Management von Rückströmen mit MOSFETs

Ich plane, einen Chip mit zwei 5-V-Ausgangspins zu verwenden, um zwei Systeme mit Strom zu versorgen: eine MCU (attiny85, Betriebsspannung: ~ 2 V - ~ 5 V) und ein USB-Gerät (Eingangsstrom: 3 A). Darüber hinaus werde ich eine alternative 5,3-V-Eingangsquelle haben, um diese Systeme mit Strom zu versorgen.

Ich denke, die 5-V-Pins des Chips müssen vor Stromfluss geschützt werden, wenn die alternative Quelle aktiv ist. Ich glaube, ich könnte vielleicht zwei Sätze MOSFETs Rücken an Rücken und zwei Schottky-Dioden für die erforderliche Schaltung verwenden. Die Diode wird wahrscheinlich einen Spannungsabfall von 300 mA - 400 mA haben, weshalb die alternative Quelle auf 5,3 V verstärkt wird, um die Spannungsabfälle auszugleichen.

Ich bin sehr neu im Entwerfen von Transistorschaltungen, also haben Sie bitte etwas Geduld mit mir. Ist die folgende Schaltung für die Aufgabe gut geeignet? Ich denke an die Verwendung von Si2305CDS , das ich zufällig auf Digikey gefunden habe und anscheinend die richtigen Vgs hat.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe jedem Gate einen 100r und GND einen 1M hinzugefügt, indem ich dieser Antwort gefolgt bin . Die Idee ist, den Stromfluss in PIN 1 und PIN 2 zu blockieren, wenn VDD aktiv ist. Ist dies die gesamte Schaltung erforderlich? Gibt es Dinge, auf die man achten sollte?

Jeder Rat wird sehr geschätzt.

Danke

BEARBEITEN: MOSFETS behoben. Danke an @mkeith.

Ist VDD die 5,3-V-Quelle? Und verstehe ich Sie richtig, dass Sie die Versorgung für jedes System separat ein- und ausschalten möchten? Denn dann müssten Sie Ihre Dioden in gemeinsamer Anodenkonfiguration verwenden, ganz zu schweigen vom doppelten Abfall der Durchlassspannung von VDD zu Ausgang2.
Was ist der "Chip mit zwei 5-V-Ausgangspins"?
@christoph Entschuldigung, ja, das ist es. Ich habe es jetzt behoben. Ist dies die gemeinsame Anodenkonfiguration, die Sie vorschlagen? Jedes System muss nicht separat ein-/ausgeschaltet werden. Beide können ein-/ausgeschaltet werden, wenn VDD vorhanden ist/nicht vorhanden ist.
@BruceAbbott Es ist der BQ24295 . Um genau zu sein, der MCU (SYS) Pin liefert nur maximal 4,35 V. Ich dachte, ich würde das Problem vereinfachen, indem ich es einfach als 5 V nehme. Das wirkt sich hoffentlich nicht auf das Design aus.
Der Titel spricht von Rückströmen, unter welchen Umständen und wo erwarten Sie diese?
Mein Gedanke war, dass VDD, wenn VDD und die Pins direkt mit den OUTPUT-Ports verbunden wären, Strom in die Pins (in den Chip, da er geerdet ist) schieben und möglicherweise braten könnte.
Mir ist nicht klar, was Sie erreichen wollen. Aber nur um sicherzustellen, dass Sie es verstehen, werde ich einige Beobachtungen machen. Wenn Output1 oder Output2 hoch sind, verhindern Ihre FETs den Stromfluss zu Pin 1 oder Pin 2, vorausgesetzt, SW1 ist geschlossen und VDD ist aktiv. Wenn VDD niedrig ist, können Sie die FETs nicht ausschalten. Wenn Pin 1 oder Pin 2 hoch ist, können die FETs den Stromfluss zu Ausgang 1 oder Ausgang 2 nicht verhindern, da die Body-Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, selbst wenn SW geschlossen ist. Anfänger sollten immer die Bodydiode einzeichnen.
@mkeith Du hast recht. Ich habe die Body-Dioden falsch verstanden und Source/Drain vertauscht. Ich habe sie jetzt umgedreht und die Körperdioden sind in Sperrrichtung vorgespannt.
3A kann für diesen FET zu viel sein. RDS liegt bei etwa 50 mOhm. Isquared R liegt bei etwa 450 mW. Der Wärmewiderstand beträgt 130 Grad/Watt. Sie werden einen Temperaturanstieg von etwa 60 Grad erwarten. Die maximale Sperrschichttemperatur beträgt 150. Es könnte in Ordnung sein, aber es macht mich nur ein wenig nervös.
@mkeith War mein ursprüngliches Design eigentlich nicht korrekt? Wenn SW1 geschlossen und VDD aktiv ist, sind Output1 und Output2 hoch und es fließt kein Strom zu Pin 1 oder Pin 2 (vor VDD geschützt). Wenn SW1 offen ist, sind Output1 und Output2 hoch, da Strom von Pin 1 und Pin 2 fließt. Das möchte ich erreichen, da die Ausgänge entweder über die Pins oder Vdd mit Strom versorgt werden können, die Pins jedoch vor Stromfluss geschützt sind wenn Vdd aktiv ist.
Ich weiß nicht, was Sie zu tun versuchen. "Richtig" ist also offen für Interpretationen. Welche Seite muss geschützt werden, die Pin 1-Seite oder die Output 1-Seite?
Die Pin 1/2-Seite muss geschützt werden, da dies die Pins des IC (BQ24295) sind. Die Ausgänge sind über die Pins oder VDD zu versorgen.
Dann denke ich, dass es vorher richtig war. Ich habe NIE gesagt, dass es falsch ist. Ich habe nur versucht zu erklären, was es tatsächlich tun würde. Bitte lesen Sie noch einmal, um sicherzustellen, dass es das ist, was Sie wollen. Wie gesagt, deine Beschreibung dessen, was du zu tun versuchst, ist nicht so klar. Und beachten Sie meine Vorsicht bezüglich der Verlustleistung.
OK! Ich werde meinen Beitrag korrigieren. Aber könnte PMOS umgekehrt wie im Original verwendet werden, dh Stromfluss von Drain zu Source. Gibt es bei einer solchen Verwendung noch andere Dinge zu beachten?
Zwei weitere Dinge sind hinzuzufügen: In der vorliegenden Schaltung gibt es keine Verbindung von VDD zu Output2. Und außerdem ist Q1 immer eingeschaltet, wenn S1 geschlossen ist und Sie beide Quellen VDD und PIN1 miteinander verbunden haben. Dies führt wahrscheinlich zu einem Strom von VDD in PIN1, was Sie verhindern möchten.
Ich würde auch empfehlen, sehr genau anzugeben, was genau Sie mit Ihrer Schaltung machen möchten. Welche Zustände können und werden auftreten? Was soll nicht passieren? Was muss unter allen Umständen gewährleistet sein? Eine lockere Spezifikation macht das Schaltungsdesign manchmal zu einer sehr frustrierenden Aufgabe.

