uC = (3.3V - U_Shottky) / 22Ohm = 136mA --> höher als 20mA.
>> Kann sowas Probleme geben? Müsste R72 höher dimensioniert werden?
>
> Die meisten IOs von Mikrocontrollern bzw. allgemein CMOS ICs begrenzen
> den Strom schon intern.

Ah okay, danke! Da muss ich nochmal genauer nachschauen, ob das meiner 
auch macht.

[Alexander M. (a_lexander)]

Falk B. schrieb:
> Alexander M. schrieb:
>> Die Idee war hier, sicherzustellen, dass der uC auch wirklich
>> funktioniert und nicht von außen z. B. eine Gleichspannung anliegt. Wird
>> das üblicherweise nicht so gemacht?
>
> Was für eine extrem kritische Schalthandlung soll denn damit erfolgen?

Ausschalten einer Spannungsversorgung eines Motorcontrollers bei einem 
Fehler.

Nochmal die Frage:
Wird das üblicherweise nicht so gemacht?

Anmerkung:
Die Ladungspumpe hab ich hier übersehen.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Alexander M. schrieb:
> Durch Toggeln an DUE_SS_IN_2 baut sich eine Spannung am Gate vom MOSFET
> auf und dieser schaltet. Bei einem konstanten Signal schaltet der MOSFET
> nicht mehr.

Das "Problem" ist, daß ein MOSFET nicht "schaltet". Das ist ein zutiefst 
analoges Bauteil. Die Gatespannung steigt und vor allem fällt recht 
langsam. Entsprechend langsam wird der Drainstrom des MOSFET ansteigen 
bzw. abfallen. Je nachdem was du mit dem MOSFET schalten willst, wird er 
beim Umschalten eventuell überlastet.


Alexander M. schrieb:
> H.Joachim S. schrieb:
>> Wozu das ganze?
>
> Die Idee war hier, sicherzustellen, dass der uC auch wirklich
> funktioniert und nicht von außen z. B. eine Gleichspannung anliegt. Wird
> das üblicherweise nicht so gemacht?

Üblicherweise wird das mit einem Watchdog gemacht. Die meisten µC haben 
den schon an Bord. Das Prinzip ist das gleiche: das Programm muß 
innerhalb eines konfigurierbaren Intervalls jeweils eine Funktion 
aufrufen. Sonst gibt es einen Reset.

Wenn man das extern machen muß, verwendet man ein retriggerbares 
Monoflop dafür. Oder einen Reset-Controller mit eingebauter 
Watchdog-Funktion. Auch bekannt als µP Supervisor.

[H. H. (Gast)]

Alexander M. schrieb:
> Ausschalten einer Spannungsversorgung eines Motorcontrollers bei einem
> Fehler.
>
> Nochmal die Frage:
> Wird das üblicherweise nicht so gemacht?

Dafür haben die µC seit langer Zeit Watchdog und BOD.

[Alexander M. (a_lexander)]

Danke für die super Hilfe! Da muss ich meine Schaltung vielleicht 
nochmal überdenken.

[Εrnst B. (ernst)]

Alexander M. schrieb:
> Nochmal die Frage:
> Wird das üblicherweise nicht so gemacht?

Kann man schon so machen, ist halt recht "Old School", funktioniert 
dafür aber auch, wenn z.B. ein Kabel abgesteckt wird.

Hatte das mal vor Ewigkeiten ähnlich am Spaltentreiber-Modul einer 
LED-Matrix verbaut.
Da wurde dann der Enable-Eingang vom 74HC238 abgeschaltet, wenn der µC 
die Spalten nicht mehr schnell genug weitergeschaltet hat, und damit das 
Durchbrennen der LEDs verhindert.

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

von Alexander M. schrieb:
>Ausschalten einer Spannungsversorgung eines Motorcontrollers bei einem
>Fehler.

Also soll das eine Watchdogfunktion werden?

https://de.wikipedia.org/wiki/Watchdog

[Bauform B. (bauformb)]

Alexander M. schrieb:
> Der R1 ist hier auf 2k7. Der Grund ist hier, um den max. Strom vom Pin
> zu begrenzen, stimmt das?

Ja. Auch wenn die meisten uC-Ausgänge kurzschlussfest sind. Der hohe 
Strom muss ja irgendwo herkommen und die üblichen 100n an der 
uC-Versorgung sind etwas wenig für den Zweck. Also beeinflusst die 
Stromspitze mit steilen Flanken die halbe Platine. Nicht nur auf den 
3.3V, auch auf GND; durch den kleinen Kondensator fließt ja 
Wechselstrom. Analoge Funktionen im uC werden noch stärker gestört.

Ja, oft merkt man das nicht. Aber um einen einzigen Widerstand zu sparen 
riskiere ich es nicht. In manchen Datenblättern findet man auch eine 
Bemerkung, dass die Transistoren im uC bei so einer Misshandlung 
abnutzen. Ich weiß nicht, ob das ein besonderer Effekt ist, oder nur das 
übliche: je höher die Temperatur, umso kürzer die Lebensdauer.