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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mit N-FET Low side schalten von Elektroniksteuerung


Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hi zusammen,

ich habe eine Frage es bezieht sich auf das Schalten einer kleinen 
elektrischen Schaltung (Das übliche Hühnerfutter mit einem uC und ein 
paar 7-Segmenter).

Folgende Problemstellung:

Die Schaltung soll keinen "richtigen" Ein-Aus Schalter bekommen, da ich 
in dem uC ein Timeout laufen habe, daß die Schaltung nach einer gewissen 
Zeit ohne Nutzung abstellen soll. Also gewissermaßen eine 
Anti-Vergesslichkeitsschaltung :D
Die ganze Schaltung wird mittels NiMh-Akkus versorgt, damit ich eine 
stabile Spannung habe arbeitet ein MC34063 als SEPIC-Schaltregler. 
Dieser macht mir genaue 5.2VDC aus der Schwankenden Akkuspannung von 
nominal 4.8V, also 4 Zellen. Jetzt zum Problem :D Ich kann und möchte 
keinen P-Kanal-FET verwenden, auch keinen PNP-Transistor. Grund: Den 
P-FET müßte ich erst beschaffen und diese FETs sind ja nicht so 
niederohmig wie die N-FETs. Außerdem habe ich noch jede menge IRLZ34N 
N-Kanal da. Ein PNP-Transistor hat mir zu viel Spannungsfall, selbst 
wenn ich den gnadenlos in die Sättigung bringe bleiben etwa 0.7V hängen. 
Bei einem Strom von ca. 1.4A kann ich damit heizen, sprich der 
Wirkungsgrad geht in den Keller.
Zugegeben der Wirkungsgrad des MC34063 ist im SEPIC Betrieb auch net so 
toll, aber immer noch viiiiiieeel besser wie mehrere Akkus und dann 
einen Linearregler hinten dran.
Zum Verständnis, auch das Abstellen des MC34063 mittels hochlegen des 
Referenzeinganges bringt nicht viel da immer noch etlich mA Fließen, 
deshalb verzichte ich auf das Abstellen des Schaltreglers und nehme der 
ganzen Schaltung mit dem FET einfach die komplette Energieversorgung 
weg.

Ich weiß jedoch nicht so ganz ob der MC34063 und die restliche Schaltung 
mir übel nimmt wenn ich statt dem Pluspol einfach die Lowside auftrenne 
mittels dem FET.
Das "Abstellen" des FETs macht der Mikrocontroller, damit ich mir keine 
Potentialprobleme wegen der SEPIC-Konfiguration des Schaltreglers 
einhandle macht der uC das mittels eines SMD-Optokopplers der solange 
der uC rennt von diesem Angesteuert wird und mit seinem 
Ausgangstransistor das Gate auch nach loslassen des Tasters weiterhin 
geladen hält. Sobald der uC jedoch Abstellen will speichert er alle 
werte ins EEPROM und schaltet die LED-Anzeigen ab und danach den 
betreffenden Portpin an dem der Optokoppler hängt. Das Gate des FETs 
wird jetzt vom Pulldown-R leergesaugt und die Schaltung ist komplett 
aus. Einschalten ist nur möglich wenn wieder auf den Taster gedrückt 
wird.

Soweit die Theorie, auf dem Papier sollte alles gehen, nur eben mit dem 
Low-Side schalten bin ich mir nicht sicher ob das Probleme gibt...

MfG
Rolle

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>gnadenlos in die Sättigung bringe bleiben etwa 0.7V hängen

0,1V hat ein Bipolartransistor in der Sättigung

Male doch mal bitte das als Schaltplan auf, und erkläre Anhand dieses 
Planes dein problem neu.

So ganz hab ich dein problem nämlich noch nicht verstanden...

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hi,

Plan muß ich erst mal durch den Scanner drücken, geht ne weile, da ich 
nen neues Mainboard habe und demnach neu installen mußte ist der Treiber 
des Scanners noch net drauf, muß ich erst neu installieren.
Bild kommt sobald der Scanner rennt.


Also das Problem noch mal in kürze:

Meine Schaltung braucht genaue 5.2V. Da Akkuspannungen ja schwanken, je 
nach belastung und nach Ladezustand der Akkus mach ich mir die Spannung 
mittels eines MC34063 in SEPIC-Topologie (also als Inverter), der 
überstreicht den Spannungsbereich den ich als Eingangsspannung habe ohne 
Probleme.

