Strom schalten, Transistor, Fet oder was anderes? 3,7V - 2A (peak!) - Lipo

Habe hier ein SIM800-GSM-Modul liegen, das mit einem Arduino Pro Mini und einem 3,7 V-Lipo ganz gut läuft. Das GSM-Modul ist momentan mit dem Arduino an den Lipo angeschlossen. Da das Ganze längere Zeit über den Lipo versorgt werden soll ist allerdings der Verbrauch des GSM-Moduls von 20 mA im Leerlauf nicht optimal. Hier möchte ich die Versorgungsspannung einfach schalten.

Der Lipo hat 3,7 V und 1200 mA, das GSM-Modul ist direkt angeschlossen und braucht so 100 mA im Betrieb bis 2A peakts (laut Datenblatt).

Wie kann ich das am einfachsten über einen Arduino-Pin schalten? Wenn der "Schalter" aus ist soll der Schalter möglichst wenig Strom verbrauchen, da Arduino und GSM möglichst über Monate autark laufen sollen. GSM wird nur 1x am Tag benötigt.

Habe etwas von Transistoren gelesen, die brauchen aber auch Strom wenn sie "off" sind, oder? MOSFETs? oder andere FETs? Was kann man da nehmen?

Ein Transistor sperrt zwar komplett und wäre von daher geeignet, aber er hat eine Schwellspannung von ca. 0,7V (also von 3,7V bleiben nur 3,0V übrig, was bei deiner Anwendung ungeschickt wäre. Welche Alternativschaltung bzw FET besser geeignet wäre, kann ich dir leider nicht sagen.

Stromstoß relais / Bipolare relais verbrauchen sonst kein Strom, nur zum umschalten.

skorpi08:
Stromstoß relais / Bipolare relais verbrauchen sonst kein Strom, nur zum umschalten.

Ich vermute, Du meinst bistabile Relais :wink:

Hallo,

das funktioniert mit einem P-Channel Mosfet der dein GSM Modul in der (+) Leitung schaltet und einem NPN-Transistor oder besser auch Mosfet (N-Channel) der den P-Ch. schaltet perfekt. Ist praktisch ein High-Side Switch. Um die GSM Eingänge zu schützen wenn es aus ist, kannste 1k Ohm in die Leitungen bauen.

hi, doc,

ungeschaut geglaubt.

aber rein aus interesse (Du weißt ja, bin interessierter nicht-elektroniker): warum zwei mosfets? warum nicht nur mit einem N-channel-logic-level-mosfet?

gruß stefan

Hallo,

sonst würde man nur die Masse wegschalten. Was nicht so gut ist. Der GSM hängt dann an (+) und Masse seitig in der Luft. Finde ich nicht so dolle und bestimmt das Bauteil, Modul oder was auch immer auch nicht. Einen festen Massebezug sollte man haben. Sonst könnten auch nachfolgende/vorhergehende angeschlossene Bauteile nicht mehr das machen/schalten was sie sollen. Wenn plötzlich nur (+) vorhanden ist. Man weis nicht wie das GSM in dem Fall intern reagiert und was es dann intern wie nach außen schaltet. Bei (+) weg ist immer sicher aus.

Theseus:
Ein Transistor sperrt zwar komplett und wäre von daher geeignet, aber er hat eine Schwellspannung von ca. 0,7V (also von 3,7V bleiben nur 3,0V übrig, was bei deiner Anwendung ungeschickt wäre. Welche Alternativschaltung bzw FET besser geeignet wäre, kann ich dir leider nicht sagen.

Die 0,7V Schwellspannung sind bei einem NPN bzw PNP Transistor zwischen Basis und Emittor. Zwischen Emittor und Collektor ist bei Sättigung ( genügend Basisstrom sodaß der Collektorstrom nicht vom Basisstrom bestimmt wird sondern nur von der Last) des Transistors die UCEsat. Diese liegt grob gesagt je nach Transistor und Stom zwischen 0,2V und 3V.

Für diesen Zweck ist ein P-MOSFET Transistor der zwischen + Pol Batterie und Verbraucher geschaltet ist besser. In diesem Fall (Arduino läuft mit battreiespannug ist kein Ansteuerungstransistor für den P-MOSFET notwendig; allerdings muß der MOSFET ein Logic Level Modell sein (steuert mit 3V ganz durch).
Ein kleines Bistabiles Relais ist auch eine gute Lösung. Ein Modell mit getrennten Einschalt bzw Ausschaltspule ist von Vorteil.

