Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage

18 Lip 2013 13:22 9816 30
  • Poziom 28  
    Witam,
    projektuje układ, który do pracy potrzebuje 2 par ogniw 1,5V (łącznie 2 pary, w każdej 2 ogniwa połączone szeregowo do osiągnięcia 3V).

    I teraz chciałbym przełączać te ogniwa, gdy napięcie, na jednym z nich będzie zbyt małe do sterowania wyświetlaczem LCD, a przełączać chce po to aby ten wyświetlacz działał i wyświetlał jak najdłużej. Pobór prądu LCD i uP to około 3,5mA.

    Ogniwa chciałbym przełączać w takim układzie (przełączane także zasilanie układu przełączającego-ATMEGA48V) :
    MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage

    Moje pytanie dotyczy w zasadzie samego tranzystora MOSFET i jego parametru Vgst (napięcie progowe threshold). Jako przykład posłużmy się IRLML6401.

    A dokładnie: jak istotne jest to napięcie w przypadku takiego układu. Za co to napięcie odpowiada i skąd się bierze. Próbowałem nieco poczytać ale nie do końca rozumiem wiec zwracam się z prośbą do kolegów w wytłumaczeniu mi znaczenia tego parametru i jego wpływu na przełączanie napięć.
  • TermopastyTermopasty
  • Moderator Projektowanie
    Górne MOSFET-y typu P są źle włączone.
    Vgsth to napięcie miedzy G i S przy którym tranzystor jeszcze nie jest włączony.
    Wpływ na przełączanie? - aby tranzystor był wył. Vgs musi być mniejsze od min. Vgsth, aby był włączony - Vgs musi mieć dużą wartość, (sporo większą od Vgsth) podawaną w datasheet.
    Vgsth to parametr określający próg włączania (albo kiedy jest wyłączony), natomiast pewne włączenie jest określane inaczej.
  • Poziom 43  
    Dokładniej mówiąc Gate-source threshold voltage to jest napięcie kiedy prąd drenu osiągnie wartość 10uA. Czyli prawie żadną.
  • TermopastyTermopasty
  • Moderator Projektowanie
    atom1477 napisał:
    Dokładniej mówiąc Gate-source threshold voltage to jest napięcie kiedy prąd drenu osiągnie wartość 10uA. Czyli prawie żadną.

    Niekoniecznie - czasem ta wartość drenu jest inna - wszystko podawane jest w datasheet.
    Zauważ, że dla Vgsth zwykle są tam wartości min, typ, albo max. Zazwyczaj min-max (w tabeli), na wykresach wartości typ. Czytaj i myśl.
  • Poziom 28  
    OK, rozumiem, w sumie wiedziałem że jest wymagane napięcie Vgs aby otworzyć tranzystor ale rzadko zwracam na nie uwagę bo zazwyczaj używam tranzystorów z kanałem N.

    W takim razie jak najprościej zbudować ten układ, aby możliwie mocno wysterować P-MOSETA?

    Przypominam, zasilanie bateryjne a więc możliwie mały pobór prądu.
  • Moderator Projektowanie
    Przede wszystkim źródło P-channel do +zasilania, wyjście z drenu.
    MOSFET P-channel taki aby miał niewielki Rdson - poniżej 1 Ohm, gdyż Uds=Rdson x Id, co dla 1 Ohm i prądu 3,5ma "ukradnie" Ci z zasilania 3,5mV.
    Jaki poziom osiągają napięcia Vg1, Vg2 ( a dokłądnie jaka jest różnica między Vg1, Vg2 a napięciem zasilającym)? - bo prawdopodobnie dolne MOSFET-y są zbędne? I tu ważne będzie Vgsth min, musiałoby ono mieć wartość większą od tej różnicy. Wtedy sterujesz wprost z procesora bramką P-channel, z bramki opornik do źródła - jak masz na schemacie, tylko źródło z drenem zamień.
  • Poziom 28  
    trymer01 napisał:
    Przede wszystkim źródło P-channel do +zasilania, wyjście z drenu..

    Kurde faktycznie odwrotnie ;/

    trymer01 napisał:

    Jaki poziom osiągają napięcia Vg1, Vg2 ( a dokłądnie jaka jest różnica między Vg1, Vg2 a napięciem zasilającym)? - bo prawdopodobnie dolne MOSFET-y są zbędne? I tu ważne będzie Vgsth min, musiałoby ono mieć wartość większą od tej różnicy. Wtedy sterujesz wprost z procesora bramką P-channel, z bramki opornik do źródła - jak masz na schemacie, tylko źródło z drenem zamień.

