Powerdriver

Zum leichten ein und ausschalten von Bauteilen nutzte ich inzwischen sehr gern P-Kanal Mosfets (Wiki: MOSFET).
Diese sind ja als Selbstleitende und Selbstsperrende Version Herstellbar, wobei ich bei meiner Suche fast nur Selbstsperrende gefunden hab. Daher bezieht sich meine Schaltung auch auf die leicht verfügbaren P-Kanal MOSFETs Typ: Selbstsperrend.

Das Schöne an MOSFETs ist es, das fast nur mit Spannungspegeln geschaltet wird (der Leckstrom liegt im µA Bereich und ist kaum weiter zu beachten). Daher muss man sich nicht wie beim Bipolaren Transistor um eine Begrenzung des Basistroms kümmern. Außerdem sind (je nach Typ) die Innenwiderstände so klein, dass trotz geringer Baugröße einige Ampere fließen können.

#Enable (Switch ON)

Hier die am häufigsten verwendete Schaltung. Durch die geringe Bauform, lässt sich so ein Powerswitch leicht irgendwo im Gehäuse platzieren.
Im Bild sind 2 Auszüge aus Datenblättern für P-Mosfets.
Es gibt vor allem 2 Werte die beim Schalten berücksichtigt werden müssen:

• VDS (Voltage Drain Source)
  Gibt an, wie hoch die maximale Spannung zwischen den Pin Drain und Source sein darf. Es entspricht quasi der maximal zu schaltenden Spannung.
• ID (Current Drain)
  Gibt an, wie viel Strom (bei welcher Gate-Source Spannung) fließen darf. Der Einschaltwiderstand (RDS on) bestimmt letztendlich wie viel Spannung am Transistor selbst anfällt und je nach Drainstrom bedeutet es Erwärmung des Transistors.

Eigentlich braucht man beide Grenzen nur möglichst weit unterschreiten. Je weiter man drunter liegt, desto sicherer ist das Ganze. Sollte der erlaubte Drainstrom zu klein sein, kann man auch 2 Transistoren parallel betreiben. Als Schalter ist es kein Problem.

Hier eine Schaltungssimulation mit LTspice IV. Es soll grob die Arbeitsweise zeigen.

Anfangs ist die Ausgangsspannung Power_Out unter 0.1V. Durch den Widerstand R1 ist die Gate-Source Strecke ohne Spannung und der Transistor sperrt entsprechend.
Wenn nun der Optokoppler ein Eingangsstrom auf der Photodiode bekommt, wird das daraus resultierende Licht den Phototransistor auf der Gegenseite leitender machen. Mit dem Diodenstrom im Optokoppler entscheidet man darüber, wie stark gegen den Widerstand R1 gearbeitet wird und wie weit der Transistor dann durchschaltet.
Allerdings in Abhängigkeit von der Eingangsspannung Power-In. Sie gibt an, wie hoch die VGS Spannung werden kann, daher Funktioniert der Powerdriver nur in einem gewissen Spannungsbereich.

• Ist der Widerstand R1 zu klein, dann muss man zu stark gegen ihn arbeiten und es entsteht unnötiger Verlust in Form von Wärme.
• Ist er zu hoch, fällt die VGS Spannung nicht schnell oder weit genug ab und das Ausschalten macht Probleme.

Mit dem eingesetzten R1 von 33Kohm hat man im Einschaltzustand einen Verluststrom druch R1 von 0.3 mA, bei rund 10V Power-In.
Der Widerstand R2 ist mit rund 120 Ohm auf 3.3V ausgelegt. Der Diodenstrom sollte (nach meinen Versuchen) zwischen 6 mA und 18 mA liegen, je nachdem wie weit man durchschalten will/muss. Laut Datenblatt muss er unter 50 mA liegen (beim LTV816).

Die Schaltung ist nur eine Demonstration. Die Bauteile sind (außer den 2 Widerständen) nicht richtig, weshalb die Schaltungssimulation nicht so ernst genommen werden sollte. Aber das Grundprinzip sieht man hier recht gut.

#Disable (Switch Off)

Während das Beispiel oben bei einem Signal an Enable die Spannung an Power_Out eingeschaltet hat, folgt nun eine Schaltung, die mit einem Signal an Disable die vorher vorhandene Spannung abschaltet.

Die Schaltung ist also eher dafür da, etwas abzuschalten, was normalerweise eingeschaltet ist.

Die Bauteile sind dieselben wie oben, nur R1 und der Optokoppler haben gewissermaßen die Plätze getauscht.

(die 2te Schaltung rechts ist übrigens nur für die Simulation, damit die Software auch weiß, an welchem Signal welche Spannungen ankommen sollen)

Zuletzt geändert am: Feb 07 2014 um 1:37 PM