Ist dies eine sinnvolle Möglichkeit, eine 12-V-Leitung mit 3,3-V-Logik zu schalten?

Question

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Ich fange gerade erst an, etwas über das Herstellen elektronischer Dinge zu lernen, daher kann dies eine dumme Frage sein. Ich denke, dies unterscheidet sich angemessen von ähnlichen Fragen hier.

Als erstes Projekt arbeite ich daran, einen Lüfter-Controller zu entwickeln, der auf einer ESP32 / ESP8266-MCU basiert (ich komme aus der Softwareentwicklung, daher fühlt sich dies wie ein komfortabler Weg an). Der Lüfter ist ein 4-Draht-PC-Lüfter (SUNON PMD1206PMB3-A 12V 3,4W). Ich habe ein funktionierendes System, das das PWM-Signal sendet, um die Lüftergeschwindigkeit zu steuern, und plane, daran zu arbeiten, den Tacho des Lüfters wieder herzustellen, habe jedoch ein Problem mit der Systemstabilität beim Start, das meiner Meinung nach auf die durch die Lüfterzeichnung verursachte Leistungsstabilität zurückzuführen ist Strom, während die MCU bootet. Ein Ansatz, an den ich denke, besteht darin, die MCU dazu zu bringen, die Stromversorgung des Lüfters zu steuern und ihn erst nach Abschluss des Startvorgangs einzuschalten (dies hat den Vorteil, dass der Lüfter ausgeschaltet werden kann, wenn die eingestellte Drehzahl Null ist - Das Tastverhältnis von Null lässt den Lüfter seltsamerweise mit 20 U / min laufen.

Da der ESP32 eine 3,3-V-Logik verwendet, kann ich einen MOSFET nicht direkt mit einer Leitung von der MCU schalten, daher habe ich mir überlegt, so etwas zu verwenden.

Ist das ein vernünftiger Ansatz? Gibt es einen besseren Weg, dies zu tun?

Beachten Sie, dass die + 12V und + 5V bereits in der Schaltung verfügbar sind. Wenn Sie sich jedoch diese Antwort ansehen, könnte ich aus den 12V ziehen.

Answer 1

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Viele Probleme mit Ihrer Schaltung:

1. T1 wird als Emitterfolger verwendet. Sein Ausgang ist daher kleiner i> als der 3,3-V-Eingang. Abbildung 700 mV für den B-E-Abfall und das Maximum, auf das das Gate von Q1 angesteuert wird, beträgt 2,6 V

2. Q1 wird als Quellfolger verwendet. Seine Ausgabe ist daher weniger i> als seine Eingabe. Im Gegensatz zu einem BJT ist wie bei T1 die G-S-Spannung nicht so leicht zu erkennen. Um einen wesentlichen Strom anzutreiben, muss dieser mindestens etwas über der Gate-Schwellenspannung liegen. Mit nur 2,6 V am Gate ist möglicherweise überhaupt keine Spannung mehr vorhanden, um den Motor anzutreiben. Grundsätzlich wird der Motor von dieser Schaltung niemals eingeschaltet.

3. Auch wenn die oben genannten Probleme keine waren, gibt es nichts, was das Gate von Q1 nach unten treibt, wenn der Motor ausgeschaltet sein soll.

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   Eine einfache Schaltung, die das tut, was Sie wollen, ist die Verwendung eines N-Kanal-FET, der gut von 3,3 V als Low-Side-Schalter angesteuert werden kann. Zum Beispiel wäre hier der IRLML6344 geeignet. Es hat ein maximales R DSON von 37 mΩ mit nur 2,5 V Gate-Ansteuerung

   Schließen Sie den Motor (mit der Diode, wie Sie zeigen) zwischen der 12-V-Stromversorgung und dem FET-Drain an, Source-Masse, und treiben Sie das Gate direkt vom digitalen Ausgang 0 bis 3,3 V an. Ja, so einfach ist das:

   

Answer 2

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Nein, dies ist wahrscheinlich kein sinnvoller Ansatz, da der N-Kanal-MOSFET als Source-Follower verdrahtet ist und daher keinen Spannungsausgang erzeugen kann, der größer als die Gate-Ansteuerspannung ist.Tatsächlich beträgt der Emitter bei (sagen wir) 5 Volt, die an die Basis von T1 angelegt werden, ungefähr 4,3 Volt, und dies treibt das MOSFET-Gate an.Der MOSFET benötigt jedoch möglicherweise 4 Volt zwischen Gate und Source, um ihn richtig einzuschalten, sodass Sie möglicherweise etwa ein Volt an Ihrem Motor sehen.

Der bessere Weg ist, einen P-Kanal-MOSFET wie folgt zu verwenden: -

Bildquelle.