    Vg1, Vg2 to napięcia sterujace z procesora zasilanego z wyjść tychże tranzystorów MOS-P.
  • Poziom 43  
    Pomysł wydaje mi się dziwny czy jest jakiś zysk z takiego rozwiązania? Czy rozładowywanie baterii po kolei ma jakąś przewagę nad podłączeniem równoległym, poza tym że użytkownik może włożyć dwie nowe i dwie stare i .. wiadomo.

    Jeśli masz za małą pojemność baterii trzeba dać większą, jeśli napięcie jest za niskie, żeby wykorzystać całą pojemność, to potrzeba przetwornicy, możliwe że potrzeba jej tylko dla wyświetlacza.
  • Poziom 28  
    jarek_lnx napisał:
    Czy rozładowywanie baterii po kolei ma jakąś przewagę nad podłączeniem równoległym, poza tym że użytkownik może włożyć dwie nowe i dwie stare i .. wiadomo.


    No właśnie po to aby wyeliminować ryzyko niechcianych prądów, gdy ktoś włoży baterie o różnym stopniu naładowania, albo rozrzut technologiczny baterii w pojemności będzie znaczny.

    Po za tym będą to tylko zwykła baterie alkaliczne lub litowe, a w kilku miejscach wyczytałem, że nie zaleca się łączenia równoległego baterii, w odróżnieniu do równo naładowanych akumulatorków.

    jarek_lnx napisał:
    Jeśli masz za małą pojemność baterii trzeba dać większą, jeśli napięcie jest za niskie, żeby wykorzystać całą pojemność, to potrzeba przetwornicy.


    No właśnie ma to chodzić około 2 miesiące, a więc potrzeba tu z 5000mAh.
    Nad przetwornicą też myślę, np od microchipa.
  • Moderator Projektowanie
    FastProject napisał:

    Vg1, Vg2 to napięcia sterujace z procesora zasilanego z wyjść tychże tranzystorów MOS-P.

    Jaką? - w Voltach - sprawdź w datasheet procesora, aby :
    trymer01 napisał:

    Jaki poziom osiągają napięcia Vg1, Vg2 ( a dokłądnie jaka jest różnica między Vg1, Vg2 a napięciem zasilającym)? - bo prawdopodobnie dolne MOSFET-y są zbędne? I tu ważne będzie Vgsth min, musiałoby ono mieć wartość większą od tej różnicy.
  • Poziom 43  
    Co do Vgsth niewiele z tego wynika, głównie to że poniżej 0,4V tranzystor (IRLM6401) jest wyłączony, dużo bardziej użyteczne są wykresy Typical Output Characterstics i Typical Transfer Characteristics niestety nie są to wartości gwarantowane, dla 1,8V mamy gwarantowane Rds(on)<125mΩ czyli poniżej 1,8V tranzystor prawdopodobnie będzie działać, ale producent tego nie gwarantuje, choć z Typical Output Characterstics wynika że dla tak małych Id to nawet przy 1V Ugs spadek napięcia będzie mały (100mV dla 20mA)
  • Poziom 28  
    trymer01 napisał:

    Jaką? - w Voltach - sprawdź w datasheet procesora


    Tak to wygląda...
    MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Tak to wygląda...
    Procesor ma wyjścia CMOS więc jeśli nie będzie płynął prąd wyjściowy (wysterowujemy bramkę MOSFET'a) napięcie wyjściowe będzie równe zasilaniu, albo masie.

    ->FastProject a jak załączysz zasilanie, po włożeniu baterii masz dwa wyłączone MOSFET'y i brak napięcia na procesorze?
  • Poziom 28  
    jarek_lnx napisał:

    ->FastProject a jak załączysz zasilanie, po włożeniu baterii masz dwa wyłączone MOSFET'y i brak napięcia na procesorze?


    Myślałem nad jakimiś 2 polami, które po włożeniu baterii będzie trzeba zewrzeć :D.
  • Poziom 28  
    Kontynuując rozważania o przełączaniu za pomocą P-MOSFETA trafiłem na kolejny problem, zastosowanie.

