Mosfet-P-Kanal

[Martin B. (metatronik)]

Hi,

ich möchte folgendes Realisieren:

Ein Gerät kann mit einem Interface (OBD2) verbunden werden oder via USB.
Im Falle USB werden vom USB-Interface 5 Volt bereitgestellt und im Falle 
von OBD die 12 Volt die dann als Versorgungsspannung im Gerät verwendet 
weden sollen. (Ich habe dannach einen Step-Down-Wandler auf 3.3 Volt der 
mit den 5 sowie den 12 Volt zurechtkommen wird)

Nun möchte ich nicht das 5 Volt Gerät grillen wenn parallel der OBD2 
Stecker mit 12 Volt daherkommt.

Die Idee ist die, dass die 12 Volt den P-Mosfet sperren wird und damit 
der USB-Port abgeklemmnt ist. Soll ich meinen Versuchsaufbau dazu so 
starten oder gibt es jetzt schon vorhersagbar 'magic smoke' ?

- siehe Grafik im Anhang  ...

Frage: Wird dies funktionieren ?

Danke

[Michael B. (laberkopp)]

Martin B. schrieb:
> Ich habe dannach einen Step-Down-Wandler auf 3.3 Volt der mit den 5
> sowie den 12 Volt zurechtkommen wird)
Vergiss MOSFETs, nimm Dioden:

+12V--|>|--+  +-----------+
   1N4148  +--|3.3V Regler|-- 3.3V
+5V---|>|--+  +-----------+
                    |
                  Masse

[Martin B. (metatronik)]

Michael B. schrieb:
> Martin B. schrieb:
>> Ich habe dannach einen Step-Down-Wandler auf 3.3 Volt der mit den 5
>> sowie den 12 Volt zurechtkommen wird)
> Vergiss MOSFETs, nimm Dioden:
>

> +12V--|>|--+  +-----------+
>    1N4148  +--|3.3V Regler|-- 3.3V
> +5V---|>|--+  +-----------+
>                     |
>                   Masse
>

Ich benötige leider auch die vollen 5 Volt .... und eine Diode würde mit 
bis zu 0,7 Volt klauen ....

[Jörg R. (solar77)]

Martin B. schrieb:
> Soll ich meinen Versuchsaufbau dazu so
> starten oder gibt es jetzt schon vorhersagbar 'magic smoke' ?
>
> - siehe Grafik im Anhang  ...
>
> Frage: Wird dies funktionieren ?

In Beiden Fällen fließt der Strom über die Body-Dioden.

[Martin B. (metatronik)]

Jörg R. schrieb:
> Martin B. schrieb:
>> Soll ich meinen Versuchsaufbau dazu so
>> starten oder gibt es jetzt schon vorhersagbar 'magic smoke' ?
>>
>> - siehe Grafik im Anhang  ...
>>
>> Frage: Wird dies funktionieren ?
>
> In Beiden Fällen fließt der Strom über die Body-Dioden.

Verzeihe mein Nachfrage... :

Mir ist klar, dass wenn nur ein Interface angeschlossen wird dies 
restliche Schaltung mit 5 oder 12 Volt versorgt wird und ich zusätzlich 
einen Verpolungsschutz haben werde...

Insofern ist klar, dass der Strom über die Body Diaoden und dann über 
den geringen Widerstand des durchgeschalteten Mosfets geht.

Nur wass passiert wenn die 12V auf der source seite anliegen und auf der 
anderen Seite die 5 Volt und das Gate mit 12 Volt angesteuert wird?

In meiner naiven Vorstellung müssten das Gate des P-Mosfets nun viel 
positiver vorgespannt sein und damit sperren... und die Diode müsste 
sowieso sperren und das USB Gerät vor den 12V schützen.

[Michael B. (laberkopp)]

Martin B. schrieb:
> Ich benötige leider auch die vollen 5 Volt

Ich liebe Salami - auf Brot.

https://www.analog.com/en/resources/design-notes/switching-between-battery-and-external-power-sources.html

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Da sind doch beide P-Kanal falschrum eingezeichnet. Man sieht schon an 
dem kleinen Diodensymbol, das du so die Schaltung mit den beiden Dioden 
hast wie im zweiten Beitrag und nicht mehr.
Und wenn die MOSFets richtig rum sind, dann erscheint jede 
Eingangsspannung auch auf dem jeweils anderen Eingang. Da kannst also 
ein USB Gerät mit 12V vom OBD Eingang grillen.

