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

P-MOSFET jako klucz prostokąta (na wejściu) za przerywaczem

10 Mar 2014 20:12 3987 16
  • Poziom 16  
    Cześć,
    może znajdzie się tutaj spec z pomysłem na błędne koło, na które trafiłem.

    Mam P-MOSFETa (IRFU5305) za przerywaczem samochodowym, sterowanego NPNem. Chciałbym nim przepuszczać dalej zasilanie w kształcie prostokąta, którego generuje przerywacz.

    Kiedy MOSFET jest wyłączony przerywacz na wyjściu daje ok. 10-11V (przez wewnętrzny obwód pomiarowy/czasowy, bo styk jest rozwarty), więc gdy NPNem ściągam bramkę do masy, to Vgs jest wystarczające do załączenia MOSFETa. Załączony MOSFET wymusza prąd w obwodzie, więc przerywacz się w pełni załącza dając impuls 12V.
    Przerywacz po raz pierwszy odłącza zasilanie, ja MOSFETa mam dalej załączonego NPNem, ale pojawia się problem - zniknęło Vgs wymagane do wysterowania, więc de facto MOSFET się przytyka i prąd w obwodzie nie płynie... skoro tak, to przerywacz kończy swój cykl i nie wystawi kolejnego impulsu 12V.
    Na wyjściu przerywacza zostaje w takiej sytuacji tylko to co przejdzie przez obwód pomiarowy (czyli zasilanie minus spadek na jakimś rezystorze wynikający z prądu przytkanego MOSFETa), czyli ok 3V.

    Ponieważ MOSFET jest załączony, ale przytkany, bo ma Vgs rzędu 3V, to jest sytuacja patowa - przerywacz nie da impulsu, bo przy takim Vgs pobierany prąd jest za mały, a MOSFET nie puści większego prądu, bo ma za małe Vgs...
    W sumie mogę wyłączyć NPNa i MOSFETa, wtedy napięcie Vds wraca do tych 10-11V i można go załączyć ponownie, ale sprowadza się to do odtwarzania sygnału wejściowego, a nie przepuszczania go jak leci.


    MOSFETa chciałem dać dlatego, że ma lepsze parametry niż PNP, które znalazłem, no i jest przez to mniejszy.
    Myślałem, czy da się zrobić jakiegoś "PNP-boostera", który w czasie "0" przerywacza by się nie przytykał i przez to przerywacz by kontynuował swój cykl i załączał się ponownie...
    Ewentualnie jakieś inne pomysły?
  • Relpol przekaźniki
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 43  
    No i jeszcze wytłumacz co to u ciebie znaczy przerywacz samochodowy, czy to coś takiego jak przerywacz w obwodzie zapłonowym, czy może jak przerywacz kierunkowskazów, czy to układ elektroniczny, czy może coś prostego elektromechanicznego.
  • Poziom 16  
    Fakt, przerywacz to niejednoznaczne określenie, sorki :D

    Chodzi o przerywacz kierunkowskazów, niestety elektroniczny. Z bimetalem nie byłoby problemu, bo standardowo jest zwarty, płynący prąd go podgrzewa i w pewnym momencie rozłącza obwód aż do wystudzenia się. Potem znów się załącza. Piękna i prosta sprawa (może poza zależnością czasową od obciążenia, więc "LEDowcy" go nie lubią ;) ).

    W tym elektronicznym jest jakieś hokus-pokus robione, że właśnie początkowo nie jest załączony, tylko ma słaby "pull-up" przez obwód pomiarowy. Jak się pociągnie prąd, to się załącza styk. Po czasie się rozłącza i pozostaje ten "pull-up" stłamszony do ok 3V przez załączonego, ale przytkanego przez niskie Vgs MOSFETa ;)

