Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik N-Kanal als high-side switch?


von Noob A. (strippenzieher)


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Hallo zusammen,

kann man einen N-Kanal MosFET als high side switch benutzen?
Ich hab hier so komisch Fernost-Motoren die ein Kugelhuhn bedienen und 
da gibt es ein Draht zum Öffnen, einen zum Schließen und eine "Anode" 
(steht so drauf, kann ich nix für), also gemeinsame Masse.

Zum Öffnen oder Schließen legt man an den entsprechenden Draht 12 V an.

Ich hab jetzt aber nur N-Kanal-FETs im Haus...
Allgemeinhin nutzt man die ja um die Masse vom Verbraucher zu schalten, 
was hier eher nicht klappt.

Bevor ich jetzt rumrenn und mir P-Kanal-FETs besorge, gibt es evtl. eine 
Möglichkeit nur mit den N-Mos auszukommen?? Ohne 
Riesen-Schaltungsaufwand - mein Fundus ist sehr begrenzt!

von Sebastian R. (sebastian_r569)


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Die Gatespannung müsste für High-Side dann halt über den 12V liegen. Ist 
meist eher unpraktisch, die extra zu erzeugen.

Was ginge: Pullup an die Steuerleitung und mit deinem N-Kanal-Mostfet 
auf Masse ziehen - Kehrt aber die Schaltlogik um und im Fehlerfall ist 
die Leitung dauerhaft auf 12V

von Peter D. (peda)


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Es gibt Ansteuer-ICs mit Bootstrap oder mit Ladungspumpe. Aber nur die 
Ladungspumpe kann 100% Einschaltdauer.

von Otto K. (opto_pussy)


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Alternativ könnte man auch eine 9 Volt Blockbatterie mit dem Minuspol an 
+12 Volt anschließen und den Pluspol vom 9V Block über einen Optokoppler 
an das Gate vom N-Channel MOSFET. Und das Gate dann wiederum mit einem 
1M Widerstand an GND pulldownen.

Die 9 Volt Blockbatterie müsste theoretisch ewig halten, da ja nur kurze 
Impulse zum Umschalten benutzt werden und das Gate so gut wie keinen 
Strom benötigt.

von Bauform B. (bauformb)


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Otto K. schrieb:
> 9 Volt Blockbatterie
> Und das Gate dann wiederum mit einem 1M Widerstand an GND pulldownen.

Wer meint, dass der FET dann zu langsam abschaltet, könnte einen CD4093 
dazwischen bauen.

Spannend wird es, wenn die Batterie langsam leer wird und der FET nur 
noch "halb" einschaltet. Eigentlich müsste ein Akku mit BMS für klare 
Verhältnisse sorgen?

von Bruno V. (bruno_v)


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Peter D. schrieb:
> oder mit Ladungspumpe

bzw. LED mit Solarzellen, so dass kein externer (oder interner) 
Kondensator gebraucht wird. Das ganze passt trotzdem in ein SMD-Gehäuse, 
war aber früher (vor 30 Jahren) eher nur zum statischen Ein-Ausschalten

von Stefan K. (stk)


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Noob A. schrieb:
> Ich hab hier so komisch Fernost-Motoren die ein Kugelhuhn bedienen und
> da gibt es ein Draht zum Öffnen, einen zum Schließen und eine "Anode"
> (steht so drauf, kann ich nix für), also gemeinsame Masse.
"Anode" für den gemeinsamen Draht und "gemeinsame Masse" widerspricht 
sich meiner Auffassung nach, aber was weiß ich schon von Weibchen von 
Kugelhähnen.

von Noob A. (strippenzieher)


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Stefan K. schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> Ich hab hier so komisch Fernost-Motoren die ein Kugelhuhn bedienen und
>> da gibt es ein Draht zum Öffnen, einen zum Schließen und eine "Anode"
>> (steht so drauf, kann ich nix für), also gemeinsame Masse.
> "Anode" für den gemeinsamen Draht und "gemeinsame Masse" widerspricht
> sich meiner Auffassung nach, aber was weiß ich schon von Weibchen von
> Kugelhähnen.

