Ansteuerung eines N-Kanal-MOSFET mit Mikrocontroller

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Liebe Gruppenmitglieder,

Ich habe eine Frage, die vielleicht schon einmal gestellt wurde, aber ich konnte keine passende Antwort für meine Bewerbung finden, weshalb ich in meinem Fall weitere Hilfe benötige.

Mein uC mit 3,3-V-Logik ist erforderlich, um den N-Kanal-Mosfet einzuschalten (als Sicherheitsmaßnahme bedeutet das, dass Mosfet nur unter Fehlerbedingungen und nicht mit einer bestimmten Frequenz arbeitet), der im Vergleich zu uCs Masse einen anderen Bezugspotentialpunkt hat (Masse). Meiner Meinung nach kann ich meinen uC nicht mit Quell- und Senkenströmen von Mosfet überlasten (kann je nach Mosfet etwa 700 mA - 1,5 A betragen), und ich denke, ich würde das gleiche Referenzpotential wie das von Mosfet benötigen, um es einzuschalten. Das Referenzpotential von Mosfet wird mit einem kleinen Dreieckssymbol mit OpAmp angezeigt, das die gleichen Spannungsreferenzen wie das von Mosfet hat.

In der gezeigten Schaltung habe ich einen Plan, den GPIO hochzuziehen, um den Mosfet auszuschalten (fast -5 V am Gate von Mosfet, Rail-to-Rail-OpAmp) und den GPIO herunterzuziehen, um den Mosfet einzuschalten (fast 0 V am Gate von Mosfet ).

Meine Frage ist, ob diese Lösung elegant ist und wie erwartet funktioniert oder ob mir vielleicht ein Detail fehlt. Andernfalls wird jede andere elegantere Lösung sehr geschätzt. Priorität hat eine kleine und kostengünstigere Lösung.

Hinweis : Die 3,3-V-Logik des Mikrocontrollers wird mit einem LDO erzeugt, der mit dem Referenzspannungspunkt von Mosfet (0 V) und -5 V versorgt wird. Das bedeutet, dass die Masse des Mikrocontrollers (GND) mit dem -5-V-Punkt von Mosfet identisch ist.

EDIT_1 : Der Widerstand R2 wurde als Pulldown von der Mosfet-Quelle zur Gate-Seite verschoben

EDIT_2 : 3,3 V LDO hinzugefügt

Es wäre viel übersichtlicher, wenn Sie die Schaltung mit eindeutigen Referenzverbindungen zeichnen würden. Wenn beispielsweise die 3,3-Volt-MCU tatsächlich geerdet ist, zeigen Sie dies als solches an.
Ich hoffe es ist jetzt lesbar
Sollen die +3,3 Volt vom LDO-Regler tatsächlich -1,7 Volt betragen, dh 3,3 Volt über -5 Volt?
Wie andere bereits erwähnt haben, scheint immer noch etwas nicht in Ordnung zu sein. Wenn die MCU wie gezeigt mit -5 V und +3,3 V gespeist wird, bedeutet dies, dass sie 8,3 V sieht. Ich glaube nicht, dass Ihre MCU das aushalten würde, ohne zu explodieren.
Wird der Operationsverstärker auch wirklich zwischen Masse und -5 V mit Strom versorgt? denn wenn die MCU den Operationsverstärkereingang mit +3,3 V speist, liegt sie außerhalb ihres Spannungsversorgungsbereichs, was bei den meisten Operationsverstärkern falsch ist (allerdings nicht bei TL081 - aber Sie sollten TL081 hier wahrscheinlich nicht verwenden, da der Gleichtakteingang Reichweite ist so schlecht und es kann nicht einmal mit nur 5 V betrieben werden).
Sind Sie sich der Existenz von (optisch isolierten) Gate-Treibern bewusst?
@Andyaka ja Andy, so ist das. Der LDO sieht 5 V an seinem Eingang und gibt an seinem Ausgang +3,3 V gegen -5 V aus. Das bedeutet eigentlich -1,7 V, wenn man es von meiner Versorgungsspannungsreferenz aus sieht. Der Punkt ist, ob es mit OpAmp möglich wäre, -5 V (um Mosfet auszuschalten) und 0 V (um Mosfet einzuschalten) zu schalten, wobei diese Schaltung einen GPIO mit Pull-Up- bzw. Pull-Down-Ausgängen ansteuert.
@dim yes Dim my OpAmp sollte am positiven Versorgungspin mit 0 V und am negativen Versorgungspin mit negativen -5 V versorgt werden. und so ist der Bereich der Ein- und Ausgänge, wenn Sie jetzt sehen. Ich habe die Schaltung mit LDO bearbeitet. Eingänge von OpAmp sind auf -5 V bezogen. Das bedeutet, dass ein GPIO einen Eingang entweder -5 V (Pulldown) oder 3,3 V über die -5 V treiben kann, dh -1,7 V, wenn er von der Versorgung aus gesehen wird (Pull Up). Operationsverstärker ist TLV2371
@ Jeroen3 danke, aber ich brauche eine billigere und einfachere Lösung.
Ok, diese Notation von +3,3 V in Bezug auf -5 V ist jedoch sehr verwirrend. Achten Sie darauf, einen RRIO-Operationsverstärker zu verwenden.