Ein weiteres Problem ist daß Eingänge des GSM Moduls wahrscheinlich keine Spannung an den Signaleingängen haben dürfen wenn keine Versorgungsspannung anliegt. Die Datenpins müssen hochohmig gemacht werden oder Tristate-Treiber dazwischengeschaltet werden.

Grüße Uwe

Hallo,

wegen den nur 3,7V Ub und Logic Level N-Channel, da müßte man dann genau selektieren welcher in Frage kommt. Pauschal würde ich keinen Logic Level nennen. Eigentlich wäre es hier einfacher dafür einen NPN zu verwenden. Der den P-Channel schaltet. Die 0,7V sind immer vorhanden. Nur benötigt er eingeschalten mehr Strom. Allerdings wenn das GSM immer nur kurz eingeschalten ist, dürfte das keine Rolle spielen im Vergleich zum GSM.

hi,

dann hab’ ich bisher alles falsch verstanden.

ob ich GND wegschalte oder 5V, war nach meinem bisherigen verständnis egal. ich dachte eher so:

das ding läuft mit 0V und 5V. ABER: genauso kann man sagen: das ding läuft mit -5V und 0V. ich dachte, nur der potentialunterschied ist wichtig.

achja, übrigens, uwe: wann kommst Du nach wien? es ist märz.

gruß stefan

EDIT: um es zu konkretisieren: ich dachte, es gibt in der natur keine 0V oder 5V (in der theoretischen physik schon, da müßte ich sheldon kontaktieren). was passiert, wenn man einen arduino an 225V > GND und 230V >VCC anschließt?

Eisebaer:
EDIT: um es zu konkretisieren: ich dachte, es gibt in der natur keine 0V oder 5V (in der theoretischen physik schon, da müßte ich sheldon kontaktieren). was passiert, wenn man einen arduino an 225V > GND und 230V >VCC anschließt?

Er läuft ganz normal. Sobald du ihn aber anpackst, bekommst du eine ganz ordentlich gezwiebelt und mit hoher Wahrscheinlichkeit sind der Arduino und vielleicht du selber defekt. Früher hatten Fernseher oft keine vollständige Netztrennung. Dort war GND der Schaltungen halbe Netzspannung. Logikschaltungen wie die Fernbedienung und co liefen folglich mit 110V und 115V gegenüber Hauserde.

Eisebaer:
achja, übrigens, uwe: wann kommst Du nach wien? es ist märz.

gruß stefan

Zur Make Vienna um den 16-17 April.
Grüße Uwe
(genaueres in Privatverhandlungen)

Der Unterschied ob 5V schalten oder Masse schalten ist bei einem isolierten Verbraucher egal. Isoliert meine ich ein Verbraucher ohne zusätzliche Anschlüssen wie zB Signal oder Daten.

Wenn ein Datenpin 0V hat und die Masse geschaltet wird hat das Datenpin plötzlich -5V, weil Masse mangels Spannungsversorgung zum 5V Potential gezogen wird. Das bekommt den wenigsten Schaltkreisen gut.

Wenn die Versorgungsspannung geschaltet wird dann haben LOW Eingänge immernoch LOW Potential. HIGH Signale werden dann meist +5V Versorgungen für die ausgeschaltete Schaltung.Das ist zu vermeiden.

Grüße Uwe

Es gibt Logic Level FETs, die mit 3,3V sicher durchschalten. Allerdings trifft das meines Wissens nur auf N-Kanal zu, P-Kanal bin ich mir da nicht sicher. RX und TX sollten sich durch einen 10K Widerstand in der Leitung schützen lassen. Fehlströme unter 1 mA in Eingänge sind im allgemeinen unktitisch.

Habe mal geschaut wie die das von SODAQ machen, die haben auch ein Board mit SIM800 bei dem sie den Strom schalten: http://forum.sodaq.com/uploads/default/original/1X/85b62c94a235ab198c5e7137cb61ac694875a009.png

Wenn ich das richtig sehe verwenden die im Schaltbild zum SIM800H (oben links an den pins VBAT1 und 2) einen DTC114Y - NPN Bipolar, Bias Resistor built in - der vom Atmel angesteuert wird. Der schaltet einen FDN340P - Single P-Channel, Logic Level, MOSFET, also genau wie von Doc Arduino vorgeschlagen. RX wird so geschaltet, TX mit !K und einem pull down.

