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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik High Side Switch


Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Hallo,

ich möchte über einen Portpin eines Mikrocontrollers, welcher max 1,6mA 
liefert die Plus-Leitung eines Verbrauchers schalten. Die Schaltfrequenz 
liegt bei ca. 5kHz bei einer Last von ca. 20mA bei 5V.

Wichtig ist, dass dieser High-Side-Switch ohne Zusatzbeschallung 
auskommen muss, da nur ein begrenzter Platzbereich zur Verfügung steht 
und somit auch andere Transistorlösungen wegfallen.

Ich habe mich schon hier im Forum etwas informiert und sowohl der BTS 
432 als auch der TDE1798 rücken in die engere Auswahl.

Der BTS ist bei den 5kHz schon an seiner Leistungsgrenze was das die 
Schaltzeiten angeht. Würde dadurch das Rechtecksignal unsauber werden?

Im Anhang habe ich mal die Datenblätter der beiden High Side Switche 
angehängt.

Welcher von beiden wäre denn besser geignet, bzw. reichen die 1,6mA zum 
schalten aus(so wie die Datenblätter lese schon!?...)?

Vielen Dank für eure Hilfe

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Und hier das Datenblatt des TDE1798...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Für 20 mA würde ich nicht so ein fettes Tier nehmen.  Die sind einfach
nur groß und langsam.  Ich würde einen simplen p-Kanal-FET nehmen wie
z. B. einen BSP171.  Selbst ein pnp-Transistor sollte dafür noch gut
gehen, schließlich muss er nur ein B von 20 mA / 1,6 mA = 13 haben.
Übliche Kleinleistungstransistoren haben aber ein B von wenigsten 100,
d. h. sie steuern mit 1,6 mA sicher genug durch.  Allerdings wird deren
Kollektor-Emitter-Restspannung ein wenig höher sein als die Spannung
über dem FET.

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Der Vorteil ist halt die Komplexität des Chips. Der BTS432 (der BTS 409 
würde ja reichen)ist halt kurzschlusssicher und überlastungsgeschützt.

Auch braucht man keine Zusatzbeschallung.

Was meinst du mit:

"Allerdings wird deren
Kollektor-Emitter-Restspannung ein wenig höher sein als die Spannung
über dem FET." ?

Wie verhält sich das denn eigentlich mit dem Drop auf der Schaltseite, 
also wenn ich 5V anlege, wieviel kommen dann durchgeschaltet an? Bei dem 
BTS409 doch auch 5V, oder?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Wenn dir am Ausgang des Transistors auch 4,4V statt 5V reichen, kannst 
du einen pnp in Kollektorschaltung nehmen. Der bei 5kHz locker schnell 
genug fuer sauebere Flanken und den Basiswiderstand sparst du auch 
noch..

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Nein, das geht nicht, ich brauche dort wirklich mindestens 5V. Der 
nachgeschaltete fertige Treiber reagiert sonst nicht zuverlässig.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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,,Mindestens'' 5 V wirst du auch mit deinen High-Side-Switches nicht
bekommen, denn auch die haben ein R[DSon], bspw. 38 mΩ beim BTS432.
OK, der BSP171 hat 350 mΩ R[DSon], aber typisch sind es eher 150 mΩ
bei deinen Werten (U[GS] = 5 V, I[D] = 20 mA), und das sind gerade
mal 3 mV an Spannunsabfall.  Bei einem pnp-Transistor würdest du wohl
auf vielleicht 100 mV kommen.  Wie genau ist denn die Toleranz deiner
5-V-Versorgung? ;-)

Brauchst du die Kurzschlussfestigkeit am Ausgang denn?  Oder würde
es nicht einfach eine ordinäre Sicherung tun?

Der BSP171 braucht übrigens auch keine ,,Zusatzbeschaltung''.  Einfach
das Gate an den Steuerausgang, Source an 5 V, Drain an die Last.  Der
Ausgang muss aber low-aktiv sein, das ist eigentlich der einzige
Unterschied zum BTS432.  Ein pnp-Transistor würde eine sagenhafte
Zusatzbeschaltung in Form eines 4,7-kΩ-Basiswiderstandes benötigen.
Wenn du den Transistor als SC-70 und den Widerstand als 0603 nimmst,
kannst du davon ein Dutzend in der Grundfläche des TDE1798 unterbringen.

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Also 3mV sind sicherlich noch im grünen Bereich.

Im Anhang mal das Datenblatt.

Gibt es den BSP171 auch in einer anderen Gehäuseform?

Die Verdrahtung würde dann so aussehen:



Pin des MC --> Gate(Pin1)

GND - Last --> Drain(Pin2)

+5V --> Source(Pin3)

Noch mal eine Frage zum Verständnis, sobald ich mit dem TTL-Pegel des 
Microcontrollers aber z.B +24V schalten wollte, wäre so ein BTS432 
geeigenter, da die Spannungen nicht das selbe Potential besitzen, oder?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan Schneemilch wrote:

> Gibt es den BSP171 auch in einer anderen Gehäuseform?

Sicher nicht, sonst würde es ja im Datenblatt stehen.

Du wolltest doch klein bauen. ;-)  Naja, SOT-223 ist ja auch nicht
wirklich klein.

> Pin des MC --> Gate(Pin1)
>
> GND - Last --> Drain(Pin2)

Und Pin 4 (also das Kühlblech)

> +5V --> Source(Pin3)

Ja.

> Noch mal eine Frage zum Verständnis, sobald ich mit dem TTL-Pegel des
> Microcontrollers aber z.B +24V schalten wollte, wäre so ein BTS432
> geeigenter, da die Spannungen nicht das selbe Potential besitzen, oder?