Hmm... jetzt wo du es sagst...
der Draht ist halt gelb-grün, da dachte ich gleich an Erde, bzw. Masse 
(es gibt das Motörchen auch in einer 230V-Variante)
https://de.aliexpress.com/item/1005005508398422.html

vielleicht probier ich das heut Abend mal aus ... dann hätt sich das 
Problem erledigt :)

von Noob A. (strippenzieher)


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also, hab grad auf der Seite mal weiter nach unten gescrollt
Das ist eigentlich recht unmisverständlich:

https://ae01.alicdn.com/kf/Se3721bbd3b70484fba333572529ca74bu.jpg

von Noob A. (strippenzieher)


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Sebastian R. schrieb:
> Was ginge: Pullup an die Steuerleitung und mit deinem N-Kanal-Mostfet
> auf Masse ziehen - Kehrt aber die Schaltlogik um und im Fehlerfall ist
> die Leitung dauerhaft auf 12V

Das könnte auch eine Möglichkeit sein, muss den Fehlerfall aber noch 
überdenken... Sicher nicht gut wenn der Motor in beide Richtungen 
gleichzeitig fahren will ?!?

von Timo N. (tnn85)


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Chinesen halt. Spitzeninnovative /ausgefallene und günstige Produkte + 
katastrophale Dokumentation/Handbuch (leider bzw. zum Glück).
Gelb/Grün als Neutralleiter zu nehmen ist ja auch wieder kriminell, aber 
das ist für Chinesen eh egal, da die anderen Farbcode für 
Niederspannugnskabel haben.

Es muss nicht sein, dass die 24V Variante genauso geschaltet wird wie 
die in der Beschreibung vorgestellte 230V Variante.
Ich würde dir ja zum anschreiben und nachfragen raten, aber darauf kann 
man sich bei den chinesischen Händlern auch nicht immer verlassen. 
Teilweise hatte ich aber auch Glück und die haben die Doku für die 
andere Variante zugeschickt.

Wenn 24VDC-Variante doch so geschaltet wie 230V-Variante (L = +24V), 
kannst ja auch ein N-Channel Mosfet nehmen um damit ein kleines Relais 
zu schalten um  mit dem Relais die Steuerleitungen zu schalten.

Was spricht gegen die 230V-Variante?

von Noob A. (strippenzieher)


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Timo N. schrieb:
> Was spricht gegen die 230V-Variante?

es soll im Akkubetrieb funktionieren, bzw. mit einer mini PV-Anlage

von Stefan K. (stk)


Angehängte Dateien:

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Timo N. schrieb:
> Chinesen halt. Spitzeninnovative /ausgefallene und günstige Produkte +
> katastrophale Dokumentation/Handbuch (leider bzw. zum Glück).

In einem Bild aus einer Bewertung sieht es etwas anders aus als im 
Startbeitrag beschrieben. Da ist gelb die Kathode und braun und blau 
sind die getrennten Anodenanschlüsse zum Öffnen und Schließen.
Anzusteuern ist das laut Aufdruck mit 12-24V DC, 50-60Hz!
Einen gedrehten Ausschnitt des Bildes häng ich mal an.

von Michael B. (laberkopp)


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Noob A. schrieb:
> kann man einen N-Kanal MosFET als high side switch benutzen?

Ja, kann man.

Drain an plus, Last an Source.

Das Gate muss dazu auf plus+10V gezogen werden.

Entweder hat man so eine höhere Spannung, oder man muss sie sich 
erzeugen.

Es gibt dafür extra Gate-Treiber-Schaltungen wie
LTC1154 MIC5011

Oder man erzeugt sich die Hilfsspannung per DC/DC Wandler.

