Vraagjes m.b.t. aansturen N-channel Mosfets

[alexandersamson]

Ik had mijn vraag al gepost in de kroeg, omdat ik dacht dat het een klein simpel vraagje was, maar zoals ik al dacht werd de vraag snel ondergesneeuwd door andere, wellicht interessantere onderwerpen, passende bij de kroeg. Dus vandaar even een eigen topic met betrekking tot een schakeling:


Ik heb een vraagje met betrekking tot de volgende schakeling die ik aan het maken ben voor een project:


Wat zien we hier?
De bedoeling van deze schakeling is als volgt:
Een accu van zo'n 7,4-8,4 volt wordt aangesloten op de 8V en 'Ground Battery' lijn.
Met een bypass switch (Bypass SW - SW) wordt een voltregulator van 8V voorzien en deze geeft dan 3.3V output. Het idee hierachter was vanwege het feit dat de microcontroller, welke ook op die lijn opereert, op 3.3 volt werkt.
Als de PWR ON FET opengestuurd wordt, wordt de normale ground (GND symbooltje) actief voor de BUCK/BOOST converter (rechts) en wordt de hele schakeling actief. (zit nog een enorm gedeelte aan de 5V lijn, niet in beeld)
Een Microcontroller controleert of alles goed werkt en of de accu wel vol genoeg zit (6,4V of meer) en gooit dan pin 'uC Bypass Pin' hoog (+3.3V).
SW van Bypass SW kan dan worden losgelaten en het systeem zou zichzelf in stand moeten houden, totdat uC Bypass Pin 'laag' wordt geschreven.

De vragen:
Ik zit nu met de brandende vragen in hoeverre de 3.3V output van de Voltregulator en de uC-Bypas pin, welke eigenlijk direct met elkaar zijn verbonden, elkaar kunnen gaan bijten? Gaat dit oscilleren als de SW ingedrukt blijft, maar de uC 'laag' blijft sturen naar die pin? Of blaas ik mogelijk zelfs mijn microcontroller pin op?

Extra toelichting
De reden waarom ik low-side schakel is kostenoverweging en lagere Rds on waarden, mocht het van informatieve waarde zijn. Het komt in een kleine behuizing, waarbij de EXT FET, welke in serie staat met de PWR ON FET. (extra veiligheid, deze mag namelijk NOOIT schakelen als PWR ON niet open staat)
Beide fets moeten dus een lage Rds on hebben en schakelen met 3.3v, om maar zo weinig mogelijk te dissiperen, vandaar.

Ik kreeg de volgende 2 antwoorden:

RobV schreef op vrijdag 03 oktober 2014 @ 08:34:
Mijn amateur in me zegt als je nang bent voor feedback dan moet er een diode tussen.

Infant schreef op vrijdag 03 oktober 2014 @ 09:32:
Maar als je een diode toevoegt, kan hij het uC-bypass punt niet echt lekker meer omlaag trekken...

Die Nfets die in serie staan... de accu zit permanent aan de battery ground en 8V vast, dus die external 2A connector staat permanent aan, met 2 diodes er tussen... moet dat een input of een output voorstellen?

Maar na mijn reactie daarop werd het even stil:

alexandersamson schreef op vrijdag 03 oktober 2014 @ 09:38:
@RobV
Daar zat ik ook aan te denken, 2 diodes met de cathodes aan elkaar op het kruispunt tussen de regulator, de uC pin en de Gate van die PWR ON mosfet, alleen betwijfel ik of die Mosfet wel lekker opengaat met de spanningsval.
De mosfets waar mijn oog op vielen zijn de IRLR6225PBF ( Datasheet )

@Infant
External is een header waaraan een belasting gehangen kan worden die max 2A mag vragen.
EXT FET moet de schakelaar voorstellen van die header.
Accu zit idd aan de 8V en de Battery Ground. Aan de normal ground wordt deze Battery Ground pas gekoppeld als de PWR ON FET open staat. Ik kan niet zo snel zien dat daarmee external 2A permanent aan gaat staan, volgens mij sperren die interne diodes in die richting. c.m.i.i.w.

De vraag blijft nog steeds bestaan of deze schakeling wel deugt eigenlijk in zijn hoedanigheid, want als, zoals Infant zegt, de External altijd aan staat, is dat niet de bedoeling en maak ik een denkfout in deze schakeling.

[Sissors]

Als ik het goed begrijp heeft die bypass SW twee inputs? Een mechanische en vanaf de microcontroller? Die hem allebei aan kunnen zetten?

[alexandersamson]

Ja dat klopt. De PWR ON FET gate heeft 2 inputs, De mechanische is een terugverend maakcontactje (veert altijd terug naar 'open') en zit in de Bypass SW. Deze zit in een behuizing waarin ook een Ledje zit, vandaar dat deze ook 4 aansluitingen heeft.
De microcontroller heeft een 3.3v hoog of 0v laag als output. Deze wordt geschreven waar het label 'uC-Bypass Pin' bij staat

[ Voor 43% gewijzigd door alexandersamson op 04-10-2014 18:16 ]

[Sissors]

Ja die begrijp ik, maar als de mechanische switch open is, hoe wordt dan de 3.3V spanning gemaakt door de LDO? Waar haalt die dan zijn input vandaan?

