Control de mayor voltaje y carga a través del interruptor del lado alto desde un microcontrolador

Estoy construyendo un circuito uC alimentado por batería con un LED RGB. El LED es un cátodo común, por lo que el circuito para cambiar los elementos LED debe ser de lado alto. El LED es un LED de mayor corriente, por lo que no puede ser controlado directamente por el uC.

Para ahorrar energía, estaba planeando hacer que el uC (AVR ATmega328) funcionara con el voltaje que proporcionen las 2 baterías AAA (1.8-3.0V), mientras que los LED deben funcionar a 4.0V para tener en cuenta la vdrop del LED: el El plan era utilizar un convertidor elevador para alimentar los LED. Me preguntaba cuál es la mejor manera de controlar la salida del LED desde el uC. Puedo pensar en algunas maneras:

Interruptor PNP BJT con tres diodos

Los documentos de AVR indican que el chip no puede "ver" más de 0,5 V por encima de Vcc en cualquiera de los pines, por lo que una opción sería usar un diodo V F o r w a r d para presentar un voltaje menor a la uC:

esquemático

¿Quizás se puede omitir D1? No estoy seguro de si hay una caída de voltaje E-> B en un transistor PNP.

MOSFET de canal P con un NPN BJT

Otra opción es controlar el MOSFET de canal P con un NPN BJT

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Interruptor MOSFET de lado alto de canal N

Esto requiere una bomba de carga o algo equivalente, por lo que me inclino por esta solución.

Actualmente me inclino por la segunda solución, sin ninguna razón en particular. ¿Hay otras soluciones que debería considerar? ¿Hay otras consideraciones en las que debería pensar?

El MOSFET de canal P con un NPN BJT es la opción más sencilla. No se requiere una coincidencia real de componentes; puedes construirlo con lo que tengas por ahí. Si Q1 fuera un MOSFET (con un umbral bajo de Vgs), podría eliminar R2.
Estoy de acuerdo con @CharlieHanson. Solo quiero agregar que los diodos realmente no protegerán la entrada uC contra el alto voltaje, porque el voltaje del diodo será cero a menos que fluya una pequeña corriente. También quería agregar que un PNP BJT tiene una caída de diodo entre el emisor y la base.
Ah, buen punto sobre R2 @CharlieHanson - Hice.
+1 y una pregunta favorita. Muy bien hecho, y un placer de leer. Claramente escrito, con los problemas descritos verbalmente y las soluciones tentativas presentadas como esquemas en lugar de palabras.
¿Por qué no usar NPN para impulsar PNP? La resistencia pull-up en la base de PNP con valores más altos podría usarse para reducir la corriente tanto como sea posible. Y la resistencia base NPN también podría tener un valor alto.

Respuestas (2)

Sí, creo que la Opción 2 es la opción de lado alto más simple. Reemplace Q1 con un BSS138, y puede tener una solución MOSFET simple con partes discretas.

Alternativamente, si está de acuerdo con la compra de circuitos integrados, puede usar un circuito integrado como el TPS2557 (que es un interruptor de carga de canal N con bomba de carga incorporada), o una parte N/P dual integrada como el Si3865DDV que básicamente aprieta el circuito de la opción 2 en un paquete conveniente. Estos también ocuparían menos espacio que la solución discreta y ofrecerían algunas funciones de protección, como la limitación de corriente, si lo desea. También puedo entender el atractivo de construir algo con partes que tienes por ahí.

Un dispositivo de canal N tendrá una resistencia de encendido más baja que un dispositivo de canal P comparable, pero requiere una bomba de carga como usted indicó.

Finalmente, incluso con una solución MOSFET, personalmente mantendría R2 allí y lo convertiría en 1k más o menos, además de agregar un menú desplegable a su pin de habilitación de UC para que cuando esté reiniciando, los LED permanezcan apagados. Al mantener R2, si deja caer un destornillador o algo a través de la puerta del MOSFET a GND, limita la corriente que puede fluir desde el pin uC.

Aquí está la solución discreta:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Voto por la segunda solución porque la primera es un poco dudosa con respecto al voltaje de la batería 2AA, el Vbe de Q1 y las caídas de diodo necesarias, mientras que la segunda solución es sólida como una roca, especialmente con respecto a la imposibilidad de retroceder. conducir la E/S de la MCU a cualquier voltaje positivo.

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