Microcontroller -> PNP Mosfet

ritmeester

Golden Member

Ik ben bezig om een LED lamp te laten flitsen via een PNP Mosfet. Dit gaat niet zomaar werken vanuit een microcontroller. Nu had ik meer dan twee jaar geleden een schema gemaakt van zo'n situatie.

De schakeling moet snel werken, het gaat hier om minimaal 50 milliseconden of meer schakeltijd.

Ik weet alleen niet meer of deze goed is of fout is. Het ziet er goed uit, maar een ander oog brengt misschien verheldering. Ik weet ook niet of de waardes van de weerstanden kloppen.

I love it when a plan comes together !

Als je de een logic-leven N channel fet neemt kun je 'm direct aansturen vanuit de MCU

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
ritmeester

Golden Member

Op 5 oktober 2019 18:01:59 schreef Arco:
Als je de een logic-leven N channel fet neemt kun je 'm direct aansturen vanuit de MCU

Yep, dat weet ik maar in dit geval moet ik de P Channel Mosfet gebruiken omdat de bedrading nu eenmaal zo is.

I love it when a plan comes together !

Ik zou een weerstand van 5K toevoegen in de emitter van de transistor Q2. Want Vgs van de Mosfet moet bij de meeste mostfets onder 20V blijven, anders gaat die geheid stuk. Met 5K krijg je altijd 10V Vgs. En dan gaat ook de transistor niet meer in verzadiging en dan schakelt die veel sneller.

Dan kan R1 ook weg trouwens. Dus het totaal aantal transistors blijft gelijk.

[Bericht gewijzigd door deKees op 5 oktober 2019 19:01:42 (12%)]

Een Re heeft geen zin, want volgens jouw uitleg gaat de tor Q2 niet meer open. Je punt is wel terecht, Vgs van de fet mag niet al te groot zijn. Daarom zou je een weerstand tussen Q2.C en Q1.G kunnen zetten. Je krijgt dan een deler 24V-gnd waarbij de bovenste R je de Vgs levert. Die kun je dan zo kiezen dat die bij 24V niet te groot is en bij 12V nog groot genoeg.

ps, een PNP fet bestaat niet, dat is de opbouw van een bipolaire tor. P-channel fet dus.

[edit] blurp hieronder: dank dat je het zo volledig met me eens bent :-)

"We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them" - Albert Einstein

Ik zou Q2 en R1 laten zoals het nu is. Die 50ms haal je wel.

Wel zou ik R2 splitsen in twee in serie geplaatste weerstanden en de gate van de FET halverwege aansluiten. Zo kun je de Vgs van de FET binnen de perken houden.

Als je sneller wil kun je een Q2 met zijn basis aan 5Vhangen, en zijn emitter aan de IO pin met een serieweerstand. Als je die groot genoeg maakt gaat die tor niet meer in verzadiging.

Misschien een SPD09P06PL? Een P kanaal logic level vermogens MOSFET heeft een gate capaciteit van 360pF typ. Weet niet of je die zomaar aan een i/o van de PIC kan aansluiten.
Bij -Vgs = 5V gaat Id richting -12A. (-8A bij Vds=5V) (maar Id_max. 42W/Vds) Is een TO-252 behuizing.

https://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/20v-250...09p06pl-g/

Vcc PIC komt dan aan de hoge zijde plus te hangen, GND 5V lager maken met 78L09.

https://i.pinimg.com/originals/b4/ab/a7/b4aba78dda9fae0176c4...27819d.gif

RES

Op 5 oktober 2019 21:48:47 schreef RES:
Misschien een SPD09P06PL? Een P kanaal logic level vermogens MOSFET heeft een gate capaciteit van 360pF typ. Weet niet of je die zomaar aan een i/o van de PIC kan aansluiten.
Bij -Vgs = 5V gaat Id richting -12A.

Right! Maar omdat z'n source aan de 24V hangt, kan je dan kiezen tussen VGS=-24V (te veel) en VGS=-19V (nog steeds aan). Je krijgt de mosfet niet meer uit!