Wenn der NMOSFET nicht dauerhaft eingeschaltet werden muss, sondern in 
PWM maximal 99% ein ist, dann kann er selbst die Ladungspumpe bilden. 
Bei dir wohl nicht.

Noob A. schrieb:
> es ein Draht zum Öffnen, einen zum Schließen und eine "Anode" (steht so
> drauf, kann ich nix für), also gemeinsame Masse.

Anode ist eigentlich gemeinsames plus. Nun ja, du musst es wissen.

von Timo N. (tnn85)


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Stefan K. schrieb:
> 12-24V DC, 50-60Hz!

Wer kennts nicht. Die berühmten 12-24 VDC mit 50-60Hz :)

von Udo S. (urschmitt)


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Stefan K. schrieb:
> Anzusteuern ist das laut Aufdruck mit 12-24V DC, 50-60Hz!

Heißt das eventuell DC12V ~24V, 50-60Hz?

von Noob A. (strippenzieher)


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OK, ihr habt mich hinreichend verunsichert: Ich mach das Ding mal auf 
und kuck was Sache ist!

Ausschauen tut es wie in dem Bild von Stefan.
Gefahren ist der Motor mit Masse an gelb/grün und Plus an blau oder 
braun, so wie in der Anleitung beschrieben.

Zur Ansteuerung hätte ich aber noch ein paar Module mit 2 2-kanaligen 
BTS524 und einem 4 Kanal BTS721L im Schrott auf Arbeit gefunden.
Laut Specs wären die OK, aber ob die noch brauchbar sind wenn se 
schonmal wer aussortiert hat ???
Vielleicht mal paar Stunden mit ordentlich Last laufen lassen...

von Heiner B. (karadur)


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Wenn man das Gehäuse öffnen kann ist umverdrahten sicher einfacher.

von Stefan K. (stk)


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Udo S. schrieb:
> Heißt das eventuell DC12V ~24V, 50-60Hz?

Bei genauer Betrachtung lese ich:
DC12V~24V
50~60Hz 6W

von Noob A. (strippenzieher)


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Heiner B. schrieb:
> Wenn man das Gehäuse öffnen kann ist umverdrahten sicher einfacher.

Manchmal übersieht man echt die einfachste Lösung

DANKE !

von Martin S. (mmaddin)


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Noob A. schrieb:
> Zum Öffnen oder Schließen legt man an den entsprechenden Draht 12 V an.

Dann mach das doch einfach so um dein Huhn zu bedienen - warum denn der 
MOSFET?

Die Möglichkeit ein Relais oder SSR zu nutzen kommt nicht in frage? Ist 
ja unbekannt was der "Fundus" hergibt...

Noob A. schrieb:
> Ich hab jetzt aber nur N-Kanal-FETs im Haus...

Beim Kochen wäre das: "Nimm zwei Löffel aus der gelben Packung" und los 
gehts...

MOSFET
Hersteller: ?
Bezeichnung: ?

Noob A. schrieb:
> mein Fundus ist sehr begrenzt!

Jau, das Angebot bei Amazon auch.

Noob A. schrieb:
> Fernost-Motoren

Heiner B. schrieb:
> Gehäuse öffnen

Kommt auf die Anzahl der MotorEN an, die ist aber ja auch unbekannt...

: Bearbeitet durch User
von Noob A. (strippenzieher)


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Martin S. schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> Zum Öffnen oder Schließen legt man an den entsprechenden Draht 12 V an.
>
> Dann mach das doch einfach so um dein Huhn zu bedienen - warum denn der
> MOSFET?

soll ich jetzt 'nen Servo einbauen der die Drähte zusammenführt??
Ziel ist ja schon eine Automatisierung, sonst täts ja ain Hahn ohne 
Motor genau so...

> Die Möglichkeit ein Relais oder SSR zu nutzen kommt nicht in frage? Ist
> ja unbekannt was der "Fundus" hergibt...

Nichts in ausreichender Anzahl vorhanden, leider!