Of zit de uC op heel ander spanningsdomein dan die LDO?

[ Voor 16% gewijzigd door Sissors op 04-10-2014 18:17 ]

[alexandersamson]

De bedoeling is dat die Bypass SW (mechanisch) de 8V direct uit de accu doorgeeft aan de LDO, deze maakt er 3.3V van en voedt de daarmee de LED (door 100 Ohm en 220 Ohm weerstanden in serie) en zet en 3.3v spanning over de gate van de PWR ON mosfet.
Die gaat dan geleiden en verbind de Battery Ground met de systeemground (Normaal GND logotje), zodat de Buck/Boost converter zal moeten gaan werken. Deze geeft dan 5V af, welke wordt gevoedt aan de microcontroller. Ook is dezelfde systeemground van de LED dan goed doorverbonden en zou moeten branden. De LED brandt dus pas als als de PWR ON mosfet open is en de knop is ingedrukt of als de uC-Bypass Pin hoog staat. De microcontroller gaat dan aan en checkt of alles goed is aangesloten (combinatie van analoge en digitale pins, buiten dit circuit) en als dat allemaal ok is, wordt de 'uC-Bypass pin' hoog (3.3V) geschreven. Op dat moment zou de Bypass SW losgelaten moeten kunnen worden en blijft het systeem in stand, omdat de uC de PWR ON fet openhoudt.
Dit zou de werking moeten zijn en naar mijn idee is dat ook zo, maar ik kan natuurlijk ergens helemaal overheen kijken, vandaar dat ik het even post

[ Voor 14% gewijzigd door alexandersamson op 04-10-2014 18:36 ]

[Sissors]

Als ik het goed begrijp, dan als je de knop indrukt komt er 3.3V uit de LDO. Laten we zeggen dat de PWR_ON_FET uit staat, dan maakt hij 3.3V gate-source spanning voor die FET, en schakelt hij aan. Dat zal hij iig even blijven totdat je microcontroller is opgestart (die zal met pull-up of high-Z opstarten).

Als dan je microcontroller hem uit wil schakelen dan sluit hij effectief de uc-bypass pin aan de rechter ground kort. (Beetje afhankelijk hoeveel stroom hij kan sinken). Je PWR_ON_FET komt dan in een halfslachtig gebied te staan. Is dit voldoende om je microcontroller te laten lopen dan blijft dit zo totdat je de knop loslaat. Is dit niet voldoende dan zal de microcontroller zichzelf resetten (brownout detectie kan ook), en wordt de uc-bypass pin weer hoog impedant. Vervolgens begint de handel weer opnieuw. Hoe erg dat zou zijn is een tweede.

Waar ik me trouwens meer zorgen over zou maken ook is je spanningsregulator: Als je je switch loslaat heeft hij geen power. Ervanuitgaande dat hij een diode intern tussen input en output heeft zitten, zal er wel wat spanning op komen te staan, en wordt hij effectief gevoed vanuit de uC-bypass pin. Dit zorgt voor spanningsdrop, en de resulterende spanningsval zorgt er iig voor dat je fet niet goed aan gaat.

Ik zou R39 door een diode vervangen. Mogelijk R35 ook.

[ Voor 21% gewijzigd door Sissors op 04-10-2014 18:33 ]

[alexandersamson]

Die weerstanden echt vervangen of er extra diodes tussen zetten? ik had begrepen dat een 100 Ohm weerstand tussen de gate en de gatespanning altijd wel wenselijk was.

Ik had nog even goed naar de datasheet gekeken en kwam tot de conclusie dat die fets bij ongeveer 2.1 Volt goed opengaan en een Rds dan van 0,06 Ohm heeft, dus ik denk dat ik dan wel die spanningsval van die diodes kan afvangen. Ik ga in iedergeval een paar passende diodes zoeken om er tussen te zetten :-)

Nu nog hetgeen dat Infant beweerde, dat "External 2A Max" permanent 'aan' zou zijn, dat is naar mijn idee in deze schakeling niet waar, klopt dit, of kijk ik echt ergens gruwelijk overheen?

[Infant]

Ik liet achter die opmerking ook de vraag vallen of dan een input of output moest voorstellen. Als het een output moet voorstellen, gaat het prima zo en staat hij niet permanent aan.

Maar stel dat je 10V, of gewoon meer dan de accuspanning op die pin aanbied, dan kan er wel stroom de accu in gaan lopen ongeacht of je FET's aan of uit staan.

[alexandersamson]

Ah vandaar nu snap ik 'm, dan zal ik er een blocking schottky tussen zetten aan de high side van die connector, dan blocked hij elke vorm van spanning op die connector als input :-)

[alexandersamson]

Ik heb nu:



Mij lijkt het dat dit werkt, met als bijkomstigheid dat de LED pas gaat branden als de microcontroller de uC-Bypass Pin hoog schrijft. Weet ik ook gelijk wanneer de knop losgelaten kan worden :-)
Ook een extra blocking schottky geplaatst aan de high side van de external 2A max connector.