Vor diesen Schaltregler, also direkt zwischen Akku und Schaltregler will 
ich die Spannung mittels N-Kanal-FET als Schalter unterbrechen. Den Fet 
verwende ich wegen des hohen Stromes und des geringen Spannungsfalles. 
Als weiteren Pluspunkt spare ich mir doch einige mA an Basisstrom.
Da ich keinen P-FET verwenden will um die Plusleitung zu schalten möchte 
ich wissen ob ich mittels des N-FET einfach GND auftrennen kann oder ob 
der Schaltregler das nicht mag und beschädigt wird (aus welchen Gründen 
auch immer)

So ich hoffe ich habe nix vergessen :)

MfG
Rolle

Autor: madler (Gast)
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Hmm ja ich denke ich weiss was Du meinst.
Wenn Du dem Wandler einfach so GND abklemmst, hängt der ja sozusagen in 
der Luft, ohne eine Referenzspannung über GND zu bekommen und so. Sowas 
macht mir auch immer ein komisches Gefühl ;)
Aber eigentlich...
wenn keine Strom fliessen kann, was ja der NFET garantiert, sollte doch 
nichts passieren.
Andererseits, wo Du jetzt schon Optokoppler usw eingeplant hast, warum 
nicht ein Miniaturrelais ? Oder hast Du keins rumliegen ;)

Autor: madler (Gast)
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Ok ich seh schon Relais fällt wegen dem Stromverbrauch aus.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Also das sollte schon gehen, mit nem FET in der Minusleitung die gesamte 
Schaltung tot zu legen. Aber aufpassen musst du auf die interne 
Bodydiode, damit die immer in Sperrrichtung bleibt.

                              ---------------
4VAkku------------------------| +
                              |
                              |   Schaltregler+µC
                    ----------| -
                    |         ---------------
               | ---/
               | ---\
           ----| ---|
          Ugs       |
                    |
-Akku----------------

Das sollte so gehen. Aber eine Ansteuerung ist das Problem, da das 
Bezugspotential (Source) gegenüber dem der Schaltung (-) sich ändert...

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hi,

nen Minirelais wollte ich eben wegen dem Stromverbrauch vermeiden. 
Außerdem kosten die Minirelais ja je nach Ausführung das mehrfache eines 
FETs. Weiterhin finde ich Relais in solchen Anwendungen ein wenig 
antiquiert. Zugegeben ich bin vielleicht in dieser Sache mit den Relais 
ein wenig voreingenommen, aber diese Sache mit einem FET zu lösen finde 
ich einfach passender, vom erhöhten Platzbedarf eines Relais und der 
bauhöhe mal abgesehen. In dem geplanten Gehäuse ist schon jetzt recht 
wenig platz, vorausgesetzt ich habe mich nicht verrechnet.

Wie machen denn das die Profis? Es gibt zwar laut der Mosfet-Übersicht 
auch P-Typen die einen recht kleinen RDS-On haben aber leider sind die 
bei so kleinen Spannungen noch nicht richtig zu gebrauchen...

MfG
Rolle

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Laut dem Datenblatt z.B. des BC327 hat dieser eine Sättigungsspannung 
Vcd-Sat von -0.7V... Oder hab ich was übersehen? Zugegeben der 
Transistor ist für meinen Fall auch unterdimensioniert da der 
maximalstrom nur 500mA beträgt.
Kannst du mich aufklären?

Rolle

Matthias L. wrote:
>>gnadenlos in die Sättigung bringe bleiben etwa 0.7V hängen
>
> 0,1V hat ein Bipolartransistor in der Sättigung
> ......

Autor: madler (Gast)
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Ich denke am besten wäre es, einen Controller mit PowerOff zu haben.
Aber jetzt hast Du den MC34063 ja schon, sehe ich das richtig ? ;)
Dass die Leute von ON sogar mit Low-Standby-Current werben, ist ja echt 
ein Witz. Bei einigen National Reglern mit Shutdown ist der Strom im uA 
Bereich.