> MOSFET
> Hersteller: ?
> Bezeichnung: ?

IRLZ44N


> Noob A. schrieb:
>> mein Fundus ist sehr begrenzt!
>
> Jau, das Angebot bei Amazon auch.

Faktor Zeit spielt leider auch mit, muss morgen fertig sein


> Kommt auf die Anzahl der MotorEN an, die ist aber ja auch unbekannt...

4 Stück, also durchaus überschaubar

: Bearbeitet durch User
von Martin S. (mmaddin)


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Noob A. schrieb:
> Ziel ist ja schon eine Automatisierung

Dazu steht nichts in deinem Beitrag. gar nichts, das wollte ich damit 
sagen. Nichts zu evtl. weiteren vorhandenen Spannungen, nichts zu der 
Steuerung etc...zur Stromversorgung... usw...

Nur wie das Huhn angesteuert wird...und maximal noch dass es braune Eier 
legt.

Und später was von Akku und Mini-PV... demnach handelt es sich dann 
nicht um 12V DC geregelt sondern um eine, im gewissen Bereich 
schwankende Akkuspannung!? usw... kann alles wichtig sein bei der 
Dimensionierung...

Noob A. schrieb:
> Manchmal übersieht man echt die einfachste Lösung
>
> DANKE !

Aber dann ist die Umverdrahtung aller Motoren ja augenscheinlich die 
Lösung! Auch wenn der N-Channel als N-Channel eingesetzt wird, kann noch 
so vieles passieren und ...

Du bräuchtest dann zwei Pro Motor und wenn der Motor in die eine 
Richtung dreht, kann es eine Gegenspannung am anderen Leiter 
geben...Kann dem anderen Mosfet ggf. schaden...usw...

Aber wenn die Vorschläge für die unbekannten 80% deiner weiteren 
Umgebung passen, dann ist alles gut, und ich entschuldige mich für die 
etwas provokante Nachfrage nach weiteren Details :)

: Bearbeitet durch User
von Noob A. (strippenzieher)


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Martin S. schrieb:
> Aber wenn die Vorschläge für die unbekannten 80% deiner weiteren
> Umgebung passen, dann ist alles gut, und ich entschuldige mich für die
> etwas provokante Nachfrage nach weiteren Details :)

so ein Quatsch, wenn einer sich entschuldigen muss, dann ja wohl ich!

Für die spärlichen Infos und das scheibchenweise Nachliefern...

Sorry, habe echt nicht damit gerechnet dass das so in die Tiefe geht 
hier.
Und um ehrlich zu sein, habe ich gedacht dass alle abwinken und es 
heisst nur: nutz doch den N-Kanal so wie man einen N-Kanal nutzen soll 
;)

Gerne können wir das aber weiter vertiefen hier und greife deine 
Anregungen auf:

Inwiefern ist die schwankende Akku-Spannung evtl. ein Problem?

Wie kann ich den anderen Mosfet schützen, falls eine Gegenspannung vom 
Motor kommen würde?

Was kann noch alles passieren wenn der N-Channel wie ein N-Channel 
eingesetzt wird?

von Martin S. (mmaddin)


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Noob A. schrieb:
> Inwiefern ist die schwankende Akku-Spannung evtl. ein Problem?

Kann sein, wenn du beispielsweise die Lösung mit dem 9V Block wählst und 
die Spannung am Akku fällt, schaltet der MOSFET ggf. nicht mehr durch...

Noob A. schrieb:
> Wie kann ich den anderen Mosfet schützen, falls eine Gegenspannung vom
> Motor kommen würde?

Ggf. durch eine zusätzliche Diode o.ä... dazu müsste man wissen was in 
diesem AC-DC Motor denn genau drin ist oder zumindest wie der sich 
verhält - ich würde in dem Fall immer zwei mechanische Relais nehmen um 
mich dieser ganzen Problematik zu entledigen. Die gleich so verschalten 
dass nicht beide Richtungen gleichzeitig von der Steuerung aktiviert 
werden können (Vorrang)... Dir wird ja bekannt sein welcher Vorrang im 
Fehlerfall dauerhaft besser wäre. Geöffnet oder geschlossen.