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

@flipflop.
Met een Re van 5K en een Vb van 5Volt krijg je 10 Volt over R2 (1 mA Ie = 1 mA Ic).
Bij Vb = 0 krijg je ook 0V over R2 (Ie = Ic = 0).
Dus dat is precies wat je wilt volgens mij.

Met een weerstand-deler ipv R2 werkt het ook wel, maar dan wordt het wel trager doordat Q2 in verzadiging gaat, en de Vgs wordt sterk afhankelijk van de voeding (12-24V). Ik zou daar niet voor kiezen.

Jeu, ik zie nu wat je doet. Je maakt eigenlijk een stroombron waarvan je de stroom door R2 laat lopen en zo bepaal je Vgs. Poeh. Nou ja, ik ben meer van het digitale :-) ..dus ik zou zelf liever echt aan/uit schakelen. Desnoods een zener als R2 gebruiken zodat het "probleem" van variabele Vgs ook weg is. En snelheid... tja.

"We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them" - Albert Einstein

Even een testje gedaan om het verschil te zien.
Geel is het stuursignaal. Korte puls van 5Volt, 10 uSec

Paars is op de collector van Q2.
Voeding 18V.

Rb = 1K
Rc = 10K

Hier met Re = 4K7

En met Re = 0.

Dus met Re is het inschakelen iets trager. En blijft de spanning over Rc beperkt.

Maar zonder Re is er bijna 2 uSec vertraging op het uitschakelen doordat Q2 uit verzadiging moet komen. En gaat Vc naar 0.

De Rb moet ook naar 0 Ohm als je Re plaatst. Ik weet niet of het veel verschil maakt, maar ik zou verwachten wel iets, zeker als ik deze traces zie.

Trouwens... Die vertraging van 2 us, daar kan je voor compenseren. Als je periode 100us is, dan kan je van 2% tot 100% de boel regelen. Niet gek toch? Voor de FET is het van belang hoe lang ie in het stuk tussen "helemaal aan" en "helemaal uit" zit. Voor een worst-case berekening ga ik uit van de volle stroom maal volle spanning gedurende de volle schakeltijd. Vermenigvuldig die drie en je hebt een energie-in-joules voor wat ieder schakelmoment je kost. Maal de schakelfreq en je hebt het vermogen wat in je mosfet als warmte vrij komt. (behoorlijk overschat, maar het kan geen kwaad gewoon te kijken of je dat vermogen in dat ding kwijt kan. Zoja: prima, zonee: mogelijk de berekening aanscherpen of een andere oplossing kiezen).

[Bericht gewijzigd door rew op 6 oktober 2019 13:04:45 (71%)]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Met Re = 5K wordt Ib minder dan 10 uA. Die 1K weerstand zal dan weinig verschil maken.

En je kunt inderdaad wel compenseren voor de schakeltijden. maar op de 50 milliseconden van TS maakt het allemaal weinig uit natuurlijk.

Schakeltijden (transitie van aan naar uit en andersom) kun je verkorten met lagere weerstanden. Bijv Re = 470, Rc = 1K.

[Bericht gewijzigd door deKees op 6 oktober 2019 13:23:15 (24%)]

Op 6 oktober 2019 13:10:32 schreef deKees:
Met Re = 5K wordt Ib minder dan 10 uA. Die 1K weerstand zal dan weinig verschil maken.

Oeps. Sorry! Denkfout mijnerzijds. Je hebt gelijk.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
ritmeester

Golden Member

Geweldig mooi dat velen zo heerlijk meedenken. Dank !

Als ik het goed begrijp dat zou het dus zo moeten worden? R3 is toegevoegd.

De MOSFET heb ik trouwens gekozen door deze link te volgen:
https://nl.farnell.com/w/c/semiconductors-discretes/transist...c-in-stock

Ik moet ongeveer 3A schakelen maar om zeker te zijn dat ik niet het maximale uit een MOSFET haal heb ik gekozen voor een TO220 behuizing. Deze kunnen rustig 10A to 20A aan.

Ik maak zelf veel gebruik in mijn schakelingen van de Logic Level IRLZ34N (44) maar deze zijn NPN.