Martin B. schrieb:
> Ich benötige leider auch die vollen 5 Volt

Wo kommen die her, wenn du mit 12V speist?

[Rainer W. (rawi)]

Martin B. schrieb:
> Frage: Wird dies funktionieren ?

Gegenfrage: Kennst du LTSpice?
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

[Martin B. (metatronik)]

Matthias S. schrieb:
> Da sind doch beide P-Kanal falschrum eingezeichnet. Man sieht schon an
> dem kleinen Diodensymbol, das du so die Schaltung mit den beiden Dioden
> hast wie im zweiten Beitrag und nicht mehr.

Korrekt. Die typische 'anwendung' für einen P-Kanal zum 
Verpolungsschutz.

Und ja - wenn die Mosfets durchschalten 'sehen' die zwei Quellen sich. 
Aber  deswegen ist ja das Gate mit den 12 volt versorgt .. d.h. Ugs - Us 
= 0 volt ... und damit sperrt der Mosfet und schützt den Eingang ....

zumindest stelle ich es mir so vor :)


> Wo kommen die her, wenn du mit 12V speist?

Die Welt ist leider kompliziert. Kurze Erklärung:  Ein ESP32 muss 
initial mit Daten vorsorgt werden. Hierzu wird der via USB-Port 
geflashed. Dannach ist der USB-Port Geschichte und wird nicht mehr 
benötigt. Hierzu benötigt die Schaltung 3.3 Volt für den ESP. Die 
restliche Schaltung interessiert in diesem Moment nicht. Im 'normalen 
Betrieb benötigt es 3,3 v für einen ESP32, 5 volt für einen 
CAN-Bus-Treiber und nochmal 3,8 Volt für einen anderen IC. Die 3,8 und 
3,3 werden durch zwei LM2596 Step-Down wandler erzeugt und die 5V durch 
einen LM78L05.

Dem einen LD2596 der die 3,3 machen soll reichen die 5Volt am Eingang 
gerade so aus um 3,3 volt zu erzeugen (>4,5v).

Der USB-port wird aber im späteren Betrieb leider 'erreichbar' sein und 
nun stellt sich die Aufgabe das idiotensicher zu machen - d.h.selbst 
wenn einer parallel zum OBD2 Port seinen Laptop mit USB da ranstöpselt 
soll nichts passieren..

PS: Jetzt ist die Salami wenigestens am Stück :)

[Martin B. (metatronik)]

Rainer W. schrieb:
> Martin B. schrieb:
>> Frage: Wird dies funktionieren ?
>
> Gegenfrage: Kennst du LTSpice?
> 
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Habe ich sogar installiert - stehe damit aber "so wie ein Ochse" davor 
...

PS: KiCad ist ein cooles Tool - jedoch hat es mir gerde alle Werte aller 
Widerstände auf R und aller Kondensatoren auf C und manche Ics auf 
LM2596-3.3 verstellt .... krasser Bug :(

[Markus E. (markus_e176)]

Martin B. schrieb:
> Dem einen LD2596 der die 3,3 machen soll reichen die 5Volt am Eingang
> gerade so aus um 3,3 volt zu erzeugen (>4,5v).

Nimm eine Schottky-Diode statt einer Silizium-Diode. Mit den 0,2V 
Spamnungsabfall funktioniert der Regler auch noch, wenn du nur die 
minimale USB-Spannung von 4.75V dran hast.

Viel Strom in Vorwärtsrichtung muss da zum Programmieren ja nicht drüber 
und die nominal 12V (max dauerhaft 24V, wenn man die Fehlerfälle 
betrachtet) kann eine 30V-Schottky auch blocken.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Martin B. schrieb:
> PS: KiCad ist ein cooles Tool -

Erzeugt man damit eine idiotische Klötzchensammlung wie "mosfet1.png" 
und besitzt die Frechheit, das Schaltplan zu nennen?