Nur mal am Rande die verwenden eine ganze Menge Kondensatoren: Warum 100 uF, 1uF, 33pF, 10pF parallel? Ist der Elko fürs grobe und die kleinen für die Feinarbeit? Oder hat es was mit den Ansprechzeiten zu tun? Brauch ich das? :wink:

Grob sind das 8 Bauteile, die die SODAQ-Leute da verbauen. Ich möchte die Platine gerne mit THT aufbauen, damit auch ungeübte Bastler sich das zutrauen, daher schreckt mich die Menge der Teile gerade etwas ab. Gibt es da ein kombiniertes Bauteil (Schalter plus Kondensatoren) was das Leben für Gelegenheitsbastler erleichtert?

Uwe, du schreibst ein P-MOSFET, Logic Level Modell könnte alleine reichen. Ich habe davon (bisher) keine Ahnung. Kannst du zufällig ein THT-Modell dafür empfehlen? Und mit "Die Datenpins müssen hochohmig gemacht werden" 1K wie bei SODAQ oder 10K oder wurscht? :wink:

Die Kondensatoren sind dazu da um die Betriebsspannung zu stabilisieren. Mit dem Abschalten selbst hat das nichts zu tun. Verschiedene Größen und Typen haben ein anderes Frequenzverhalten. Die zwei pF sind vielleicht etwas übertrieben.

Und mit “Die Datenpins müssen hochohmig gemacht werden” 1K wie bei SODAQ oder 10K oder wurscht?

Wenn man Widerstände verwendet sind die dazu denn Strom durch die internen Schutzdioden der Schaltung zu minimieren. Da sollte man 10k nehmen.

Mit “hochohmig” ist aber oft Tristate gemeint:

Das erreicht man einfach dadurch dass man die Pins des Arduinos mit pinMode() als Eingang konfiguriert. Dann sieht es für die andere Schaltung so aus als ist nichts angeschlossen.

Die Parallelschaltung von Kondensatoren soll das Filterverhalten verbessern, da wir es mit leider nicht mit idealen Bauelementen, sondern mit relalen Bauelementen zu tun haben. Selbst KerKos haben Resonanzfrequenzen, parasitäre Serieninduktivitäten usw.
Nur um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, muß man dann auch exakt die selben Kondensatortypen nehem. Da reicht ein gewisser Nennwert allein nicht mehr aus, da jeder Hersteller in jeder Typenreihe ein anderes Herstellungsverfahren hat und damit auch die Eigenschaften als Bauelement geringfügig differieren. Nicht zu vergessen, du hast es hier z.T. mit Hochfrequenz in einem Sende-/Empfangsmodul zu tun! Da ist die Leiterplatte und der mechanische Aufbau ebenfalls wie ein Bauelement. Darum hast du mit einem Aufbau mit THT u.U. ganz andere Voraussetzungen. Das wird durch das fertige SIM800 Modul schon sehr vereinfacht, aber man sollte das nicht völlig aus den Augen verlieren und mal gucken, was der Hersteller dazu in der AppNote meint und ob es einen Rerferenzentwurf gibt, auf dem man aufbauen kann.
In China werden oft irgendwelche Experimentierboards "zusammengekloppt". Ohne Abblockkondensatoren, nur absolut minimalistisch. Kann funktionieren, von zuverlässig war ja nie die Rede :stuck_out_tongue:

Ja, ist schon ein sehr minimalistisches Board, z.B. http://www.ebay.de/itm/SIM800L-GPRS-GSM-Phone-Module-Card-Board-Quad-band-Onboard-TTL-Port-/321867111005 - aber was will man für nicht mal 6,50 EUR (!) erwarten?! :wink: Da sind schon ein paar Sachen drauf, guter Hinweis, vielleicht sind das ja die Kondensatoren für die Stromversorgung und ich brauche mich darum dann nicht zu kümmern:

Habe nur das Foto, einen Schaltplan gibt es afaik nicht. Ganz rechts LED, dann vermutlich Vorwiderstand für die LED, die zwei kleinen und der fette die gesuchten Abblockkondensatoren?!? Was meint ihr?