    Mianowicie opisuję problem i idee:
    MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage
    Jest sobie układ z 2 akumulatorami i 1 ładowarką(sieciowa), gdzie ładowany jest tylko jeden akumulator wewnętrzny. Aku ładowane zamknięte w obudowie z zasilanym układem, gdy dołączamy ładowarkę sieciową (detekcja T3) to układ (za pomocą T2 i T6) załącza napięcie ładowania do akumulatora (a odłącza aku zewnętrzne (T1 i T5), a gdy napięcie to osiągnie 14,4V to ładowarka zostaje odłączona lub przełączona w tryb buforowy(aku żelowe 12V).

    Jednak jest też opcja dołączenia aku zewnętrznego (takie same jak aku wewnętrzne lub o większej pojemności lecz także 12V).

    I teraz np gdy rozładuje się aku wewnętrzne to podłączamy aku zewnętrzne, które to zostanie przełączone za pomocą diod schottky i wszystko będzie działało jak trzeba bez zaniku napiecia i niekontrolowanego rozładowania.

    Jest jednak zagrożenie że ktoś podłączy ładowarkę gdy podłączony będzie aku zewnętrzny...wtedy kiszka i dobrze było by odłączać aku zewnętrzne za pomocą T1 i T5.

    Pomijam na schemacie dzielniki do pomiaru napięć akumulatorów.

    Pytanie do kolegów, czy taki sposób przełączania będzie tu odpowieni, czy nie bedzie wprowadzał niechcianych za dużych zaników i spadków napięć oraz, czy i w jaki sposób dobrze wysterować odpowiednie MOSFETY (jakie konkretne typy i parametry MOSFETów będą tu odpowiednie)
  • Poziom 43  
    Skoro aku zewnętrzny j est połączony za pomocą diody Shottky'ego (tzn. w ogóle diody) to nie będzie on ładowany w przypadku podłączenia ładowarki.
    Chyba że na czymś innym ma polegać ta kiszka. Opisz więc na czym.

    PS. Ja tu za to widzę inny problem. ładowanie wewnętrznego akumulatora za pomocą zewnętrznego akumulatora prądem o niekontrolowanej wartości.
  • Poziom 28  
    atom1477 napisał:
    Skoro aku zewnętrzny j est połączony za pomocą diody Shottky'ego (tzn. w ogóle diody) to nie będzie on ładowany w przypadku podłączenia ładowarki.

    Czy oby na pewno...a nie będzie tak, że jak ładowany aku będzie miał jeszcze niskie napięcie, to rozładowywany do tego napięcia będzie aku zewnętrzne..i po to chce odłączać aku zewnętrzne na czas ładowania.

    atom1477 napisał:
    PS. Ja tu za to widzę inny problem. ładowanie wewnętrznego akumulatora za pomocą zewnętrznego akumulatora prądem o niekontrolowanej wartości.


    No tak, coś mi tu właśnie nie pasowało. A więc dobrze by było odłączać i aku wewnętrzne prawda? Chyba, że jest inne wyjście i trochę przekombinowałem ten układ.
    Generalnie żadne aku nie powinno wpływać na to drugie.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    FastProject napisał:
    atom1477 napisał:
    Skoro aku zewnętrzny j est połączony za pomocą diody Shottky'ego (tzn. w ogóle diody) to nie będzie on ładowany w przypadku podłączenia ładowarki.

    Czy oby na pewno...a nie będzie tak, że jak ładowany aku będzie miał jeszcze niskie napięcie, to rozładowywany do tego napięcia będzie aku zewnętrzne..i po to chce odłączać aku zewnętrzne na czas ładowania.

    Na pewno. Nie będzie ładowany bo dioda nie puści prądu wstecz.
    Rozładuje się on ładując rozładowany akumulator wewnętrzny, ale nie będzie już ładowany przez ładowarkę. Tyle że to akurat źle na moje oko.

    FastProject napisał:
    atom1477 napisał:
    PS. Ja tu za to widzę inny problem. ładowanie wewnętrznego akumulatora za pomocą zewnętrznego akumulatora prądem o niekontrolowanej wartości.


    No tak, coś mi tu właśnie nie pasowało. A więc dobrze by było odłączać i aku wewnętrzne prawda? Chyba, że jest inne wyjście i trochę przekombinowałem ten układ.
    Generalnie żadne aku nie powinno wpływać na to drugie.

    Ja bym raczej zrobił jakiś sprytny sumator na diodach czy na czymś takim który by automatycznie przełączał zasilanie.
    Np. docelowy układ zasilał przez diody.
    W Twoim przypadku wystarczy w tym celu BAT1 przerzuić na drugą stronę diody D28.