Ik hoef dus de PNP IRF9530 niet te gebruiken. Als er een ander is die betere eigenschappen heeft en beter aan te sturen is dan hou ik mij zeer aanbevolen.
Ik snap natuurlijk wel iets van MOSFETS maar lang niet alles.

Het defecte attribuut is een grote lichtbalk waarvan de printplaat volledig defect is. Dus tijden van =>50 milliseconden schakelen moet mogelijk zijn in deze nieuwe schakeling. Bij wijze van spreken: 24x7x365

Ik zelf ben erg fan van Infineon als MOSFET en HEXFET leverancier. Dit omdat de PCBs die ik maak onder heavy duty omstandigheden nog steeds werken na vijf jaar met Infineon devices.

Dus mocht er een andere PNP MOSFET (Logic Level) zijn die betere specs heeft dan de IRF9530, dan graag wel een Infineon.

Natuurlijk kan ik nog de 2N3904 vervangen in een andere mocht het nodig zijn.

Thanks !

I love it when a plan comes together !

Schema klopt wel zo ongeveer. Maar volgens mij staat de FET ondersteboven in de tekening. De source moet aan +12-24V.

En deze FET heeft een rijkelijk hoge aan weerstand van 0.3 ohm. Dat geeft een dissipatie van 3Watt bij 3 Amp. Dus goed koelen is wel nodig.

Die diode is trouwens ook niet "normaal" zo. Hij doet (denk ik) niet wat de bedoeling is, en kost wat spanningsval.

Eerst wat ik denk dat de bedoeling is: Zorgen dat als er een inductieve last is dat de mosfet heel blijft.

Als er een inductieve last is, dan zal die proberen de stroom die daarnet nog liep te blijven laten lopen. Dus als de mosfet uitgaat dan gaat de spanning op z'n drain zeg naar 0V en de mosfet zegt: "Zo! geen stroom meer!". De inductieve last laat zich niet zomaar overtuigen en zegt: "Jawel, WEL stroom!". Die gaat dan de spanning op de drain van de mosfet ZOVER verlagen dat uiteindelijk de mosfet doorslaat en 'dan maar' toch wat stroom laat lopen.

Die diode hier die bemoeit zich helemaal niet met het verhaal. De staat gewoon in geleiding net als wanneer je last stroom krijgt.

De diode kan je met z'n cathode aan de last laten zitten, maar z'n anode die nu aan de FET hangt moet aan de 0V. (en kathode-met-last moeten aan de FET).

Een mosfets kan je kopen met behoorlijk lage RDSON. Zeker als je zegt: "30V is genoeg". Dat zou ik zeker doen. 0.3 Ohm * 3A = 1V: Dat is duidelijk meer dan de saturatie van en gewone bipolaire tor: je hebt geen voordeel van het hebben van een mosfet. Voor 3A zou ik een max 0.1V aanhouden, dus een RDSON < 30mOhm. Dan heb je ook 0.3W in de mosfet en dan hoef je niet te koelen. Mosfets met deze specs moeten gewoon makkelijk te vinden zijn. ZO heftig is dat niet.

En dan als laatste: De stroombron schakeling vind ik leuk. Wel opletten: Met 12V als "powervoeding" dan krijgt de mosfet maar -7V voor z'n kiezen. Dus niet de "-10V" die je verwacht. En.. vervelend: de tor gaat alsnog in verzadiging. Was dit schema net bedoeld om de tor niet in verzadiging te laten gaan... met minder dan 15V als voeding doet ie dat toch. :-(

Berekening: 12V over 5k + 10k, dus spanningsdeler. Spanning: 4V. De basis wordt dan ongeveer 4.6V, dus staat er 0.4V over de 1k. Er loopt dan dus 0.4mA bassis stroom en 12V/15k = 0.8mA collectorstroom. Maar 2x meer dan de bassis stroom: een typisch geval van verzadiging. Oh! F*** De basis stroom is niet meer verwaarloosbaar t.o.v. de emitterstroom. Dus het evenwicht zal bij een iets hogere spanning gaan plaatsvinden, maar de tor zal toch maximaal stroom proberen door te laten bij rond de 0.2V saturatiespanning.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
ritmeester

Golden Member

Zou de IRF4905PBF dan beter zijn in deze situatie?

https://nl.farnell.com/8648190

I love it when a plan comes together !