Noob A. schrieb:
> Was kann noch alles passieren wenn der N-Channel wie ein N-Channel
> eingesetzt wird?

Kommt ggf. auf die bis jetzt immer noch völlig unbekannte Steuerung und 
dessen Steuerausgänge und Spannungen an.

: Bearbeitet durch User
von Noob A. (strippenzieher)


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Martin S. schrieb:

Danke für die Tipps


> Kommt auch ggf. auf die bis jetzt immer noch völlig unbekannte Steuerung
> an.

gesteuert wird die Chose von einem STM32L476RG auf einem 
Nucleo-devboard.
Den IRLZ44N schalte ich direkt mit den 3,3V vom µC. 133k Pulldown am 
Gate

von H. H. (hhinz)


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Noob A. schrieb:
> Den IRLZ44N schalte ich direkt mit den 3,3V vom µC.

Der ist nicht für so niedrige Gatespannung geeignet.

von Martin S. (mmaddin)


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H. H. schrieb:
> Der ist nicht für so niedrige Gatespannung geeignet.

Deswegen ja meine ganze Fragerei....:-) Aber bis morgen wird da auf 
diese Weise niemals fertig...

Noob A. schrieb:
> Danke für die Tipps

Gern, wenns hilft.

Noob A. schrieb:
> 3,3V

Woher kommen die? Oben ist nur die Rede von 12V.

Noob A. schrieb:
> Nucleo-devboard.

Kenn ich nicht. Okay, also mit irgendeinem Mikroprozessor Board? 
Hersteller, Link, Bezeichnung?

Noob A. schrieb:
> schalte ich direkt mit den 3,3V vom µC

Und was nutzt du als "Schalter"? Du hast dort 3,3V die auch der uc 
nutzt, aber woher kommt denn das Steuersignal? Vom uc Pin? Wenn ja, was 
kann der Pin - welcher? Ist zwischen uc. und Motorsteuerung ggf. noch 
dreißig Meter ungeschirmtes Kabel? Wenn ja, welches? Kommen die 3,3V aus 
der gleichen unbekannten 12V Quelle, also sind deren Massen verbunden? 
Wenn ja, wie?

Wie du siehst kommt man so schlecht weiter...

: Bearbeitet durch User
von Noob A. (strippenzieher)


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Echt?

Interpretiere ich die VGSth von 1.0 ibs max. 2,0V falsch?

https://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/n-channel/irlz44n/#!parametrics

und laut Datenblatt Seite 3 kann der bei 3V schon 10A

: Bearbeitet durch User
von Noob A. (strippenzieher)


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Martin S. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> 3,3V
> Woher kommen die? Oben ist nur die Rede von 12V.

Momentan vom µC-board, plane ich aber durch einen etwas effizienteren 
3,3V DC/DC zu ersetzen.

>> Nucleo-devboard.
> Kenn ich nicht. Okay, also mit irgendeinem Mikroprozessor Board?
> Hersteller, Link, Bezeichnung?

Schrub ich ja schon dass es der STM32L476RG ist:
https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32l476rg.html

Das board ist auch von STmicro
https://www.st.com/en/evaluation-tools/nucleo-l476rg.html


>
> Noob A. schrieb:
>> schalte ich direkt mit den 3,3V vom µC.
>
> Und was nutzt du als "Schalter"? Du hast dort 3,3V die auch der uc
> nutzt, aber woher kommt denn das Steuersignal? Vom uc Pin? Wenn ja, was
> kann der Pin - welcher? Ist zwischen uc. und Motorsteuerung ggf. noch
> dreißig Meter ungeschirmtes Kabel? Wenn ja, welches? Kommen die 3,3V aus
> der gleichen unbekannten 12V Quelle, also sind deren Massen verbunden?
> Wenn ja, wie?