Antworten (2)

Wenn Sie sowieso einen mechanischen Schalter verwenden , dann ist dieser einfach und billig. Ihre beiden Versorgungen werden mechanisch isoliert.

Mech

Wenn Sie einen Stromkreis wünschen und sicher sind, dass die 5,3-V-Versorgung immer größer als (Pin1 - Vf (Diode) - Vf (Schottky)) ist und die Versorgung von Pin1 und Pin2 nicht weniger als (5,3 V - Vf ( Diode) - Vf (Schottky)), dann können Sie diese diodenbasierte Schaltung verwenden. Sie müssen nur eine Diode mit hohem Durchlassspannungsabfall verwenden. Und Schottky sind in diesem Fall nicht so nützlich.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Andernfalls ist die Antwort von @next-hack die Lösung.

Sie benötigen Back-to-Back-MOSFETs-Verbindungen. Ich schlage das beigefügte Diagramm vor. Sie sollten MOSFETs mit Logikpegel verwenden.

Lassen Sie uns nur die erste Ausgabe besprechen. Der zweite ist ähnlich.

Betrachten wir alle 4 Fälle.

  1. 5Vin_1 aus (offen), SW1 an: Die Gates von M2 und M1 liegen bei 5,3 V. Die Quellen von M1 und M2 liegen bei 4,2 V (5,3 V minus Vorwärtsabfall von D1 und Vorwärtsabfall der Körperdiode von M1, dh 5,3 V – 0,4 V – 0,7 V). M1 und M2 sind aus. Out_1 ist 4,9 V. Kein Rückstrom zu 5Vin_1.
  2. 5Vin_1 an, SW1 an: Die Gates von M2 und M1 liegen bei 5,3 V. Die Sources von M1 und M2 liegen bei 4,3 V (5 V minus Durchlass der Body-Diode von M2). Die Body-Diode von M1 ist ausgeschaltet. Trotzdem kein Rückstrom zu 5Vin_1.
  3. 5Vin_1 aus (offen), SW1 aus: Der gesamte Stromkreis ist stromlos.
  4. 5Vin_1 an, SW1 aus: R1 bringt die Gates auf 0. Zunächst bringt die Body-Diode von M2 die Sources von M2 und M1 auf 4,3 V. Da jetzt VGS = -4,3 V (man sollte MOSFETs mit Logikpegel verwenden) werden sowohl M1 als auch M2 eingeschaltet. (Und jetzt, da RDSon klein ist, wird Vs auf 5 V gebracht, daher wird Vgs zu -5 V). D1 ist aus.

Auch die Übergänge zwischen eingeschalteten Zuständen (dh wenn Sie eine andere Stromquelle einstecken, wenn die andere bereits aktiv ist) müssen überprüft werden.

SW1 EIN-->AUS-Übergang (bei vorhandenem 5Vin_1) Die Gates von M1 und M2 werden auf 0 gebracht. Dann beginnen die MOSFETs gemäß Punkt 4 der vorherigen Liste zu leiten.

SW1 AUS-->EIN-Übergang (bei vorhandenem 5Vin_1) Die Gates von M1 und M2 werden auf 5.3 gebracht. Dann schalten sich die MOSFETs schließlich aus. Nur die Body-Dioden können leiten, aber wir werden schließlich zu Fall 2 zurückkehren.

SW1 EIN. 5Vin_1 war offen, dann wird verbunden Die Gates von M1 und M2 sind bereits auf 5.3. Der MOSFET bleibt AUS. Das Einfügen von 5Vin_1 bringt nur die Quelle (durch die Körperdiode von M2) auf eine etwas größere Spannung.

SW1 EIN. 5Vin_1 wurde verbunden, dann wird es entfernt Die Gates von M1 und M2 sind bereits auf 5,3. Der MOSFET bleibt AUS. Das Entfernen von 5Vin_1 bringt die Quellenspannung schließlich auf 4,2 V (aufgrund von Leckströmen). Kein Problem.

schematisch

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