    Schemat czym prędzej dostarczam :) W sumie MOSFETowy klasyk, z tą różnicą, że pomiędzy MOSFETem i +12V jest przerywacz...
    P-MOSFET jako klucz prostokąta (na wejściu) za przerywaczem
  • Poziom 16  
    No tak na pierwsze odczucie nie jestem przekonany, czy to pomoże. Bo Vds, a co za tym idzie Vgs będzie nadal koło 3V, a R4 przez NPNa ściągnięte do GND.
    Twoja rada by pomogła gdyby był problem z zatkaniem MOSFETa, a nie wprowadzeniem w stan pełnego przewodzenia.
    Tu by była potrzebna wręcz odwrotna sytuacja, że NPN ściąga bramkę do napięcia poniżej GND... wtedy mamy Vgs=-3V+(to co poniżej GND)

    Dodatkowym problemem jest to, że docelowo nie mam dostępu do +12V - tylko i wyłącznie do wyjścia przerywacza.
    Zastanawiałem się też nad pociągnięciem tego prądu wymaganego do poprawnej pracy przerywacza przez R4 (zmniejszając jego wartość) i NPN do masy, ale jakoś średnio mi się podoba takie coś. Wolałbym odpalić w pełni MOSFETa...

    [EDIT]
    Patrzę jeszcze raz na charakterystyki:
    http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305.pdf
    wykres Iout=f(Vgs), czyli Fig.3 zaczyna się od 4V ;)
    O ile wg Fig.2 przy Vds=3V można sporo przez niego puścić, to najmniejsze kreślone Vgs=-4,5V. Chociaż jak by nie było, na dole osi jest 1A - to też nie mało jak na prąd w stanie wyłączonym przerywacza...
    Możliwe, że miernik kłamie i tam jest średnio 3V, a de facto jest jakaś sieczka, że się nie załączy.
  • Moderator Projektowanie
    Źle czytasz charakterystyki z datasheet.
    Twoim problemem jest zbyt niskie napięcie zasilania MOSFET-a gdy przerywacz jest wyłączony - ok. 3V.
    Ten MOSFET musi mieć min. Vgs=4-6V, im to napięcie jest większe tym lepiej bo od niego zależy Rdson czyli "zdolność" do przepuszczenie dużego Id bez strat.
    Vgsth to strefa zatkania.
    Możesz próbować jakiegoś MOSFET-a z niskim Vgsth, tak aby przy Vs=3V (bo tyle jest Vds, więc tutaj Vgs≦Vds) był on już dobrze włączony.

    Kluczowanie musi być w "plusie"? - bo w "masie" (przy użyciu N-channel) byłoby łatwo.
  • Poziom 16  
    Wydaje mi się, że powtórzyłeś to co wcześniej napisałem :)

    Nie wiem czemu twierdzisz, że źle czytam charakterystyki. Niskie Vds nie jest aż takim problemem jak zbyt niskie Vgs. Nawet przy Vds rzędu 3V na Fig.2 zależnie od Vgs wyciągają 5 do 60A ;) Więc problemem w moim przypadku jest Vgs=-3V, które dla tego tranzystora jest zbyt małe (Fig.3 zaczyna się od 4V).

    W moim przypadku bardzo ważne jest RdsON i obawiam się, że tranzystory o których piszesz nie będą miały aż takich parametrów. Ale rozejrzę się...

    No niestety kluczowanie musi być w plusie :|
  • Moderator Projektowanie
    Demmo napisał:

    Nie wiem czemu twierdzisz, że źle czytam charakterystyki. Niskie Vds nie jest aż takim problemem jak zbyt niskie Vgs. Nawet przy Vds rzędu 3V na Fig.2 zależnie od Vgs wyciągają 5 do 60A ;) Więc problemem w moim przypadku jest Vgs=-3V, które dla tego tranzystora jest zbyt małe (Fig.3 zaczyna się od 4V).

