Драйвер для p-chanel hexfet, Покритикуйте схему, пожалуйста Опции

[mempfis_]

Всем добрый день.
Необходимо сделать схему управления p-канальным полевым транзистором от логического уровня 3.3 вольта. Схема рассчитана на управление светодиодами с напряжением питания от 12 до 24х вольт (в идеале хорошо если будет работать от 6 вольт) и током потребления 2-3 ампера. Для управления яркостью планируется ШИМ (частота пока не известна, но вероятно не менее 100 Гц). Напряжение питания будет стабилизированное от импульсного источника питания необходимой мощности.

Я набросал схему драйвера. Есть одна особенность - цепь R5-R4-VT3-R3 исключить нельзя т.к. она физически будет располагаться на другой плате и не может быть изменена.
Поэтому вопрос по поводу критики схемы относится к компонентам R1-R2-VT2. Достаточно-ли такой цепочки? Или необходимо ещё чего добавить?
возможно существуют другие схемные решения.

HEXFET пока не выбран. Возможно IRF4905, но возможен выбор и другого транзистора с током 10-20 ампер.


Заранее спасибо за советы и рекомендации как по схеме, так и по выбору силового транзистора.

[Plain]

Во-первых, обычно светодиодам абсолютно всё равно, какой из их выводов коммутируют, а во-вторых, поскольку эти компоненты питаются током, который в этой схеме практически ничем не ограничен, жить им в общем случае пару секунд.

[mempfis_]

Во-первых, обычно светодиодам абсолютно всё равно, какой из их выводов коммутируют, а во-вторых, поскольку эти компоненты питаются током, который в этой схеме практически ничем не ограничен, жить им в общем случае пару секунд.

Наверное надо было уточнить - нагрузка будет представлять из себя светодиодные сборки с напряжением питания от 12 до 24х вольт и током потребления 2-3 ампера на одну сборку. Там не будет какой-либо одиночный светодиод без токоограничевающего резистора. Это я условно нарисовал.
Вопрос в том - корректно ли построен каскад на n-p-n транзисторе, управляющим напряжением на затворе транзистора?

Я применял подобную схему для H-моста, но то было для себя и массово не используется. Мне нужно быть уверенным что подобная схема может быть применена в серийном устройстве.

[Herz]

Вопрос в том - корректно ли построен каскад на n-p-n транзисторе, управляющим напряжением на затворе транзистора?

Думаю, что нет. Наводящий вопрос: каково максимальное напряжение затвора у выбранного MOSFETа?

[Orthodox]

...Наводящий вопрос: каково максимальное напряжение затвора у выбранного MOSFETа?

А что,существуют хоть какие-то MOSFET с допустимым напряжением затвора более 20 V ? Без шуток - периодически возникает необходимость приведения схем к виду,исключающему появление более 20 V на затворе MOSFET. Более того,стараюсь чтобы больше 15 V не было...

Да и зачем - максимум 12 V (а то и 10 V) уже "хорошо включает" MOSFET

[Plain]

корректно ли построен каскад на n-p-n транзисторе, управляющим напряжением на затворе транзистора?

Сам каскад корректно, а управление им затвором — нет.

И Вы по неизвестной причине проигнорировали замечание относительно коммутации.

схема может быть применена в серийном устройстве

Если планируется ускоренное банкротство.

[Herz]

А что,существуют хоть какие-то MOSFET с допустимым напряжением затвора более 20 V ? Без шуток - периодически возникает необходимость приведения схем к виду,исключающему появление более 20 V на затворе MOSFET. Более того,стараюсь чтобы больше 15 V не было...

Да и зачем - максимум 12 V (а то и 10 V) уже "хорошо включает" MOSFET

Кажется, когда-то видел, но утверждать не стану. В любом случае, двенадцатью вольтами ограничить - вполне достаточно. Ели ещё и не "logic level"...

[mempfis_]

Думаю, что нет. Наводящий вопрос: каково максимальное напряжение затвора у выбранного MOSFETа?

Намёк понятен. Vgs = +-20 вольт. Gate Threshlod Voltage у него -4 вольта. Выходит если я вместо R1 поставлю делитель скажем 1:1, то при открытом транзисторе получу на затворе -12 вольт при питании 24 вольта. При 12 вольтах соответственно -6 вольт. Думаете будет достаточно простого делителя? Или стоит соорудить что-либо на основе стабилитрона, чтобы при любом напряжении питания получать на затворе фиксированное напряжение?