Answer 3

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Ich glaube, dies ähnelt der oben beschriebenen Antwort, bin mir jedoch nicht sicher, wie die Simulation ausgeführt werden soll. Als ich es jedoch in Eagle mit ngspice ausprobierte, bekam ich eine niedrige Spannung an Rload dh.nur 1,6 V, obwohl die Spannung am Gate 0,046 betrug (wrt gnd) Der Fet sollte zu diesem Zeitpunkt vollständig eingeschaltet sein (dachte ich)

^{simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>}

Answer 4

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Grundsätzlich gibt es hier zwei Ansätze, die gut sind:

Verwenden Sie einen N-Kanal-MOSFET auf der "niedrigen Seite" der Last, sodass der Drain mit der Last und die Source mit Masse verbunden ist.

Abhängig von der MOSFET-Schwellenspannung ist die direkte Ansteuerung des MOSFET-Gatters von Ihrem Mikrocontroller möglicherweise in Ordnung. Dies funktioniert normalerweise in Systemen, die nicht sehr schnell oder mit sehr hoher Leistung sein müssen. Die Wahl eines FET auf Logikebene (damit Sie sicher sind, ihn einzuschalten) ist ein guter Ansatz.

(In einigen Fällen wie bei Hochleistungssystemen mit hoher Leistung ist es am besten, das MOSFET-Gate mit einem Gate-Treiber wie einem Microchip MCP1402-IC mit 12-V-Versorgung fest anzutreiben.)

Es ist auch eine gute Idee, einen Widerstand mit ziemlich hohem Wert vom Gate auf Masse zu legen und die gespeicherte Ladung vom Gate zu entlüften, falls die Steuerschaltung in einen Zustand mit hohem Z übergeht. In diesem Fall wird die Last nicht ausgeschaltet . Ein kleiner Vorwiderstand (z. B. 10 Ohm) kann auch verwendet werden, um das Klingeln zu dämpfen, das durch die Gatekapazität des FET und die parasitäre Induktivität der Gateverdrahtung gebildet wird

ODER Sie können einen High-Side-Schalter wählen. Wenn es einen anderen gemeinsamen Erdungspfad gibt oder Sie sich nicht sicher sind, wie die Erdung angeschlossen ist, und Sie den Stromkreis dort nicht unterbrechen möchten, ist es manchmal besser, die + 12-V-Schiene abzuschneiden.

Wir brauchen also einen P-Kanal-MOSFET.

Verbinden Sie die Source mit +12 V und den Drain mit der Last (positive Seite der Last, im Gegensatz zum Low-Side-Switch-Gehäuse, bei dem der MOSFET zwischen der negativen Last und Masse angeschlossen ist und die + 12V-Schiene immer angeschlossen ist In diesem Fall des High-Side-Schalters lassen wir die Masse an der Last angeschlossen und setzen den MOSFET zwischen die + 12V-Schiene und den positiven Lasten ein.)

Wir müssen einen Pull-up-Widerstand zwischen Gate und Source legen, z. B. 10k, der das Gate auf +12 V hält. Der P-Kanal-MOSFET bleibt standardmäßig ausgeschaltet.

Wenn nun das Gate relativ zur Quelle ausreichend negativ ist, wie wenn VG relativ zur Masse etwa unter 10 V liegt, beträgt VGS etwa -2 V und der FET wird eingeschaltet.

Sie können nicht einfach einen Mikrocontroller mit beispielsweise 0-3,3 V Logikpegeln daran anschließen - der FET wird niemals ausgeschaltet.(Und es mag nicht gerne an diesem Pin auf +12 V gezogen werden.)

Wir brauchen einen anderen Transistor.Ein kleiner N-Kanal-MOSFET oder NPN-BJT.Es muss kein Hochleistungsgerät sein.Ein 2N3904 wäre zum Beispiel vollkommen in Ordnung.

Verbinden Sie diesen mit dem Kollektor mit dem Gate des Leistungs-MOSFET, verbinden Sie den Emitter mit Masse und die Basis mit einem Widerstand mit Ihrer Mikrocontroller-Schaltung.

Wenn nun der MCU-Pin auf +3,3 V geht, schaltet sich der kleine NPN-Transistor ein und zieht das High-Side-Leistungs-MOSFET-Gate nahe an Masse nach unten, schaltet es ein und schaltet die Last ein.

ODER ... untersuchen Sie das Aktivierungs- / PWM-Eingangssignal, das bei modernen bürstenlosen Vierdraht-PC-Lüftern bereitgestellt wird.

Answer 5

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Obwohl alle Vorschläge wahrscheinlich mit Ihrem Lüfter funktionieren, beachten Sie, dass der Hersteller des Lüfters keine Umschaltung auf der hohen oder niedrigen Seite empfiehlt, um die Lüftergeschwindigkeit zu steuern.Und wie in einem der Kommentare vorgeschlagen, verwenden Sie einen 4wire pwm-Lüfter :)