    Niskie Vds nie jest problemem w ogóle.
    A "wyciągają" nie prąd użyteczny wynikający z obciążenia, ale prąd Id=Vds/Rdson
    Demmo napisał:
    wykres Iout=f(Vgs), czyli Fig.3 zaczyna się od 4V ;)

    To charakterystyka przejściowa - i musi zaczynać się od Vgsth, bo i po co od niższego napięcia?
    Demmo napisał:

    O ile wg Fig.2 przy Vds=3V można sporo przez niego puścić, to najmniejsze kreślone Vgs=-4,5V. Chociaż jak by nie było, na dole osi jest 1A - to też nie mało jak na prąd w stanie wyłączonym przerywacza...

    Vds jest tu bez znaczenia
    Prąd Id wynika z Rdson, a Rdson wynika z Vgsth. Ostatecznie ważne jest Rdson i Vgsth, a nie Vds.
    "Najmniejsze kreślone Vgs=-4,5V" - aby pokazać cały zakres Vgs>Vgsth. Po prostu. Co nie znaczy że przy Vgsth=4,5V tranzystor jest otwarty - to zależy od egzemplarza.
    Ten 1A to popłynie gdy Vds/Rdson=1A - nie jest to prąd "użyteczny". A Vds w tym miejscu można uznać za odpowiednik napięcia nasycenia w BJT.
    Źle to czytasz i rozumiesz.
    No i dlaczego Fig2 a nie Fig1 (175 stC)? - jeśli Rdson=50mΩ, Id=2A, to Uds=0,1V, Pstrat=0,2W i tranzystor będzie zimny.

    Demmo napisał:
    W moim przypadku bardzo ważne jest RdsON i obawiam się, że tranzystory o których piszesz nie będą miały aż takich parametrów. Ale rozejrzę się...

    Vgsth nie ma nic (prawie) wspólnego z Rdson.
  • Poziom 43  
    Można szukać tranzystorów o mniejszym Ugs(th), ale obawiam się że to nic nie da, tylko napięcie na tranzystorze się zmniejszy, przypuszczam że przerywacz sprawdza małym prądem sprawność żarówek i czy tam będzie 3V czy 1V (poniżej 1V nie zejdziesz) to i tak będzie uznane za przerwę w obwodzie.

    Żeby mieć pewność że tranzystor się załączy potrzebował byś napięcia na bramce poniżej zera (względem masy), to można zrobić na generatorze z 555, tylko trzeba się zastanowić czy jeśli i tak trzeba użyć 555, to może powinien on przejąć funkcje przerywacza - układ będzie prostszy.
  • Poziom 16  
    jarek_lnx napisał:
    Można szukać tranzystorów o mniejszym Ugs(th), ale obawiam się że to nic nie da, tylko napięcie na tranzystorze się zmniejszy, przypuszczam że przerywacz sprawdza małym prądem sprawność żarówek i czy tam będzie 3V czy 1V (poniżej 1V nie zejdziesz) to i tak będzie uznane za przerwę w obwodzie.

    Też mi się tak niestety wydaje. Trzeba pociągnąć prąd, który dla przerywacza oznacza, że wszystko ok.

    Sprawdzę jeszcze wartość prądu w stanie "0" z pominięciem tranzystora. To powinno dać jakieś pojęcie, czy uda mi się przeciągnąć taki prąd przez R4 i NPN, aby przerywacz kontynuował pracę.

    jarek_lnx napisał:
    Żeby mieć pewność że tranzystor się załączy potrzebował byś napięcia na bramce poniżej zera (względem masy), to można zrobić na generatorze z 555

    Wyżej właśnie pisałem o ściąganiu bramki poniżej masy. Masz może jakiś schemat tego rozwiązania na 555? Mam wolną nogę w uC, więc może uda się to wrzucić w program i pominąć 555 zostawiając tylko elementy wykonawcze.

    Drugi pomysł (wspomniany "PNP-booster") był taki, żeby równolegle do MOSFETa dać niewielkiego PNP sterowanego tym samym NPN. Gdy Vgs staje się zbyt niskie, to MOSFET się przytka, a PNP jako że sterowany prądowo, weźmie na siebie Ioff. Gdy pojawi się pełne napięcie, to MOSFET przejmie obciążenie. Przy bazie PNP trzeba by dać odpowiedni rezystor, aby ograniczyć jego prąd w stanie "1" przerywacza.

    jarek_lnx napisał:
    tylko trzeba się zastanowić czy jeśli i tak trzeba użyć 555, to może powinien on przejąć funkcje przerywacza - układ będzie prostszy.