[Martin B. (metatronik)]

Manfred P. schrieb:
> Martin B. schrieb:
>> PS: KiCad ist ein cooles Tool -
>
> Erzeugt man damit eine idiotische Klötzchensammlung wie "mosfet1.png"
> und besitzt die Frechheit, das Schaltplan zu nennen?

Tut mir leid wenn es Ihren Ansprüchen nicht genügt. Ich finde die 
Trennung nach Funktionsgruppen viel übersichtlicher als alles in ein 
großes Sheet zu packen - da es noch USB, CAN, GSM Anteile gibt wird das 
sehr schnell sehr unübersichtlich. Der hier sichbare Anteil ist eben nur 
die Funktionsgruppe der Power-Domain.

[Martin B. (metatronik)]

Markus E. schrieb:
> Martin B. schrieb:
>> Dem einen LD2596 der die 3,3 machen soll reichen die 5Volt am Eingang
>> gerade so aus um 3,3 volt zu erzeugen (>4,5v).
>
> Nimm eine Schottky-Diode statt einer Silizium-Diode. Mit den 0,2V
> Spamnungsabfall funktioniert der Regler auch noch, wenn du nur die
> minimale USB-Spannung von 4.75V dran hast.
>
> Viel Strom in Vorwärtsrichtung muss da zum Programmieren ja nicht drüber
> und die nominal 12V (max dauerhaft 24V, wenn man die Fehlerfälle
> betrachtet) kann eine 30V-Schottky auch blocken.

Ist halt eine knappe Nummer... die Schottkys die ich so jetzt auf die 
Schnelle gefunden haben liegen alle eher bei 0,4 Vforward ... und das 
ganze ist auch noch Lastabhängig.

Eine Empfehlung welche Diode?

[H. H. (Gast)]

Martin B. schrieb:
> Ich finde die
> Trennung nach Funktionsgruppen viel übersichtlicher

Dann musst du auch allein damit zurecht kommen.

Wer analoge Hardware entwirft, will so eine Zettelwirtschaft gerade 
nicht.

[Martin B. (metatronik)]

H. H. schrieb:
> Martin B. schrieb:
>> Ich finde die
>> Trennung nach Funktionsgruppen viel übersichtlicher
>
> Dann musst du auch allein damit zurecht kommen.
>
> Wer analoge Hardware entwirft, will so eine Zettelwirtschaft gerade
> nicht.

Der REst nach der PowerDomain ist 'digital' - sieht man mal von einem 
AD-Wandler und der GHZ Antennen-feeds mal ab :)

Nungut - ich habe jetzt bisher die Lösung via SK-Diode die knapp 
ausfällt und Lastabhängig ist - ein weiterer 'Battery-Supply'-Ic der 
aber mit 12 Volt ein Problem bekommt .... und eben meine Variante zu der 
ich noch keine Aussage hier bekommen habe.

Ich denke immer noch das ein P-Channel mosfet 'umgekehrt' angeschlossen 
und mit dem Gate an die optionalen 12V angeschlossen genau seinen Zweck 
machen dürfte... die (mosfet-)Diode wird schützen ... und der Mosfet 
wird dank Ug-Us bei 0 volt liegen und der Mosfet schaltet erst bei unter 
-2v durch ... ist dagegen nur der USB Anschluss existent - dann sind 
(dank der Diode) Us=5V und Ug=0V, also -5Volt - der fet schaltet durch 
....

[H. H. (Gast)]

Martin B. schrieb:
> Der REst nach der PowerDomain ist 'digital'

Dann kannst du das ja mit der linken Hand.

Viel Vergnügen.

[Sebastian W. (wangnick)]

Martin B. schrieb:
> Ich denke immer noch das ein P-Channel mosfet 'umgekehrt' angeschlossen
> und mit dem Gate an die optionalen 12V angeschlossen genau seinen Zweck
> machen dürfte... die (mosfet-)Diode wird schützen ... und der Mosfet
> wird dank Ug-Us bei 0 volt liegen und der Mosfet schaltet erst bei unter
> -2v durch ... ist dagegen nur der USB Anschluss existent - dann sind
> (dank der Diode) Us=5V und Ug=0V, also -5Volt - der fet schaltet durch
> ....

Irgendwo habe ich genau eine solche Schaltung schon einmal gesehen. 
Eventuell als Verpolschutz mit minimalem Spannungsabfall?