    Nie rozumiem jeszcze jednej rzeczy:
    FastProject napisał:
    Aku ładowane zamknięte w obudowie z zasilanym układem, gdy dołączamy ładowarkę sieciową (detekcja T3) to układ (za pomocą T1 i T5) załącza napięcie ładowania (T2, T6) do akumulatora

    Na moje oko T1 i T5 są chyba do załączania zewnętrznego akumulatora. Ładowanie załączają tylko T2 i T6.
    Czy nie?
  • Poziom 28  
    atom1477 napisał:

    Rozładuje się on ładując rozładowany akumulator wewnętrzny, ale nie będzie już ładowany przez ładowarkę. Tyle że to akurat źle na moje oko.

    No własnie o to mi chodziło...może inaczej to opisałem, ale generalnie chodzi,że będą podłączone równolegle 2 aku o różnym stopniu naładowania.

    atom1477 napisał:

    Ja bym raczej zrobił jakiś sprytny sumator na diodach czy na czymś takim który by automatycznie przełączał zasilanie.
    Np. docelowy układ zasilał przez diody.
    W Twoim przypadku wystarczy w tym celu BAT1 przerzuić na drugą stronę diody D28.

    Słusznie :)


    Nie rozumiem jeszcze jednej rzeczy:
    FastProject napisał:
    Aku ładowane zamknięte w obudowie z zasilanym układem, gdy dołączamy ładowarkę sieciową (detekcja T3) to układ (za pomocą T1 i T5) załącza napięcie ładowania (T2, T6) do akumulatora.
    Na moje oko T1 i T5 są chyba do załączania zewnętrznego akumulatora. Ładowanie załączają tylko T2 i T6.
    Czy nie?

    Racja..spieszyłem się ;) poprawie to w pierwszym poście o tym temacie...
  • Poziom 43  
    A swoją drogą to D27 jest odwrotnie.
  • Poziom 28  
    Czyli mamy coś takiego: MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage

    A na czas ładowania (gdy ładowarka podłączona) odłączamy aku zewnętrzne. Czy może nie ma sensu dawać teraz przełączania za pomocą T1 i T5?

    Akumulator wewnętrzny będzie mał pojemność 2-4Ah. Jaki mosfety polecacie do ładowarki?
  • Poziom 43  
    Na moje oko nie ma sensu odłączać akumulatora zewnętrznego. Chyba że w celu zapobiegnięcia jego rozładowywania.
    A MOSFETy może IRF4905 albo IRF5305.
  • Poziom 28  
    Panowie, coś mi nie działa z tym pierwszym układem. Mój aktualny schemat to:
    MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage
    (Bramki mosfetów zasilam bezpośrednio z portu uP)
    I teraz bez względu na to czy porty ustawiam na 0 czy na 1 zasilanie odrazu włącza mi się, bez konieczności zwarcia przycisku.

    Zasilanie 3,2V narazie z zasilacza. Dioda Schottky i Elektrolit do zapisu do EEPROMU po odłączeniu obu baterii. Aktualnie ADC7 i INT0 nie są podłączone do otencjału 3V" i wiszą w powietrzu, a ADC i INT0 są wyłączone.

    Zmieniałem także rezystory 100k na 10k i także bez zmiany..włączają się same po podłączeniu zasilania.

    Co może być nie tak?
    ------------------------------
    To chyba to przecież przez to ze niezasilany procek ma port wiszący w powietrzu HI-Z...dodam dolne mosfety i zobaczę...
  • Poziom 43  
    Niezasilony procesor wymusza 0,7V na bramkach MOSFETów. A to za sprawą diod zabezpieczających na swoich pinach.
  • Poziom 28  
    Chodzi Ci o to, że od + Batt1 leci poprzez 100k i diodę procesora do masy?

    ...dodałem 2N7002 z bramkami ściągniętymi do masy i wygląda, na to że działa (bramki sterowane z portów poprzez rezystory 560R).

    Zastanawiam się teraz czy ten układ przełączając ogniwa faktycznie pozwoli na dłuższą pracę w porównaniu w połączeniem szeregowo-równoległym ogniw.

    Zawsze można w instrukcji dać uwagę aby wymieniać na identyczna baterie...ale czy te będą mieć na tyle zbliżone parametry, że nie będą się wzajemnie rozładowywać???