    Układ połączeń mam niestety narzucony. Mam dostępny plus za przerywaczem, obciążenie i masę. W ramach tych połączeń muszę coś wykombinować.

    trymer01 napisał:
    Niskie Vds nie jest problemem w ogóle.
    A "wyciągają" nie prąd użyteczny wynikający z obciążenia, ale prąd Id=Vds/Rdson

    Oczywiście prąd ten zależy od obciążenia (lub nawet zwarcia) na wyjściu. Wstawiając w tor obciążenie pomniejszam Vds o spadek na obciążeniu. Ale masz rację, że sama charakterystyka ma za zadanie pokazać zachowanie tranzystora przy ustalonym Vgs i zmieniającym się Vds i najprawdopodobniej mierzą go z jakimś znikomym Rb pomiarowym.

    trymer01 napisał:
    To charakterystyka przejściowa - i musi zaczynać się od Vgsth, bo i po co od niższego napięcia?

    Generalnie rozumiem, natomiast zauważ, że przy tych 4V Id nie jest jeszcze równe 0 i o to głównie mi chodziło. W przykładowym IRLU9343 mimo wszystko kreślą ją od 0, więc jakiś sens w tym widzą ;)
    http://www.tme.eu/pl/Document/31cf7d1b7d80bf0c06ebf04f1dbdf0d5/irlr9343pbf.pdf

    trymer01 napisał:
    No i dlaczego Fig2 a nie Fig1 (175 stC)? - jeśli Rdson=50mΩ, Id=2A, to Uds=0,1V, Pstrat=0,2W i tranzystor będzie zimny.

    Fakt, po prostu rzuciłem okiem na wykres wcześniejszy niż oglądany w danym momencie Fig.3 i nawet nie zwróciłem uwagi na 175st - opisy osi mi się zgadzały ;) Jak widać po czasie posta - późno już było :D

    trymer01 napisał:
    Vgsth nie ma nic (prawie) wspólnego z Rdson.

    Ogólnie niby tak, ale jak przeglądałem różne MOSFETy, to te z najniższym RdsON należały do grupy z wyższym Vgsth. Może wynika to bardziej z potrzeb rynku niż zależności technologicznych.
  • Poziom 16  
    Demmo napisał:
    Sprawdzę jeszcze wartość prądu w stanie "0" z pominięciem tranzystora. To powinno dać jakieś pojęcie, czy uda mi się przeciągnąć taki prąd przez R4 i NPN, aby przerywacz kontynuował pracę.

    Łatwo powiedzieć trudniej zrobić :D Usiadłem nad tym, zerknąłem na sprzęt, który mam pod ręką... hmm..
    Ten prąd w stanie "0" jest pewnie w zakresie pojedynczych mA. Jak mam na wyjściu obciążenie, to dla stanu "1" jest kilka amperów, więc zakres mA w mierniku odpada, bo spalę bezpiecznik 200mA ;)
    Wtrącenie rezystancji w tor prądowy i pomiar spadku napięcia, to podobny problem... Mocowo musi wytrzymać prąd obciążenia w stanie "1", więc albo duża moc rozpraszania, albo mała wartość oporu, ale wtedy spadek przy prądzie stanu "0" jest znikomy. Z rezystorem rzędu kilku omów przerywacz tyka szybciej niż zwykle i spadek na nim jest zbyt duży w stanie "1". Z rezystorem 0,1 om nie jestem w stanie zaobserwować na oscyloskopie różnicy między rozłączonym obwodem a stanem "0" :)
    Ok, to zamiast obciążenia dam rezystor 1k, pomyślałem... tylko wtedy przerywacz wariuje i zamienia się w brzęczyk :D

    Macie jakiś pomysł jak to ugryźć? :)

    Może w wolnej chwili pokombinuje coś z MAX9634, bo mam sampla w szufladzie ;)
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Wyżej właśnie pisałem o ściąganiu bramki poniżej masy. Masz może jakiś schemat tego rozwiązania na 555? Mam wolną nogę w uC, więc może uda się to wrzucić w program i pominąć 555 zostawiając tylko elementy wykonawcze.

