3v3-Mikrocontroller, der einen MOSFET steuert, der 5 V benötigt

Ich entwerfe eine Heizungssteuerung mit einer primären Eingangsspannung zwischen 12 und 24 V. Alles außer der Heizung läuft auf 3V3, einschließlich Mikrocontroller, LEDs, Potentiometer und dem MOSFET.

Das Problem ist, dass der MOSFET nicht mit seinem vollen Potenzial arbeitet, http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/NTD5406N-D.PDF Abbildung 2 zeigt, dass 3V3 den Strom auf etwa 5-6 Ampere begrenzt. Ich muss bis zu 8 Ampere schalten.

Als Workaround habe ich mir folgendes überlegt:

  • Die Verwendung eines 5-V-Reglers mit einem Shutdown-Pin (LP2951) ist nicht ideal für PWM.
  • Verwenden Sie einen 5-V-Regler als Pegelumsetzer.

Ich plane die Herstellung von 1.000 Stück, also ist mein Ziel eine geringe Anzahl von Teilen und zuverlässig, die Kosten sind immer eine Überlegung, aber mit etwa 0,50 US-Dollar (beide der oben genannten Lösungen) ist es nicht zu teuer.

Da ich nicht viel Strom (<1 mA) und nur etwas mehr Spannung (<4 V insgesamt) am MOSFET benötige, könnte ich sicher eine Zenerdiode oder eine Spannungsreferenz verwenden? Wie würde diese Schaltung aussehen? Die paar Versuche, die ich unternommen habe, um diese Art von Schaltungen zu simulieren, haben nicht funktioniert.

Bearbeiten:

Ich habe eine Simulation von Alex' Antwort erstellt, könnte jemand mein Verständnis überprüfen? Simulation von Alex' Schaltung Wenn das in der "realen Welt" funktionieren würde, mag ich es. Einfach und erfordert keinen weiteren Spannungsregler. FYI: Der abgebildete Zener ist 5V1 und der Eingang ("L") ist 3V3.

Standbild der Schaltung in Simulation

Benötigen Sie Hochfrequenz-PWM für eine Heizung? Ich denke, dass eine eher niedrige Frequenz ausreichen wird, da die Hitze einige Zeit braucht, um sich gleichmäßig zu verteilen.
Mein Plan ist 500-1kHz PWM und die Heizung mit einem festgelegten Duty Cycle % laufen zu lassen. Es ist ein kleines Element, sodass eine steife Brise es zu kalt machen kann, um es zu verwenden. Ein 1-Hz-PWM könnte also funktionieren, könnte aber etwas langsam sein.
Vielleicht möchten Sie einen alternativen MOSFET in Betracht ziehen. Der NTMFS4897 hat ähnliche Spezifikationen wie der von Ihnen ausgewählte, kann aber mit 40 A Id bei 3 V Vgs umgehen (Abbildung 2 im Datenblatt).
@tcrosley Natürlich ist einfacher besser, wenn Sie Ihren Kommentar als Antwort hinzufügen möchten, werde ich ihn markieren. Danke!
Erledigt. Ich habe auch einen Link zur Digi-Key-Seite hinzugefügt, wo Sie es kaufen können.
Sie sollten diesen Pull-up-Widerstand nicht auf 24 V an der Basis des BJT haben, sondern ziehen Sie ihn auf Ihre 3,3-V-Logikversorgung, da Sie sonst riskieren, Ihrem Steuersignal eine hohe Spannung auszusetzen. Ich würde auch einen Widerstand von 100 Ohm oder einem ähnlichen Wert am Eingang empfehlen, um den Basisstrom zu begrenzen. Alternativ können Sie den BJT durch einen anderen kleinen MOSFET wie einen BS170 ersetzen, da der Basisstrom dann kein Problem darstellt.

Antworten (3)

Vielleicht möchten Sie einen alternativen MOSFET in Betracht ziehen. Der NTMFS4897 hat ähnliche Spezifikationen wie der von Ihnen ausgewählte, kann aber mit 40 A Id bei 3 V Vgs umgehen (Abbildung 2 im Datenblatt).

Sie können es von Digi_Key für 1,75 $ bekommen.

Wahrscheinlich möchten Sie einen weiteren kleinen Transistor (NPN oder NMOS) in einer Open-Drain-Konfiguration als Puffer hinzufügen. Sie würden also dem Gate Ihres aktuellen Transistors einen Pull-up-Widerstand hinzufügen und dann den neuen Transistor verwenden, um das Gate auf Masse zu ziehen, um ihn auszuschalten. Sie sollten auch dem neuen Transistor einen Pull-up hinzufügen, damit er den Leistungstransistor standardmäßig ausschaltet. Sie können eine Zenerdiode hinzufügen, um die Gate-Spannung zu begrenzen. Die Steuerspannung wird am Ende invertiert, aber Sie sollten in der Lage sein, den Transistor vollständig einzuschalten.

Exakt. VGS benötigt mindestens 5 V für die Betriebslösung und kann bis zu 20 V aufnehmen. Solange Vin das nicht überschreitet, funktioniert es.
Siehe Frage Bearbeiten für Follow-up.
Ja, genau darauf wollte ich hinaus.
Das einzige Problem, das mir bei dieser Schaltung einfällt, ist möglicherweise die Sequenzierung der Stromversorgung. Wenn die 24-Volt-Schiene vor der Mikrocontroller-Schiene auftaucht, wird die Basis dieses Transistors durch die ESD-Schutzdioden in Ihrem Mikrocontroller niedrig gehalten. Es könnte eine gute Idee sein, ein weiteres NPN mit einem Pulldown an der Basis vor dem, was Sie dort haben, hinzuzufügen, um es erneut zu invertieren und dieses Problem zu vermeiden.
@alex.forencich Guter Punkt, vielleicht könnte auch ein Open-Collector- Ausgangspin am Mikrocontroller verwendet werden (einige PICs haben sie). Die Basisspannung wird niemals sehr hoch werden, so dass der Stift sicher ist.
Der Zenner in der Schaltung könnte durch zwei fröhliche weiße oder blaue 3-V-LEDs in Reihe ersetzt werden, die sich mit dem MOSFET einschalten würden.

Wenn Sie die Kosten von < 0,50 USD für akzeptabel halten, besteht eine elegante Lösung darin, einen MOSFET-Gate-Treiber wie den Microchip MCP1401/2 zu verwenden .

Es bietet eine Pegelverschiebung sowie einen gepufferten Ausgang, der etwa ein halbes Ampere in das MOSFET-Gate treiben kann, um es zum schnellen Schalten zu bringen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Natürlich könnten Sie dies einfach mit diskreten Transistoren bauen - 3 BJTs und ein paar Widerständen, die eine Stückliste von ein paar Cent haben würden.

Stimmen Sie zu, ich habe diese Chips in mehreren Heizkreisen verwendet, sie funktionieren immer hervorragend. Schön auch der integrierte Schmidt-Abzug.
3v3-Mikrocontroller, der einen MOSFET steuert, der 5 V benötigt
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v