LG, Sebastian

[H. H. (Gast)]

Sebastian W. schrieb:
> Irgendwo habe ich genau eine solche Schaltung schon einmal gesehen.
> Eventuell als Verpolschutz mit minimalem Spannungsabfall?

Gut erkannt.

[Martin B. (metatronik)]

Das ist die Grundidee .... aber eben nun noch mit den 12V am Gate ...

Ps: LTSpice ist der Meinung dass keine 12 Volt am USB ankommen... aber 
leider ist LTSpice auch der Meinung dass wenn die 12 Volt nicht da sind 
es keine 5V am gemeinsamen Lastwiderstand gibt:(

... liegt bestimmt an meinen LTSpican Fähigkeiten

anbei die asc und ein Bild ...

[Frank K. (fchk)]

Martin B. schrieb:

>> Vergiss MOSFETs, nimm Dioden:
>>

>> +12V--|>|--+  +-----------+
>>    1N4148  +--|3.3V Regler|-- 3.3V
>> +5V---|>|--+  +-----------+
>>                     |
>>                   Masse
>>

>
> Ich benötige leider auch die vollen 5 Volt .... und eine Diode würde mit
> bis zu 0,7 Volt klauen ....

Es gibt auch ideale Dioden...

https://www.analog.com/en/products/ltc4419.html

fchk

[Martin B. (metatronik)]

Guten morgen,

de Idee mit LTSpice war gut - es zeigt sich, dass eine Diode gefehlt hat 
damit die +5volt nicht wieder das Mosfet-Gate 'zurückfüttern' und damit 
nur noch der Diodeneffekt zu Tage tritt - e waren immer nur 4,6 Volt 
anstelle den 5 Volt zu sehen.

Mit dieser Variante - siehe Bild - klappt es nun perfekt so wie gedacht.

Danke

[Michi S. (mista_s)]

Martin B. schrieb:
> Im 'normalen
> Betrieb benötigt es 3,3 v für einen ESP32, 5 volt für einen
> CAN-Bus-Treiber und nochmal 3,8 Volt für einen anderen IC.
> Die 3,8 und 3,3 werden durch zwei LM2596 Step-Down wandler
> erzeugt und die 5V durch einen LM78L05.

Also zum einen gibts sicher Step-Down-Wandler, die auch mit 4V oder so 
am In die 3,3V schaffen, aber wenn da für Dich der LM2596 gesetzt ist, 
wie wärs dann mit folgender Idee:

Mit dem bei Dir für 3,3V geplanten Step-Down machst Du stattdessen 5V. 
zum einen für den CAN-Treiber und zum anderen um diese 5V und USB 5V mit 
zwei Dioden entkoppelt zusammenzufassen; statt des 7805 nimmst Du dann 
einen LDO um von den nicht mehr ganz 5V nach Diode auf 3,3V zu regeln.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Martin B. schrieb:
> 3,8 Volt für einen anderen IC
Was ist das für ein Bauteil?


BTW: Augen auf bei der Verwendung von Fremdwörtern. "Polarisation" 
gibt's im Englischen gar nicht. Und "Polarization" ist etwas völlig 
anderes als "Polarity".

[Martin B. (metatronik)]

Das ist ein A7608E-H  (GSM/GPRS/GSSN Chip).


https://microchip.ua/simcom/LTE/A76xx/A7602/A7602E-H&A7608SA-H%20Hardware%20Design_V1.00.pdf


Der möchte im Bereich von 3,4 - 4,2 Volt die Spannung haben ... wobei 
der im Burst GPRS Modus 2 A kurzzeitig (5 ms) zieht und die Spannung 
darf NIE unter 3,4 fallen .... 3,8 ist "typical".

[Bauform B. (bauformb)]

Am Gerät nur eine Buchse und ein bis zwei Adapterkabel.

[Martin B. (metatronik)]

Das ganze gibt einen Telematic-Adapter:

 SERVER <---> MQTT-Broker <---LTE---> Adapter -> CAN -> OBD2 -> Fahrzeug

Schnittstellen:

1 x Nano-SIM
1 x Mikro-USB
und
1 x OBD2-Kabel/Stecker

Die Plaine braucht aber noch viele Bearbeitungen ... Layout, 
Beschriftungen, ... usw ...