P-Kannal MOSFET mit Optokoppler ansteuern

Hallo,

ich möchte mit einem 5VDC Signal einen galvanisch getrennten 24VDC Verbraucher steuern.

Mein meine Überlegungen hierfür wäre ein Optokoppler für die galvanische Trennung und ein P-Kanal MOSFET um die “+24V” schalten zu können.

Ich habe folgende Schaltung als Grundlage verwendet:

Meine Schaltung befindet sich im Anhang…

Da ich nicht so der Elektronik Profi bin, stelle ich mir die Farge ob diese Schaltung so mit diesen Ausgewählten Bauteilen Funktioniert. (Datenblätter sind im Anhang)

Oder gibt es eine bessere bzw. sauberere Lösung für mein Problem?

pc847.pdf (87.5 KB)

BSP613P.pdf (406 KB)

Die Schaltung funktioniert so, den Widerstand R1 kannst du beruhigt auf 100 k hochsetzen.

Ob der Strom des BSP613P ausreichend ist, musst du entscheiden.

Danke für deine rasche Antwort, ja der Strom Reicht aus, mein einiges bedenken bei den Parametern war VGS da diese Spannung mit ± 20V im Datenblatt angegeben ist und dies ja in meinem Fall bei geschateten Optokoppler 24V beträgt.

Soll ich beim Schalten von induktiven Lasten wie z.B. Relays zusätzlich zur im MOSFET integrierten Freilaufdiode extern eine parallel schalten?

warum der ganze Aufwand, nimm doch einfach nur einen N-Kanal Fet.

BernhardA:
Danke für deine rasche Antwort, ja der Strom Reicht aus, mein einiges bedenken bei den Parametern war VGS da diese Spannung mit ± 20V im Datenblatt angegeben ist und dies ja in meinem Fall bei geschateten Optokoppler 24V beträgt.

Soll ich beim Schalten von induktiven Lasten wie z.B. Relays zusätzlich zur im MOSFET integrierten Freilaufdiode extern eine parallel schalten?

Ups…sorry, da habe ich jetzt nicht drauf geachtet. Aber das ist die Spannung, bei der er Leitfähig wird.

Und eine Freilaufdiode benötigst du. Die im Mosfet ist nur eine Schutzdiode, keine Freilaufdiode.

ardubu: warum der ganze Aufwand, nimm doch einfach nur einen N-Kanal Fet.

Und was sparst du dann?

Und was sparst du dann?

die Ansteuerung fur den P-Kanal Fet, man braucht nur zwei Widerstände.

ardubu: die Ansteuerung fur den P-Kanal Fet, man braucht nur zwei Widerstände.

Sorry, aber du hast nicht gesehen, dass hier ein Optokoppler gebraucht wird. Dadurch spart man nichts.

Ups...sorry, da habe ich jetzt nicht drauf geachtet. Aber das ist die Spannung, bei der er Leitfähig wird.

dann funktioniert es so eh oda?

Und eine Freilaufdiode benötigst du. Die im Mosfet ist nur eine Schutzdiode, keine Freilaufdiode.

Auf was muss ich bei der Dimensionierung achten, möchte eine SMD Diode verwenden.

ardubu: warum der ganze Aufwand, nimm doch einfach nur einen N-Kanal Fet.

Mit einem N-Kanal MSOFET kann man ja den Verbraucher nur gegen Masse schalten, ich möchte jedoch positive Seite vom Verbraucher schalten

BernhardA: dann funktioniert es so eh oda?

Ja, wobei ich mich über hohe Spannung wundere, untypisch. Alle mir bekannten P-Typen liegen deutlich drunter.

Auf was muss ich bei der Dimensionierung achten, möchte eine SMD Diode verwenden.

Zur Sicherheit sollte die Diode den doppelten Strom abkönnen, den der Verbraucher benötigt.

BernhardA: Mit einem N-Kanal MSOFET kann man ja den Verbraucher nur gegen Masse schalten, ich möchte jedoch positive Seite vom Verbraucher schalten

Ja, und der Aufwand wird bedingt durch den Optokoppler nicht geringer.

Hallo,

"tausende Schaltpläne" und wir sollen wissen was denn nun wirklich los ist. Das geht doch nun wirklich nicht. Zeige uns den Schaltplan direkt den du aufbauen möchtest. Also mit Optokoppler usw. und mit den Widerstandswerten. Denn der 100k als Vorwiderstand wäre für die Optokoppler LED nicht mehr passend. Also sei so gut und mach es nochmal richtig für uns.