Antworten (2)

Ich würde die Schaltung neu zeichnen, um sie klarer zu machen, dann würde ich sehen, dass Sie einfach einen TTL-zu-5-Volt-Logikpegelwandler wie unten verwenden könnten: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mit dem 74VHC1GT04 erhalten Sie eine bessere Leistung als mit einem Operationsverstärker. Sie können R1 auch loswerden. Es sieht jetzt viel einfacher aus und Sie erhalten eine anständige Antriebsgeschwindigkeit für das MOSFET-Gate.

Meine Frage ist, ob diese Lösung elegant ist und wie erwartet funktioniert oder ob mir vielleicht ein Detail fehlt. Andernfalls wird jede andere elegantere Lösung sehr geschätzt. Priorität hat eine kleine und kostengünstigere Lösung.

Ihre aktuelle Operationsverstärkerkonfiguration funktioniert nicht, ohne einen weiteren Widerstand von R6 bis -1,7 Volt hinzuzufügen, um einen Vorspannungspunkt auf halber Höhe des Logikspannungsbereichs bereitzustellen.

Hallo @Andy, in der aktuellen Konfiguration sollte ein anderer Widerstand von R6 auf 0 V gehen, denke ich, damit bei gleichen Eingängen (wenn GPIO mit Masse verbunden ist) die Differenz der Eingänge zum Operationsverstärker Null ist und somit der Ausgang zum Einschalten von Mosfet. Dein Lösungsvorschlag ist sehr einfach. finde ich besser. Ich würde gerne wissen, ob es auch mit niedrigeren negativen Spannungen wie -8 V funktioniert. oder lässt es die Base-Emitter Diode von PNP und NPN vielleicht nicht zu ?
In Ihrer Konfiguration sollte ein Widerstand mit dem gleichen Wert wie R6 zum LDO-Ausgang gehen. Wenn die -5 Volt nach unten auf -8 Volt verschoben werden und der LDO-Regler 3V3 höher als die -8 Volt (dh -4,7 Volt) erzeugt, sollte es gut funktionieren. Sie müssen anfangen, über die Verlustleistung im LDO-Regler nachzudenken, falls er überhitzt, da beim Absenken von -5 V auf -8 V weitere 3 Volt abfallen. Wenn der Strom ein paar mA beträgt, sollte es kein Problem sein.
Danke @Andy. MC74VHC1GT04 funktioniert leider nicht für Versorgungsspannungen über 7V. Das bedeutet, dass ich es nicht mit -8 V (Gnd) und 0 V (Vcc) versorgen konnte, um die Logikpegel -8 V und -8 V + 3,3 V in -8 V- und 0 V-Ausgänge umzuwandeln. Tatsächlich sehe ich auch bei anderen Herstellern, dass es im Spannungsbereich von 8V kaum Puffer gibt
@HerrderElektronik da hast du mich erwischt! Ich vermute, dass es da draußen etwas geben wird, das mit 8 Volt funktionieren könnte.
Ich denke, ich muss selbst eine Transistor-Gegentaktschaltung mit NPN- und PNP-Transistoren herstellen, die an 0 V und -8 V angeschlossen sind, während ihre Basen von demselben GPIO-Pin angesteuert werden. Ist es eine gute Idee? Dort habe ich Zweifel, ob ich Transistoren finden werde, die 8V mit Basis-Emitter-Diode sperren können
Es gibt MOSFET-Treiberchips von International Rectifier (jetzt Infineon). Der IR2110 kommt mir in den Sinn. Versuchen Sie zu untersuchen, was sie anbieten. Ich habe das Gefühl, dass es ein Gerät geben wird, das in der Lage ist, ein 3,3-Volt-Logiksignal vom GPIO aufzunehmen.

Angenommen, Ihre Widerstandswerte sind alle korrekt, um das Gate richtig umzuschalten, entfernen Sie R2 von der Stelle, an der es sich in Ihrer Schaltung befindet, da es mit R2, wo es sich gerade befindet, nicht richtig umgeschaltet wird. Legen Sie es nun als Pulldown auf -5V auf das Gate. Wenn Sie etwas zwischen die Quelle des FET und GND (oder in Ihrem Fall -5) legen, wird es einfach nicht umgeschaltet.

Probieren Sie das aus und sehen Sie, ob es funktioniert. Angenommen, Ihr Operationsverstärker gibt Ihnen die richtige Gate-Spannung, sollte in Ordnung sein.

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