Wie beschrieben geht der µC-Pin direkt ans Gate. Das sind alles normale 
IOs vom STM. Die Können alle 20mA sowohl source als auch sink.

FETs sitzen recht nah am µC, max. 10cm ungeschirmtes Kabel.
Vom FET zum motor dann ca.50-60cm maximal. Auch ungeschirmt, dreiadrig.

Die unbekannte 12V Quelle wurde ja schon als Akku mit mini-PV benannt.
Ich wollte alles möglichst direkt aneinanderhängen.

Massen von 12V und 3,3V verbunden. Ich hätte die jetzt am Regler 
zusammengeführt als ein Massepunkt und ab da verteilt. Aktuell sind sie 
an der Masseleiste vom Steckbrett zusammengelegt.

von H. H. (hhinz)


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Noob A. schrieb:
> Interpretiere ich die VGSth von 1.0 ibs max. 2,0V falsch?

Ja.


> 
https://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/n-channel/irlz44n/#!parametrics
>
> und laut Datenblatt Seite 3 kann der bei 3V schon 10A

Kann sein, muss aber nicht. Garantierte Werte stehe in der Tabelle auf 
Seite 2.

Und einen IRLZ44N gibts nicht nur von Infineon. Andere Hersteller haben 
abweichende Spezifikation.

von Noob A. (strippenzieher)


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Na toll...
wieso nennen die das Teil dann gleich wenn es nicht bei jedem identisch 
spezifiziert ist ?!?

von Martin S. (mmaddin)


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H. H. schrieb:
> Andere Hersteller haben
> abweichende Spezifikation.

Deswegen:

Martin S. schrieb:
> MOSFET
> Hersteller: ?
> Bezeichnung: ?


Noob A. schrieb:
> Die unbekannte 12V Quelle wurde ja schon als Akku mit mini-PV benannt.

Jaoh - mal abgesehen dass auch das alles unbekannt ist:
Ne, das war gegeben:

Noob A. schrieb:
> es soll im Akkubetrieb funktionieren, bzw. mit einer mini PV-Anlage

Da steht nicht ob da noch ein Regler zwischen ist, und auch nicht, was 
das alles ist und wie das verschaltet ist - dass die 12V direkt die 
sind, die aus dem Akku kommen, ohne weitere Regler, wurde nirgends 
geschrieben...man würde eher vermuten dass die unbekannte PV mit Regler 
da noch zwischen ist, so wie das geschrieben ist...

Es gibt sowieso nicht DEN Akku und auch nicht DIE mini PV-Anlage...

Noob A. schrieb:
> Wie beschrieben geht der µC-Pin direkt ans Gate.

Ne, das war gegeben:

Noob A. schrieb:
> schalte ich direkt mit den 3,3V vom µC

Du meintest aber wohl: "schalte ich direkt mit einem Pin vom µC der mit 
3,3V läuft" - das ist was völlig anderes...

Die Frage zielt darauf ab, dass es IOs gibt, die nicht nach plus oder 
nicht nach Masse ziehen können...aber bei ST bin ich eh raus...bzw. muss 
man sich erst mit den IOs beschäftigen... Aber das hast du sicher 
gemacht.

Hilfreich ist immer ein Schaltplan oder zumindest ein grobes 
Blockschaltbild des Aufbaus wie er angedacht ist...dann kann man bei der 
Beschreibung etwas lockerer schreiben, da es wesentlich weniger 
Missverständnisse und Zweideutigkeiten gibt...

Aber es wird ja langsam hier - man kann sich halt wirklich viel Ärger 
und Zeit sparen wenn man es gleich richtig macht - es spart am Ende viel 
Zeit. Es kann klappen einfach zwei Mosfets aus der Kiste zu nehmen, aber 
da gehört dann auch viel Glück dazu :-)

: Bearbeitet durch User
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