Wegen den +/- 20V Vgs. Das ist der maximale Potentialunterschied was du an das Gate anlegen darfst bezogen auf das Source Potential. Da du nur Masse und max. 12V hast, liegt das alles im grünen Bereich.

Was nicht geht ist, weil Vds max. -60V haben darf bei dem P-Mosfet, wenn du +60V an Source anlegst und dann Gate direkt auf Masse ziehen würdest. Dann wären der Mosfet kaputt.

Die Freilaufdiode parallel zur Last, [u]nicht[/u] zum Mosfet!

100 k sind für den R1 bestimmt, nicht für die Led des Optokopplers. R1 ist am Gate und Betriebsspannung.

Habe hier nochmal den aktuellen Schatplan

GPB3 ist das 5V Steuersignal von einem MCP23017.

Als Last werden Relays, kleine Schütze, Signallampen, Ventile… angeschlossen

pc847.pdf (87.5 KB)

BSP613P.pdf (406 KB)

SS32-SS36.pdf (87.6 KB)

Also ich würde R1 auf 15k runter gehen und zwischen GND 24V und Emitter des PC847 (15) einen 10K Widerstand legen. So stellen sich am Gate ca. 15V - Spannungsteiler aus 15K und 10K ein. Außerdem, auch wenn es möglich ist, bin ich kein großer Freund davon, Leistungsmosfets hochohmig anzusteuern. Die Gate Kapazität sollte schnell umgeladen werden und das Gate soll, wenn die Platine verdreckt, nicht wegdriften, oder als Radioantenne wirken... gibt schon seltsame Effekte mitunter. Ich hatte mal vor 20 Jahren Sensorschalter für die 12V Stromstoßrelais gebaut. Da wurde ein BUZ71 am Gate mit 1M vorgespannt. Die Sensortaste hatte dann ein paar Quadratzentimeter blankes Metall, Zuleitung keine 5 cm. Effekt war, das der FET eine Halbwelle aus der Luft angesteuert wurde und die andere schloss. Erst ein paar nF parallel zum Gate, um HF gegen Masse abzuleiten, brachten Besserung.

Hallo,

einmal den Browser falsch bedient … Text weg, ahrrrg :angry:

Die Schaltung ist an sich okay.
Aber!

Mit 24V Ub überschreitest du, wie scho erwähnt, die max. zulässigen 20V Vgs gegenüber Masse.
Hier würde eine 0,5W Z-Diode mit Zehnerspannung 6V … 14V genügen.
Zwischen Optokoppler Emitter (Pin 15) und Masse.
Mehr wie 15V Differenz am Gate benötigt man eh nicht. In der Regel 10V.
Dabei würde ich R1 auf Werte von 10k bis 20k belassen.
Erstens benötigt die Z-Diode etwas Strom um ihre Z-Spannung aufzubauen
und zweitens soll der Mosfet schnell sperren können.

Die Lastanzeige-LED bekommt auch nur 5mA. Für eine low current LED ist das i.O.
Für eine normale 20mA LED etwas dunkel würde ich sagen, gönne ihr 10mA. Aber mach wie dir beliebt.

Die Optokoppler LED bekommt nur 5mA. Etwas wenig. 10mA würde ich der schon gönnen.
Aber. Alle 16 MCP-Pins zusammen dürfen nur 150mA gegen Masse schalten.
Wieviel Pins werden zu gleich geschalten?
Bei 16, wären das 150mA / 16 = 9mA.
Wenn weniger wie 12 kannste R2 380 Ohm machen, ansonsten nochmal rechnen.
Oder du testest das erstmal mit 5mA und misst die Uce Spannung nach. Kleiner 0,5V sollte sie schon sein.

Die D1 Freilaufdiode muß keine Schottky sein. Ein normale Silizium reicht aus.
Mit Relais als Last wirst du keine hohen Schaltfrequenzen haben.
Welchen Strom sie Stand halten muß hängt vom Laststrom der Induktivität ab.
Wenns knapp wird nimm den nächsten Wert.
zum Bsp.
< 1A … 1N400x
< 3A … 1N540x

Edit:
@ nix frei, mit Spannungsteiler um Vgs zu begrenzen gehts natürlich auch. :slight_smile: Sogar einfacher finde ich.