Jazeker. Zeker als je hem bij 24V in het circuit gebruikt. Dan krijg je ongeveer 10V op de gate. Bij 12V voeding mag je op "minimaal 6V" rekenen en uit 1 van de grafiekjes lees ik dan iets als "ongeveer 60mOhm af. Duidelijk meer dan de 20 uit de titel, maar voor 3A nog wel laag genoeg.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
ritmeester

Golden Member

Dus; zowel bij 12V als bij 24V wordt deze IRF4905PBF bijna geheel open gestuurd. ?

Dan zit nog wel even de hFE van de 2N3904 . Je hebt ze van 30 , 100 en 300 hFE.

[Bericht gewijzigd door ritmeester op 8 oktober 2019 13:19:55 (34%)]

I love it when a plan comes together !

In deze regionen zijn BC547 of in de buurt ('6 of '8) gebruikelijker. hFE is dan > 100 en dat is voldoende. Ik reken als ik iets uit moet rekenen altijd met een versterking van "minimaal 100". Als ik dan een betere tor kan kopen: Prima. Dus als je een leverancier hebt die de 2N3904 kan leveren en geen BC546, 547 of 548, dan zou ik voor de 100 of 300 versie gaan.

De 546 serie verschilt geloof ik in iets subtiels als de max spanning. Kies de goedkoopste of degene die voor minder extra meer spanning aankan. Koop er minstens tien, minstens 3x meer dan je nu precies nodig hebt. Het is makkelijk om ze op voorraad te hebben voor een volgende keer dat je aan het klussen bent. Koop ook meteen de complementaire bc557 (of 1 meer of minder) er bij.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
ritmeester

Golden Member

@rew. Bedankt voor de uitleg.

Dan denk ik dat ik ga deze BC547
https://nl.farnell.com/2453789

I love it when a plan comes together !
ritmeester

Golden Member

Nog eentje.... Laatste :-)

In mijn schema's voor hetzelfde doel maar dan met een NPN Logic Level Mosfet maak ik regelmatig gebruik van een 47K resistor die aan GND hangt. (zie R4)
Dit om ongewenste effecten van boordspanning te voorkomen.

Nu, in dit geval met een PNP mosfet en trasnsistor is het dan ook nog aan te raden om hier ook die 47K te plaatsen zoals op onderstaand schema?

I love it when a plan comes together !

Nee, niet doen.

Als je het al zou doen dan moet die naar +12-24V. En daar heb je R2 al zitten.

De bedoeling van die weerstand is om Vgs naar nul te trekken zodat de FET uitschakelt zolang de processor niet is opgestart en zijn uitgangen nog niet heeft geaktiveerd.

Wat je nog wel kunt doen is R1 en D1 allebei weglaten en vervangen door een draadbrug. Want die hebben hier geen nut.

En de FET moet met de 'Source' aan +12-14V, de 'Drain' aan de uitgang.
In de tekening staat die net andersom en dan werkt het niet tgv de body-diode in de FET. Dan gaat de lamp nooit meer uit.

[Bericht gewijzigd door deKees op 8 oktober 2019 20:08:54 (20%)]

Op 8 oktober 2019 14:43:03 schreef ritmeester:
@rew. Bedankt voor de uitleg.

Dan denk ik dat ik ga deze BC547
https://nl.farnell.com/2453789

Toen ik ooit keek was de bdc546 iets goedkoper maar had een hogere toegelaten spanning. Vandaar dat ik toen de bc546 heb gekocht. Ik zie nu wel dat dat deze een voor een bc547 achtige een erg lage hFE heeft. https://nl.farnell.com/on-semiconductor/bc546abu/transistor-...5?st=BC546 Kies maar. Het maakt niet veel uit.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/