[Herz]

Намёк понятен. Vgs = +-20 вольт. Gate Threshlod Voltage у него -4 вольта. Выходит если я вместо R1 поставлю делитель скажем 1:1, то при открытом транзисторе получу на затворе -12 вольт при питании 24 вольта. При 12 вольтах соответственно -6 вольт. Думаете будет достаточно простого делителя? Или стоит соорудить что-либо на основе стабилитрона, чтобы при любом напряжении питания получать на затворе фиксированное напряжение?

Раньше ответьте на вопрос: Вам действительно нужен р-канальный транзистор? Зачем?

[mempfis_]

Раньше ответьте на вопрос: Вам действительно нужен р-канальный транзистор? Зачем?

Если не сложно подскажите на словах схему для управления n-канальным транзистором. Каскад на транзисторе VT3 питается от 3.3 вольта. Даже если я цепь коллектора напрямую присоединю к затвору полевого транзистора, то не получу на нём более 3,3 вольт. Если использовать IRFZ44, то этого будет мало. У него пороговое напряжение от 2х до 4х вольт. И вообще я сомневаюсь корректно ли подключать коллектор VT3 напрямую к затвору полевика. Поэтому я и нарисовал схему с дополнительным n-p-n транзистором и p-канальным полевиком.


Я старался нарисовать схему, пригодную для любого p-канального транзистора (ну и плюс у меня есть десяток бесхозных IRF4905 для тренировок). В то же время я знаю что существуют n-канальные транзисторы с пороговыми напряжениями ~1 вольта. Возможно стоит поискать такие n-канальные транзисторы и упростить схему. но тогда придётся коллектор VT3 подключать напрямую к затвору полевика, что, как я писал выше, меня смущает.

[Herz]

Не пойму, почему это Вас смущает. Вполне легко найти транзисторы с "логическим" управлением на нужный Вам коммутируемый ток. Тогда 3.3В хватит.
Если же использовать стандартные, типа того же IRFZ44, то смело подключайте его затвор к коллектору VT3, но поставьте параллельно стабилитрон вольт на 15. А коллекторный резистор - к питанию, разумеется. Каскад на VT3 вообще ни к чему.
Да и биполярным ключом в Вашем случае вполне можно обойтись, если немного пожертвовать КПД.

[mempfis_]

Не пойму, почему это Вас смущает. Вполне легко найти транзисторы с "логическим" управлением на нужный Вам коммутируемый ток. Тогда 3.3В хватит.

Вся цепь связанная с VT3 физически расположена на другой плате и имеет напряжение питания 3,3 вольта. Исключить из схемы эту цепь я также не могу. Поэтому напрямую IRFZ44 подключить не могу. Поэтому у меня 2 варианта - 1й это p-канальный транзистор, 2й - n-канальный но с логическим уровнем управления.
Я взялся за первый вариант из-за наличия у меня p-канальных обычных мосфетов. Но уже подумываю о переходе на n-канальный с логическим уровнем управления.
Думаю если резистор в цепи коллектора заменить на 390 ом и подключить его к затвору, а сам затвор подтянуть к земле с пом. резистора 720 Ом, то я смогу получить на затворе ~2 вольт управляющего напряжения.
Вобщем пошёл искать n-канальные полевики с логическим уровнем управления. Вопрос в том есть ли в природе мосфеты, схожие по параметрам IRFZ44 но с логическим уровнем управления.

[Herz]

Вобщем пошёл искать n-канальные полевики с логическим уровнем управления. Вопрос в том есть ли в природе мосфеты, схожие по параметрам IRFZ44 но с логическим уровнем управления.

Полно, но есть и третий вариант. Каскад на VT2, управляющий обычным n-канальным полевиком вроде IRFZ44. Со стабилитроном, как я Вам объяснил.

[Plain]

Управление любым PMOS — с коллектора VT3 резистор на токовое зеркало (сборка BC847S, BC847BS, BC847DS и т.п., или пара отдельных NPN), далее отражённый ток на затвор. Параллельно затвору стабилитрон и резистор.

Управление любым NMOS — то же самое, за исключением первый ток отразить вторым зеркалом (сборка BC857S, BC857BS, BC857DS и т.п., или пара отдельных PNP) и на затвор. Параллельно затвору стабилитрон и резистор.

[mempfis_]

Полно, но есть и третий вариант. Каскад на VT2, управляющий обычным n-канальным полевиком вроде IRFZ44. Со стабилитроном, как я Вам объяснил.