nix_mehr_frei:
Also ich würde R1 auf 15k runter gehen und zwischen GND 24V und Emitter des PC847 (15) einen 10K Widerstand legen. So stellen sich am Gate ca. 15V - Spannungsteiler aus 15K und 10K ein. Außerdem, auch wenn es möglich ist, bin ich kein großer Freund davon, Leistungsmosfets hochohmig anzusteuern. Die Gate Kapazität sollte schnell umgeladen werden und das Gate soll, wenn die Platine verdreckt, nicht wegdriften, oder als Radioantenne wirken… gibt schon seltsame Effekte mitunter.
Ich hatte mal vor 20 Jahren Sensorschalter für die 12V Stromstoßrelais gebaut. Da wurde ein BUZ71 am Gate mit 1M vorgespannt. Die Sensortaste hatte dann ein paar Quadratzentimeter blankes Metall, Zuleitung keine 5 cm. Effekt war, das der FET eine Halbwelle aus der Luft angesteuert wurde und die andere schloss. Erst ein paar nF parallel zum Gate, um HF gegen Masse abzuleiten, brachten Besserung.

Ist ein interessanter Ansatz aber wie du ja selbst sagst ist es nicht die beste Lösung einen MOSFET hochohmig anzusteuern. Da die Platine auch für mehrere Jahre im Dauerbetrieb einwandfrei funktionieren soll.

Doc_Arduino:
Hallo,

einmal den Browser falsch bedient … Text weg, ahrrrg :angry:

Die Schaltung ist an sich okay.
Aber!

Mit 24V Ub überschreitest du, wie scho erwähnt, die max. zulässigen 20V Vgs gegenüber Masse.
Hier würde eine 0,5W Z-Diode mit Zehnerspannung 6V … 14V genügen.
Zwischen Optokoppler Emitter (Pin 15) und Masse.
Mehr wie 15V Differenz am Gate benötigt man eh nicht. In der Regel 10V.
Dabei würde ich R1 auf Werte von 10k bis 20k belassen.
Erstens benötigt die Z-Diode etwas Strom um ihre Z-Spannung aufzubauen
und zweitens soll der Mosfet schnell sperren können.

Und wenn ich einfach einen MOSFET mit einer höheren VGS nehme z.B. mit ±30V
würde ich dieses Problem umgehen und könnte die Schaltung die so wie oben verwenden oder?

Doc_Arduino:
Die Lastanzeige-LED bekommt auch nur 5mA. Für eine low current LED ist das i.O.
Für eine normale 20mA LED etwas dunkel würde ich sagen, gönne ihr 10mA. Aber mach wie dir beliebt.

ja das muss ich noch testen wenn ich die LEDs habe

Doc_Arduino:
Die Optokoppler LED bekommt nur 5mA. Etwas wenig. 10mA würde ich der schon gönnen.
Aber. Alle 16 MCP-Pins zusammen dürfen nur 150mA gegen Masse schalten.
Wieviel Pins werden zu gleich geschalten?
Bei 16, wären das 150mA / 16 = 9mA.
Wenn weniger wie 12 kannste R2 380 Ohm machen, ansonsten nochmal rechnen.
Oder du testest das erstmal mit 5mA und misst die Uce Spannung nach. Kleiner 0,5V sollte sie schon sein.

ich werde 560 Ohm für R2 verwenden da ich alle 16 Pins brauche dann komme ich auf einen Strom von
8,9mA

Hallo,

wenn du einen findest mit max. Vgs größer +/- 20V, kannste das gern machen. Mit Spannungsteiler oder Z-Diode ist aber eine gängige Methode. Deine 24V sind ja konstant.

Die IR-Diode des Optokopplers kannst du ruhig mit relativ geringem Strom ansteuern. Nach meiner Dimensionierung fließen ca. 1 mA durch den Transistor, wenn er durchsteuert. Lt. Datenblatt ist für d. OK folg. angeben: Current transfer ratio (CTR:MIN. 50% at IF = 5mA, V CE = 5V). Das bedeutet, das im schlechtesten Fall 2 mA durch die IR Diode reichen, um 1 mA zu steuern. Da man einen Transistor im Schallterbetrieb ruhig übersteuern soll, und du 9 mA zur Verfügung hast, langt das. Mit Faktor 5 ist man schon mehr, als auf der sicheren Seite. Auf Seite 2 d. DB ist noch eine Ranking Table, wo noch verschiedene Selektionen des OK erhältlich sind. Da gibt es auch Suffixe mit über 100% CTR. Gute OK kommen da schon mal auf 400% :D Das nur mal als Tipp, was man so aus einem Datenblatt rauslesen kann und wofür man das gebrauchen kann. Mit der Zeit bekommt man aber auch ein Gefühl dafür, was ein "Wald und Wiesenmodell" so bringt.