Wenn euch noch ein THT-Bauteil als P-MOSFET, Logic Level Modell einfällt, das ich alleine mit 3 V beschalten kann wäre ich über einen Hinweis dankbar oder auch gerne nach was ich da suchen muss. Hier gibt es ein paar Vorschläge: http://www.mikrocontroller.net/topic/21378

BS250
BTS432
BTS409
IRF 7314 IRF 7205
IPS521G

muss noch schauen, ob die 2A können, die Frage bei mikrocontroller.net war ja eine andere, aber wären die was? Welcher Kennwert sagt, dass ich die mit 3V direkt schalten kann?

Eisebaer:
hi,

dann hab' ich bisher alles falsch verstanden.

ob ich GND wegschalte oder 5V, war nach meinem bisherigen verständnis egal. ich dachte eher so:

das ding läuft mit 0V und 5V. ABER: genauso kann man sagen: das ding läuft mit -5V und 0V. ich dachte, nur der potentialunterschied ist wichtig.

EDIT: um es zu konkretisieren: ich dachte, es gibt in der natur keine 0V oder 5V (in der theoretischen physik schon, da müßte ich sheldon kontaktieren). was passiert, wenn man einen arduino an 225V > GND und 230V >VCC anschließt?

Hallo,

muß dazu nochwas sagen. Es kommt immer darauf an was man schaltet. Einen DC Motor, Glühlampe/LED, Relais Ankerspule, also alles was erstmal keine weiteren Eingänge/Ausgänge hat, kannste locker mit Masse schalten. Das ein/aus betrifft dann nur den Verbraucher direkt selbst. Ohne Nebenwirkungen auf andere Schaltungsteile. Schaltet man jedoch komplette Schaltkreise oder Module weg, mit Ein- Ausgängen zur weiteren Schaltung, dann sollten diese an Masse bleiben und Ub (+) geschalten werden. Den Rest hat Uwe schon erklärt.

0V. Wenn von 0V Bezugsspannung die Rede ist, dann ist das immer Erdpotential bzw. Masse. Aufpassen muß man wenn man von Potentialspannung redet, wenn man nicht weis zwischen welchen Bezugspunkten diese liegt.
Damit liegst du schon richtig. Dein Arduino funktioniert auch zwischen 1000V und 1005V. Wenn die restliche Beschaltung als Bezugspunkt auch 1000V annimmt. Dann wären die 1000V deine, ich sag mal vorsichtig virtuelle Masse.
Dein Problem wäre, wenn du auf der Erde stehst, du kannst und solltest nicht an die Schaltung fassen, denn dein Bezugspotential wäre Erdpotential, also 0V. Danach müßtest du dir über Potentialunterschiede nie wieder Gedanken machen. Deswegen können auch Vögel auf Hochspannungsleitungen sitzen. Ohne Bezugspotential passiert nichts. Außer sie könnten die Flügel soweit ausbreiten und berühren 2 Hochspannungsleitungen gleichzeitig, dann gibts Birdbeef.

Hallo,

wegen N-Channel Logic Level für unter 5V.
NDP6020, NDB6020, wenn du den ranbekommst.

P-Channel:
Wenn man den ranbekommt. TI TPS1110. Der wäre Top.
Welcher auch noch sehr gut geeignet wäre ist der Fairchild FDS6575. Den gibts bei Conrad.
Oder IRF 7329.
Oder IRLML 6401.

Ansonsten wenn du die nicht ranbekommst und etwas probieren kannst, kannste folgende testen,
IRF 7306, 7314, 7317, 7319, 7324, manche davon sind N und P- Channel zusammen, einige 2x P-Channel.
Die 2x P-Channel Typen könnte man sogar parallel schalten um den Rdon nochmals zu halbieren.

BS250 ... geht laut meiner Meinung nach nicht sicher, Vgs max. -3,5V zu hoch
BTS432 ... ist ein High Side Switch, der braucht mindestens 5V Ub um überhaupt ...
BTS409 ... wie BTS432
IRF 7314 ... sollte funktionieren
IRF 7205 ... eher nicht, Vgs zu hoch
IPS 521 ... ist ein High Side Switch, der braucht mindestens 5,5V Ub um überhaupt ...

Die Schaltung arbeitet später bei dir nahe Raumtemperatur oder auch in sibirischer Kälte?