Compare los circuitos de desconexión de protección contra sobredescarga

Estoy tratando de implementar un circuito de "protección de descarga" para un uC (Arduino) alimentado por una batería. El uC monitorea el voltaje de la batería y necesita poder indicarle al circuito que se apague. El encendido se logra presionando un interruptor momentáneo. El objetivo es ahorrar energía y el circuito debe usar muy poca o ninguna energía (uA) cuando está encendido y apagado. Debido a los requisitos de energía, entiendo que necesito usar MOSFET en lugar de BJT.

He intentado implementar el siguiente circuito: http://educ8s.tv/auto-power-off-arduino-simple-circuit/ que utiliza un MOSFET de canal N para desconectar el cable negativo de la batería.

Circuito 1
(fuente: educ8s.tv )

El resultado es que el uC está utilizando el drenaje como base. Si quiero enviar "bajo" desde el uC a la puerta, obtengo resultados extraños que no entiendo y el MOSFET conduce. La única vez que no conduce es cuando Gate se baja a la tierra de la batería (Fuente) y no se conecta a nada más.
Tratando de entender por qué mi implementación no funciona como en el artículo, encontré otros circuitos para este propósito.

Arduino Battery Over-discharge Protection (O-DP)
Describe un circuito con dos transistores BJT, un NPN y un PNP.

Circuito 2

Circuito simple de desconexión de bajo voltaje para Arduino
Describe dos circuitos.

Uno similar a la variante de dos transistores BJT pero con MOSFET

Circuito 3

Y otro con optoacoplador y MOSFET

Circuito 4

Estoy tratando de entender lo que significan las diferencias.
¿Puede funcionar el primer circuito, 1 MOSFET, o es incorrecto?
¿Qué circuito es más eficiente energéticamente?
¿Por qué se utiliza un optoacoplador? ¿Cuánta corriente usa y cómo se compara con BJT/MOSFET?
¿Debo cambiar el cable positivo de la fuente de alimentación o el negativo? ¿Puede el uC funcionar correctamente cuando su tierra es drenaje y no la tierra de la fuente de alimentación?

Cambiar el cable de alimentación positivo tiene menos posibilidades de consecuencias no deseadas. Mi sugerencia es ir con el tercer diagrama con 2 FET. En cualquier implementación, elija el FET para las condiciones de operación correctas. Para esto en particular, busque en las hojas de datos los gráficos de Vds vs Id con Vgs, asegúrese de que en los Vgs que proporciona el circuito, Id y Vds estén en condiciones aceptables. Por ejemplo, para el 30N06L, para un voltaje de alrededor de 3,3 V, probablemente no funcionaría según lo previsto y de 5 V sería marginal.

Respuestas (1)

Los MOSFET se activan por voltaje, por lo que no necesitan flujo de corriente para permanecer cerrados/abiertos. Esta es una buena opción para nuestro circuito alimentado por batería. Estas son las diferentes opciones que usan MOSFET y lo que significan.

Conmutación del lado alto (cable de alimentación positivo) con un transistor N-ch

Vd será Vbat y Vs=Vout estará cerca de Vbat (Vbat-Vds) pero normalmente mucho más alto que Vgnd. Para abrir un MOSFET, Vgs debe ser mayor que Vs+Vth=Vout+Vth (donde Vth es un umbral que depende del MOSFET específico). Como resultado, Vgs debe ser mayor que Vout, por lo que la carga no puede mantenerla abierta a menos que tenga un segundo riel de mayor voltaje que pueda controlar. Este es un gran inconveniente. Artículo de referencia .

Cambiar el lado bajo (cable de alimentación negativo) con un transistor N-ch

Sin embargo, Vd = Vout- y Vs = Vgnd debido a la caída de Vds, Vout-> Vgnd, por lo que la carga y el circuito de desconexión no tienen una conexión a tierra común. Para abrir el MOSFET, el uC deberá enviar un voltaje menor que Vs+Vth=Vth, pero solo puede enviar Vout>Vgnd. Dependiendo de la carga, el MOSFET y las resistencias utilizadas, se puede ajustar el circuito para que baje Vout por debajo de Vth, pero en la práctica se demostró que el resultado se vuelve demasiado específico para un determinado circuito específico y uC. Es muy fácil obtener consecuencias inesperadas con el esquema debido a la falta de puntos en común. Este es un inconveniente. Estudio de caso , Discusión

Cambiando el lado bajo con un transistor P-ch

Opuesto al lado alto y un P-ch. No tiene sentido. Ambas desventajas más la lógica es inversa a lo que deseamos.

Cambiando el lado alto con un transistor P-ch

Tenemos un terreno común, tan fácil para el uC enviar una señal Vgnd. P-ch está diseñado para operar en el lado alto, por lo que no es necesario un segundo riel de voltaje. El único problema es la lógica inversa. Queremos que el circuito esté desconectado por defecto, por lo que el P-ch estará abierto y su compuerta en ALTO. Cuando queremos encender el circuito, debemos tirar de la puerta a BAJO y podemos usar un segundo transistor para esto (un N-ch). Vea el circuito n. ° 2 y n. ° 3 en la pregunta. Esta es una buena opción. Artículo de referencia , Discusión

Alternativa: usar un optoacoplador y un N-ch

Una forma de superar la falta de terreno común y usar el canal N en el lado bajo es usar un optoacoplador. La desventaja es que pasará corriente y consumirá la carga de la batería cuando esté encendido.

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