    Na 555:
    Link
    Bez 555 potrzebował byś komplementarnego wtórnika emiterowego sterowanego ze stopnia ze wspólnym emiterem, ten mógł byś taktować z procesora.
    Przykład z generatorem dyskretnym
    Link

    jeśli na bramkę podasz -10V a na źródle będzie 0÷12V trzeba będzie dodać diodę Zenera żeby Ugs nie przekraczało 20V.
  • Moderator Projektowanie
    To jest wróżenie z fusów, bo nic nie wiemy o tym przerywaczu - jak jest skonstruowany, jak się zachowuje w zależności od obciążenia, jakie ma parametry wyjściowe.
    Proponuję od tego zacząć - np. obadać jak się zachowuje przy zwiększającej rezystancji obciążenia - jaką największą rezystancję toleruje. Rozumiem że nominalne obciążenie to żarówka (jaka?) - próbuj zwiększać rezystancję i obserwuj efekty/mierz prąd.
    Prawdopodobnie włączenie zbyt dużej rezystancji obciążenia powoduje wadliwą pracę przerywacza (brzęczyk) z tego powodu, że elektronika przerywacza będąc zasilana od strony minusa przez tę rezystancję ma zbyt małe napięcie (spadek napięcia na tej rezystancji)

    Np. obciążyć przerywacz taką jak największą rezystancją (choćby i mała żarówka) i z niej pobierać sygnał wysterowujący MOSFET - będzie to sygnał o poziomach: niski - ok. zera (2-3V ?) i wysoki - ok. 12V (bo rezystancja obciążenia jest na tyle mała, że powoduje normalną pracę przerywacza). MOSFET z kanałem P, źródło do +12V, z drenu żarówki do masy.
    Nie masz dostępu do +12V? - nie wierzę, to zapewne motocykl jest. Inaczej tego nie zrobisz, chyba że przetwornica napięcia ujemnego co nie jest pewne, za to skomplikowane.
  • Poziom 16  
    Fakt, trochę wróżenie z fusów. Nie wiem natomiast czy wszyscy producenci wykorzystują analogiczne rozwiązanie i czy coś opracowane na bazie jednego egzemplarza będzie reprezentatywne dla innych, jeśli przykładowo uszkodzi mi się ten i kupię analogiczny, tylko innej firmy.
    Mimo to dzisiaj postaram się go rozebrać, przemierzyć i ogólnie dowiedzieć czegoś więcej.
    Przerywacz, zgodnie z zamieszczonym wcześniej schematem, jest trójprzewodowy i ma dostęp do masy, więc ewentualna elektronika w środku nie będzie masą podłączona do wyjścia.

    Na biurku oczywiście mam dostęp do 12V, ale w układzie docelowym niestety nie, stąd nie idę w kierunku opcji dostępnego 12V. Mam dostęp do napięcia z wyjścia przerywacza, masy oraz obciążenia. Można powiedzieć, że jest to sytuacja, w której idą 2 przewody do obciążenia (zasilanie i masa), jeden z nich przecinasz i próbujesz sterować obciążeniem :)
  • Poziom 43  
    Moim zdaniem główny problem w tym że próbujesz zwalczyć cechę którą producent wprowadził celowo - sygnalizację spalonej żarówki, czy ktoś zmusza cie do zbudowania układu z podzespołem który stworzono tak, aby nie nadawał się do twojego zastosowania?

    Jeśli będziesz miał dostępne +12V i wytworzysz z niego -12V i z tego napięcia zasilisz klucz sterujący bramkę to zadziała, ale obchodzisz problem którego w ogóle nie powinno być, gdybyś prawidłowo dobrał podzespoły.