Bin aber nach wie vor überzeugt dass das so gehen sollte mit dem NFET.
Wenn Du noch in der Planungsphase bist, würde ich überlegen einen 
Controller mit Shutdown zu nehmen und wenn Du schon alles da hast, würde 
ich das einfach ausprobieren (ev. mit Widerstand also ohne uC als Last).

Btw: Hast Du jetzt eigentlich einen SEPIC oder einen Inverter ?
Dachte immer SEPIC ist gerade nicht invertierend ?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Nein. Ok. Dein Wert stimmt. Ich ziehe meine 0,1V zurück

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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@madler,

du hast natürlich recht, ein SEPIC-Wandler ist (zumindest nicht 
zwingend) invertierend. Wenn das Problem mit dem MC34063 gelöst werden 
soll bleibt nur die "Inverter-Schaltung" übrig. Ich bin mir noch nicht 
ganz sicher ob ich beim MC34063 bleibe oder komplett auf die 
SEPIC-Technik umsteige. SEPIC ist zwar um einiges schwieriger zu 
berechnen, aber die Rechnerei mache ja nicht ich sondern mein Computer, 
da die Hersteller ihre Chips ja unters Volk bringen wollen gibt es da 
ganz gute Berechnungsprogramme dafür.

Weiterhin ist mit einem SEPIC-Wandler auch eine galvanische Trennung 
ohne weiteres machbar, was bei einem Inverter nicht ohne weiteres 
machbar ist. Das ganze, also der genaue Schaltungsaufbau ist natürlich 
von dem Verwendeten Steuerchip abhängig, und die gibts wie Sand am 
Meer... :)

Nachtrag: Die SEPIC-Topologie verwendet IM! Stromweg kondensatoren, da 
durch die Kondensatoren der Ausgang quasi isoliert ist, ist beim 
Shutdown der Ausgang Spannungsfrei, beim Step-Up Drosselwandler ist das 
nicht der fall da die Betriebsspannung durch die Drossel weiterfließt. 
Vergleiche mal die Schaltbilder, das ist etwas schwer zu erklären. Der 
SEPIC-Wandler ähnelt seht stark dem CuK-Wandler..

@Matthias L. kein Problem dass man sich mal im Dantenblatt verguckt kann 
passieren ;)

MfG
Rolle

Autor: Thomas O. (kosmos)
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Es gibt bipolare Relais, die brauchen nur einen kurzen Impuls dann 
schalten sie um und bleiben dort bis der nächste kurze Impuls an die 
andere Spule kommt. Also kein Ruhestromverbrauch und eine sichere 
Trennnung.

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hi Thomas,

das ist mir bekannt und ich habe auch schon daran gedacht ein solches 
Relais zu verwenden, es gibt jedoch meiner Meinung nach mehrere Probleme 
damit.
1. Komplexe Treiberschaltung notwendig, da ich mit einem Taster 
Ein/Ausschalten muß.
2. Falls die Akkus zu schnell zusammenbrechen habe ich keinen Strom mehr 
um das Relais wieder in die Ausstellung zu befördern. Der Schaltregler 
zerstört mir die Akkus dann mittels Tiefentladung. Wird das Schalten 
mittels FET erledigt stellt dieser auf jeden Fall ab sobald der uC 
Abstürzt und durch den Watchdog geresetet wird, oder nicht mehr stabil 
läuft auf Grund zu niedriger Betriebsspannung, Stichwort Brown-Out.
3. Ich müßte mir so ein Relais erst bestellen und das müßte auch noch 
sehr klein sein und bei ca. 4 Volt auch noch zuverlässig schalten.

Zugegeben der Vorteil des Relais ist ganz klar die Spannungstrennung, 
dies bekomme ich aber auch mittels Optokoppler hin.
Der größte Vorteil ist ja daß ich im Eingeschalteten Zustand annähernd 
keinen Spannungsfall habe. Ob dies allerdings die komplexe Steuerung und 
den preis für so ein Relais gegenüber einem FET aufwiegt kann ich noch 
nicht sagen.

MfG
Rolle

Thomas O. wrote:
> Es gibt bipolare Relais, die brauchen nur einen kurzen Impuls dann
> schalten sie um und bleiben dort bis der nächste kurze Impuls an die
> andere Spule kommt. Also kein Ruhestromverbrauch und eine sichere
> Trennnung.

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