Ja, für genau solche Anwendungsfälle sind sie gebaut, und da sind sie
nicht durch eine simple Mimik ersetzbar.

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Alles klar, danke für die Antwort:-)

Also wenn ich GND auf Pin 2 und Pin 4(Kühlblech) lege, dann läuft das 
so.

Wenn der Transistor durchschaltet, dann gibt es einen Drop von ca. 3mV, 
richtig?

Wenn mein Verbraucher weniger als 20mA zieht, dann wird der Drop auch 
noch kleiner, richtig?

Kennnst du rein zufällig einen Transistor mit ähnlichen Kenndaten im 
TO-220-Gehäuse bzw. im DIP-Gehäuse?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan Schneemilch wrote:

> Also wenn ich GND auf Pin 2 und Pin 4(Kühlblech) lege, dann läuft das
> so.

Nee, nicht GND, sondern das positive Ende deiner Last.  Das negative
Ende der Last geht an GND.

> Wenn der Transistor durchschaltet, dann gibt es einen Drop von ca. 3mV,
> richtig?

Ja, so lassen es zumindest die typischen Kennlinien erwarten.

> Wenn mein Verbraucher weniger als 20mA zieht, dann wird der Drop auch
> noch kleiner, richtig?

Ja, bei FETs ist die Kennlinie am Anfang ziemlich linear, verhält
sich also wie ein Widerstand: der Spannungsabfall ist proportional
dem fließenden Strom.  Erst bei größeren Strömen tritt dann eine
Sättigung ein, und nach einem kurzen Übergangsbereich bleibt der
Strom dann beinahe gleich (Konstantstromquelle), wobei der genaue
Wert des jeweiligen Stroms von U[GS] abhängt.

> Kennnst du rein zufällig einen Transistor mit ähnlichen Kenndaten im
> TO-220-Gehäuse bzw. im DIP-Gehäuse?

Huch, ich denke, du hast wenig Platz?  Naja, es tut jeder p-Kanal-FET,
allerdings wirst du die mit kleiner Leistung (und damit kleinen
Kapazitäten) heutzutage oft nur noch in SMD-Gehäusen bekommen.  Was
hast du denn gegen das SOT-223, das ist doch wirklich ein handliches
Gehäuse?  Der FET sollte bei U[GS] = 5 V natürlich hinreichend dick
durchsteuern, wobei du ja nur 20 mA brauchst.

Sorry, um bedrahtete Bauteile habe ich mich zunehmend immer weniger
gekümmert.  In der Bastelkiste liegen noch genügend davon rum, die
gar nicht mehr alle werden wollen.  Bei welchen Händlern würdest du
den denn kaufen wollen?

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Ich meinte auch die Last auf Pin2 und Pin4 verteilen.

Jepp, habe schonmal geschaut, bei Reichelt bekomme ich ihn ja.

Ich habe mal ein bißchen geschaut, wie wäre denn der IRF4905? 
(Datenblatt im Anhang)

Der hat einen sehr kleinen R[DSon] von 2mOhm und wäre im TO-220 Gehäuse.

Autor: pcb (Gast)
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>Der hat einen sehr kleinen R[DSon] von 2mOhm und wäre im TO-220 Gehäuse.
Datenblatt: RDS(on) = 0.02Ohm. Das wären dann 20mOhm

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Natürlich, ist heute irgendwie nicht mein Tag...

Ist allerdings kein Logic FET, an welcher Stelle des Datenblatts erfahre 
ich denn, ob er bei TTL-Level schon schaltet?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan Schneemilch wrote:

> Ich habe mal ein bißchen geschaut, wie wäre denn der IRF4905?
> (Datenblatt im Anhang)

Naja, das ist ungefähr so, wie wenn du einen Tornado hinter einem
Leichtflugzeug über Frankfurt kreisen lässt: der ist zwar viel
schneller, hat aber einen Wenderadius von ein paar Kilometern...

Prinzipiell mag das gehen.  Mit maximal 260 A Impulsstrom wird
sich vermutlich auch dein komplettes Gerät in Rauch aufgelöst haben,
bevor der IRF4905 darin beim Kurzschluss gestorben ist. :-)

Nur: du hast 3,4 nF an Gatekapazität.  Die musst du bei jedem
Schaltvorgang umladen.  Der BSP171 hat 720 pF (immer noch nicht
gerade wenig).  Bei 5 kHz ist das natürlich nicht wirklich ein Thema.

> an welcher Stelle des Datenblatts erfahre
> ich denn, ob er bei TTL-Level schon schaltet?

Bild 1 enthält die typische Ausgangskennlinie.  Natürlich nicht für
deine 20 mA, das ist ja komplett unter dem Radar dieses Transistors.
Du siehst für jede Spannung U[GS] im linken Teil die Kurve, die linear
geht (einigermaßen ohmsches Verhalten von R[DS]), dann rechts nach
einem kurzen Übergang das beschriebene Konstantstromverhalten (waage-
rechte Linie).  Die zweite Kurve von unten ist die für U[GS] = 5 V.
Die fängt so bei ungefähr 0,1 V / 2 A an, das wäre ein Widerstand
von 50 mΩ.  Bei 20 mA fällt an dem also wohl ca. 1 mV ab.

So richtig werde aber ich nie verstehen, warum du so einen Koloss für
die paar Milliampere da reinwerfen willst.  Selbst der BSP171 ist ja
schon reichlich überdimensioniert.  In der Größe eines TO-220
bekommt man ja neben dem BSP171 gleich noch den kompletten Controller
mit unter.

Autor: Stefan Schneemilch (Gast)
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Danke für eure Hilfe,

ich werde den BSP171 nehmen.

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