Если я всё правильно понял, то Вы предлагаете оставить VT2, R1, R2. Но при этом заменить полевик на n-канальный и добавить стабилитрон между затвором и землёй?
Получается для закрытия полевика нужно отпереть транзистор VT2. Выходит при отсутствии управляющего сигнала транзистор VT2 закрыт и ток течёт через R1, R2, стабилитрон. При этом мы получаем открытый полевик и потребление тока нагрузкой. Как по мне это не совсем удачный вариант схемотехнического решения. При отсутствии управляющего сигнала нагрузка не должна потреблять ток ни при каких условиях. Поэтому я изначально рисовал схему с p-канальным транзистором.
А вот если R3 заменить на 2 резистора и применить n-канальный полевик с логическим уровнем на затворе, то при отсутствии управляющего сигнала полевик будет закрыт за счёт подтяжки к нулю с помощью нижнего резистора делителя.
Или я в чёмто не прав?

Управление любым PMOS

Управление любым NMOS

Спасибо. Я посмотрю также и на такие варианты управления полевиками.

[Herz]

Резистору R2 Вы свободно можете сделать подтяжку с базы к питанию. Тогда при отсутствии управляющего сигнала он будет открыт.

[mempfis_]

Вобщем просмотрел я элементную базу, доступную на сегодня и нашёл другой полевик IRLR024, который подходит мне по всем параметрам.
VDSS = 55V
RDS(on) = 0.065
ID = 17A
Vgs(th) = 1-2 V
Что скажете о схеме управления?
Лично я не вижу каких-либо недостатков.

P.S. Напоминаю что светодиод на схеме это не единичный светодиод - это светодиодная сборка с фиксированным током потребления и напряжение питания!!!

[ДЕЙЛ]

Что скажете о схеме управления?
Лично я не вижу каких-либо недостатков.

В цепь затвора нужно поставить резистор 20-30 Ом для ограничения тока заряда-разряда ёмкости затвора и для устранения теоретической возможности появления "звона" фронтов. Погугли "резистор в цепи затвора". Сам когда-то столкнулся с непонятной причиной вылета транзисторов в схеме ШИМ-управления двигателем, хотя допустимые пределы по току и напряжению не превышал, но у меня не было ограничительных резисторов затвора. После их установки ни один транзистор не вылетел. Случай в моей практике единичный, поэтому на правило не претендует. Возможно, просто совпадение. В любом случае на разведённой плате вместо резистора всегда можно легко поставить перемычку.

Сообщение отредактировал ДЕЙЛ - Jul 17 2014, 08:37

[mempfis_]

В цепь затвора нужно поставить резистор 20-30 Ом для ограничения тока заряда-разряда ёмкости затвора и для устранения теоретической возможности появления "звона" фронтов.

Спасибо. Поставлю резистор.

[Herz]

RDS(on) = 0.065

Что скажете о схеме управления?
Лично я не вижу каких-либо недостатков.

Только обратите внимание, что в таблице RDS(on) нормировано для напряжений на затворе 5В и 4В и составляет (максимально) уже 0.1 и 0.14 Ом соответственно.
При Ваших 3 Вольтах получите ещё побольше, а с ростом температуры - ещё. Так что проверьте на макетке нагрев с максимальной нагрузкой, а то, например, экономия места под радиатор может быть неоправданной. Наверное, стоило поискать более низковольтный вариант с меньшим сопротивлением. Такой, например. Их там два в корпусе, можно соединить параллельно и получить очень низкое сопротивление. 30 Вольт ведь Вам хватит?
Да, и резистор подтяжки затвора к "земле" можно увеличить, если быстрого ШИМа не планируете.

[mempfis_]

Я рассматривал и сборки, но меня смущает корпус soic + 2-3 ампера потенциально потребляемого тока. Поэтому я остановился на дискретных транзисторах.
Я увеличу сопротивление резистора чтобы напряжение на затворе приближалось к 3,3 вольта.
Я проверю опытным путём как сильно они будут греться (по моим расчётам будет выделяться ~2 ватт при сопротивлении канала 0.2 ома и токе 3 ампера). При необходимости на корпус наклею небольшой радиатор.

Всем спасибо за участие. Займусь разводкой печатной платы.

[Plain]

Я рассматривал
Я увеличу
Я проверю опытным путём
При необходимости на корпус наклею небольшой радиатор

Потрясающая рабостоспособность. И необъяснимая избирательность, потому что все вышеперечисленные пункты отменяет один этот, в виде лежащих в РКС сборок по 0,7 грн:

посмотрю также и на такие варианты управления полевиками

[Herz]

Всем спасибо за участие. Займусь разводкой печатной платы.

Хозяин - барин...