Conducción de un MOSFET de canal N con microcontrolador

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estimados miembros del grupo,

Tengo una pregunta que podría haberse hecho antes, pero no pude encontrar la respuesta adecuada para mi aplicación, por lo que necesito más ayuda en mi caso.

Se requiere mi uC con lógica de 3,3 V para ENCENDER el Mosfet de canal N (como medida de seguridad, eso significa que Mosfet operará solo en condiciones de error y no con una frecuencia determinada) que tiene un punto de potencial de referencia diferente en comparación con la tierra de uC (GND). En mi opinión, no puedo sobrecargar mi uC con corrientes de fuente y sumidero de Mosfet (puede estar alrededor de 700 mA - 1.5 A dependiendo de Mosfet), y creo que necesitaría el mismo potencial de referencia que el de Mosfet para encenderlo. El potencial de referencia de Mosfet se muestra con un símbolo de triángulo pequeño con OpAmp que tiene las mismas referencias de voltaje que las de Mosfet.

En el circuito que se muestra, tengo un plan para activar el GPIO para apagar el Mosfet (casi -5V en Gate of Mosfet, Rail to Rail OpAmp) y bajar el GPIO para encender el Mosfet (casi 0V en Gate of Mosfet ).

Mi pregunta es si esta solución es elegante y si funcionará como se esperaba o tal vez me falte algún detalle. En caso contrario, cualquier otra solución más elegante será muy apreciada. La prioridad es tener una solución de tamaño pequeño y menos costosa.

Nota : la lógica del microcontrolador de 3,3V se genera con un LDO alimentado con un punto de tensión de referencia de Mosfet (0V) y -5V. Eso significa que la tierra del microcontrolador (GND) es lo mismo que el punto -5V de Mosfet.

EDIT_1 : la resistencia R2 se movió de la fuente Mosfet al lado de la puerta como tirar hacia abajo

EDIT_2 : 3.3V LDO agregado

Sería mucho más claro si dibujara el circuito con conexiones de referencia inequívocas. Por ejemplo, si la MCU de 3,3 voltios está conectada a tierra, muéstrela como tal.
espero que ahora sea legible
¿Los +3,3 voltios del regulador LDO realmente significan -1,7 voltios, es decir, 3,3 voltios por encima de -5 voltios?
Como otros han mencionado, parece que todavía hay algo mal. Si la MCU se alimenta con -5 V y +3,3 V como se muestra, significa que ve 8,3 V. No creo que tu MCU soportaría eso sin explotar.
Además, ¿el opamp está realmente alimentado entre tierra y -5V? porque si la MCU alimenta la entrada opamp con +3.3V, estará fuera de su rango de suministro de voltaje, lo cual es incorrecto con la mayoría de los opamps (aunque no con TL081, pero probablemente no debería usar TL081 aquí, ya que la entrada de modo común el rango es tan malo que ni siquiera se puede alimentar con solo 5V).
¿Conoce la existencia de controladores de puerta (aislados ópticamente)?
@Andyaka sí Andy, así es. el LDO ve 5V en su entrada y da +3.3V en su salida con -5V. Eso en realidad significa -1.7V si se ve desde mi referencia de voltajes de suministro. El punto es si sería posible con OpAmp cambiar -5V (para apagar Mosfet) y 0V (para encender Mosfet) con este circuito conduciendo un GPIO con salidas Pull Up y Pull down respectivamente.
@dim yes Dim mi OpAmp debe recibir 0V en el pin de suministro positivo y -5V negativo en el pin de suministro negativo. y también lo es el rango de entrada y salida si ves ahora. He editado el circuito con LDO. las entradas de OpAmp están referenciadas a -5V. eso significa que un GPIO puede impulsar una entrada de -5 V (pull down) o 3,3 V hasta -5 V, es decir, -1,7 V si se ve desde el suministro (Pull Up). OpAmp es TLV2371
@Jeroen3 gracias, pero necesito una solución más barata y sencilla.
Ok, esta notación de +3.3V con respecto a -5V es muy confusa. Asegúrese de usar un amplificador operacional RRIO.

Respuestas (2)

Volvería a dibujar el circuito para que quede más claro y luego vería que simplemente podría usar un convertidor de nivel lógico TTL a 5 voltios como se muestra a continuación: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Obtendrá un mejor rendimiento del 74VHC1GT04 que un amplificador operacional. También puede deshacerse de R1 también. Ahora parece mucho más simple y obtienes una velocidad de conducción decente a la puerta MOSFET.

Mi pregunta es si esta solución es elegante y si funcionará como se esperaba o tal vez me falte algún detalle. En caso contrario, cualquier otra solución más elegante será muy apreciada. La prioridad es tener una solución de tamaño pequeño y menos costosa.

Su configuración actual de amplificador operacional no funcionará sin agregar otra resistencia desde donde R6 está a -1.7 voltios para proporcionar un punto de polarización a la mitad del rango de voltaje lógico.

Hola, @Andy, en la configuración actual, creo que otra resistencia de R6 debería ir a 0 V, de modo que en entradas iguales (cuando GPIO está conectado a tierra) la diferencia de entradas al amplificador operacional es cero, y así la salida para encender Mosfet. Su solución sugerida es muy simple. lo encuentro mejor Me gustaría saber si también funcionaría con voltajes negativos más bajos como -8V. ¿O es posible que el diodo Base-Emitter de PNP y NPN no lo permita?
En su configuración, una resistencia de igual valor que R6 debería ir a la salida LDO. Si los -5 voltios cambian a -8 voltios, siempre que el regulador LDO genere 3V3 más que los -8 voltios (es decir, -4,7 voltios), debería funcionar bien. Debe comenzar a pensar en la potencia disipada en el regulador LDO en caso de que se sobrecaliente porque caerá 3 voltios más al bajar de -5V a -8V. Si la corriente es de unos pocos mA, no debería ser un problema.
Gracias @Andy. Desafortunadamente, MC74VHC1GT04 no funciona para voltajes de suministro superiores a 7V. Eso significa que no pude proporcionarle -8V (Gnd) y 0V (Vcc) para convertir los niveles lógicos -8V y -8V+3.3V a salidas de -8V y 0V. De hecho, también puedo ver de otros fabricantes, apenas hay amortiguadores en el rango de voltaje de 8V
@HerrderElektronik, ¡me tienes allí! Sospecho que habrá algo por ahí que pueda funcionar a 8 voltios.
Creo que yo mismo tengo que hacer un circuito push-pull de transistor con transistores NPN y PNP conectados a 0V y -8V mientras sus bases están impulsadas por un mismo pin GPIO. Es una buena idea ? Ahí tengo dudas si podré encontrar transistores que puedan bloquear 8V con diodo Base-Emisor
Hay chips de controladores MOSFET fabricados por International Rectifier (ahora Infineon). Me viene a la mente el IR2110. Trate de investigar lo que ofrecen. Tengo la sensación de que habrá un dispositivo capaz de recibir una señal lógica de 3,3 voltios del GPIO.

Suponiendo que sus valores de resistencia sean todos correctos, para alternar la puerta correctamente, elimine R2 de donde está en su circuito, porque con R2 donde está en este momento, no alternará correctamente. Ahora colóquelo como un menú desplegable a -5V en la puerta. Si coloca algo entre la Fuente del FET y GND (o en su caso, -5), simplemente no cambiará.

Inténtalo y ve si funciona. Suponiendo que su amplificador operacional le proporcione el voltaje de puerta correcto, debería estar bien.

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