    A z czego zasilasz procesor jeśli nie masz napięcia +12V?
  • Poziom 16  
    Hmm, właśnie nie jestem pewien, czy to sygnalizacja spalonej żarówki. Bardziej mi to wygląda na obwód jakiegoś komparatora i ładowanie/rozładowanie obwodu RC dla wytworzenia stanu "0" i "1".

    Odpowiedź na pierwsze pytanie - w sumie tak ;) Chodzi o to, aby nie ingerować w pozostały, istniejący już układ. Może to bez sensu, ale tak jest :)

    Procesor i całe jego zasilanie jest z rodzaju nanomocowych i zasila się, gdy jest dostępne 12V na wyjściu przerywacza. Ta część działa pięknie :) Problem jest natomiast z wysterowaniem klucza jak dotąd opisywałem.

    Za niedługą chwilę będę miał możliwość zerknąć wnikliwiej na ten przerywacz i sprawdzić coś więcej...

    Dodano po 1 [godziny] 1 [minuty]:

    Ok, we're in.. ;)
    W środku siedzi U2043B w SO8:
    http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/Temic/mXyzutry.pdf

    P-MOSFET jako klucz prostokąta (na wejściu) za przerywaczem

    Na dzień dobry styki są rozwarte i pomiędzy 49 (zasilanie) i 49a (wyjście) jest 6,68kOm.
    Patrząc na schemat:
    - R3(shunt) 30mOm się zgadza
    - R1 (pin 1) pomiędz GND i IC Ground jest 270 nie 100
    - R2 (pin 8) 3k3 się zgadza
    - R1 (pin 4,5) jest 47k
    - Rx (pin 7) w datasheet jest bezpośrednio, w rzeczywistości jest 10k
    - C1 (pin 4) jest 10uF
    - między 49a i 31 jest jeszcze jakiś element, który ciężko zobaczyć, bo jest wlutowany pod przekaźnikiem. Omomierz twierdzi, że ma to to 18,7k i myślałem, że jakiś MOV. Wygląda jak ceramik, i z kolei inny mój miernik twierdzi, że to 10nF :) Obok jest trudno widoczny opis 103, co by mogło potwierdzać sprawę.

    W związku z tym wycofuję się z tego, że w innym przerywaczu, innego producenta będzie co innego. Jak robią do tego dedykowane IC, to nikt raczej nie będzie utrudniał sobie życia :)


    Moje zmierzone 6,68kOm to połączenie 3k3 (R2 pin 8) i wewnętrznego 3k8 (Rint do pinu 6).
    Gdy styk mam rozwarty, to dolny komparator bada dzielnik 3k8(Rint)-3k3(R2) i jak widać na schemacie próg wynosi V6-5V.
    Jeżeli jestem poza tym progiem, to generator nie startuje - pin 8 jest opisany jako SI Start input.

    Czyli miałem rację, że nie chodzi o kontrolę żarówek. Jest ona obecna (pin 7 - LD Lamp failure detection), ale działa w stanie "1", a nie "0". Choć pomyliłem się, że chodzi o RC. Jest RC, ale połączone w niezależny sposób.
    U mnie po prostu IC stwierdza, że zniknął mu sygnał startu.

    Dodano po 2 [godziny] 5 [minuty]:

    Cud malinka - działa! :D Zrobiłem tak jak pisałem na samym początku - wykorzystałem R4 do przejęcia funkcji "nadal tu jestem" gdy MOSFET się przytyka :)


    A takie pytanie z innej beczki - czy jest sens dublować wewnętrzną diodę MOSFETa jakąś równolegle podłączoną diodą zewnętrzną? Wydaje mi się, że nie, ale widziałem taki wynalazek kiedyś i nie wiem, czy ktoś się pomylił i widząc symbol z diodą (bo są też symbole bez) postanowił ją wstawić? ;) Czy może ma to jakiś sens, którego jeszcze nie znam?