    Z drugiej strony jak okaże się, że 2 pary ogniw nie wystarczą to zawsze będzie można w locie zmienić na kolejny 3 komplet, a układ już sam sobie je przełączy.
  • Poziom 43  
    FastProject napisał:
    Czy oby na pewno..przecież nie jest zasilony, a więc skąd ma mieć do 0,7V???

    Właśnie dlatego że nie jest zasilony:
    MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage
    Brak zasilania to prawie jak VCC zwarte do masy. Na tej drugiej części rysunku po prawej jest to samo co po lewej tylko inaczej narysowane. I widać co robi ta czerwona dioda. Nie pozwala bramkom MOSFETów mieć napięcia wyższego niż 0,7V.
  • Poziom 28  
    Chyba rozumiem...zmieniłem odpowiedź, ale mnie uprzedziłeś :) Dzięki, za rysunek, nie zawsze pamiętam o tych diodach.

    A więc wychodzi na to że dodatkowe mofety są niezbędne.

    Po eksperymentach mofety-p z rezystorami 100k jak wcześniej wspomniał jeden z kolegów także będą kradły mi trochę prądu i wychodzi, że to trochę to około 1mA, co dla zasilania bateryjnego jest równoważne z dużo krótszą ich pracą.

    W związku z tym czy może ktoś wypowiedzieć się co do wykorzystania połączenie szeregowo-równoległego 4 ogniw 1,5V. Będą to baterie litowe lub alkaliczne czyli ogólnie dostępne paluszki AA. Czy faktycznie rozrzut technologiczny w pojemności jest tak duży i jak piszą niekorzystne będzie łączenie ich równolegle?
  • Poziom 28  
    Zastanawiam się, czy układ z pierwszego schematu działał by i przełączał by pojedyncza paluszki 1,5V. Np przełączał by je w momencie kiedy napicie na paluszku spadnie do 1V. Przy takim założeniu układ sterujący z procesorem może być i chyba powinien zasilany z innego źródła 3V. Poniżej zarys schematu.
    MOSFET - Napięcie progowe Gate-source threshold voltage

    Chodzi o przełączanie paluszków 1,5V które zasilają inny układ (złodziej juli http://flagiusz.republika.pl/joulethief/sim.html), który działa do czasu kiedy napięcie na paluszkach jest około 1V. Układ złodzieja juli zasila diody LED, a ich jasność jest jeszcze w miarę akceptowalna przy 0,9-1V z baterii. Układ ma działać jak najdłużej stąd pomysł na przełączanie paluszków. Osobne zasilanie procesora po to aby przez cały czas działania na 4 paluszkach procesor był stabilnie zasilany. Po przełączeniu i wyczerpaniu paluszków wyrzuca sie je i wkłada następne.

    Pomysł dziwny, ale na chwile obecną nie mam pomysłu na nic innego.

    Pytanie, czy jak procesor zasilimy z 3V a p-mosfety miały by przełączać paluszki 1,5V gdy napięcie na nich spadnie do 1V, to czy te p-mosfety będą jeszcze wystarczająco mocno wysterowane i czy wogóle przy tak niskim przełączanym napięciu będą przełączane. Moze do przełączania wykorzystać napięcie 3V z zasilania procesora, ale jak?
  • Poziom 43  
    Jeśli procesor ma oddzielne zasilanie to do przełączania nie potrzebujesz sterować PMOS-a NMOS-em. Pojedynczy tranzystor N lub P wystarczy.
    W układach przełączających źródła zasilania trzeba pamiętać od diodach w MOSFETach, ta dioda w pewnych warunkach będzie przewodzić lepiej ustawić ja tak aby rozładowane ogniwo nie obciążało innych.
    Łącząc dwa MOSFETy odwrotnie-szeregowo można uzyskać klucz rozłączający w obu kierunkach ale w twoim zastosowaniu nie wydaje sie to konieczne.

    P.S. Temat z 2013? dziwne, ale skoro powrócił, to chyba autor podbił.
  • Poziom 28  
    jarek_lnx napisał:
    P.S. Temat z 2013? dziwne, ale skoro powrócił, to chyba autor podbił.

    Faktycznie podbił, ale nie ja ;) a moderator trymer01.

    Ostatecznie zastosowałem schemat z NPN + PMOS-em. Z tego co wiem nie było z tym problemów, a projekt jest bardziej uniwersalny gdyby trzeba było zwiększyć napięcie przełączanych ogniw.