Gestión de corrientes inversas mediante MOSFET

Planeo usar un chip con dos pines de salida de 5V para proporcionar energía a dos sistemas: una MCU (attiny85, voltaje de funcionamiento: ~2V - ~5V) y un dispositivo USB (corriente de entrada: 3A). Además de eso, tendré una fuente de entrada alternativa de 5,3 V para alimentar estos sistemas.

Creo que los pines de 5 V del chip deberán protegerse del flujo de corriente cuando la fuente alternativa esté activa. Creo que tal vez podría usar dos conjuntos de MOSFET consecutivos y dos diodos Schottky para el circuito requerido. Es probable que el diodo tenga una caída de voltaje de 300 mA - 400 mA, por lo que la fuente alternativa aumenta a 5,3 V para adaptarse a las caídas de voltaje.

Soy muy nuevo en el diseño de circuitos de transistores, así que tengan paciencia conmigo. ¿Es el siguiente un buen circuito para la tarea? Estoy pensando en usar Si2305CDS , que encontré en Digikey y parece tener los Vgs correctos.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Agregué un 100r a cada puerta y un 1M a GND siguiendo esta respuesta . La idea es bloquear el flujo de corriente en PIN 1 y PIN 2 cuando VDD está activo. ¿Es este el circuito completo requerido? ¿Hay cosas que uno debería tener en cuenta?

Cualquier consejo será muy apreciado.

Gracias

EDITAR: MOSFET fijos. Gracias a @mkeith.

¿Es VDD la fuente de 5.3V? ¿Y entiendo bien que desea poder encender/apagar el suministro para cada sistema por separado? Porque entonces tendría que usar sus diodos en la configuración de ánodo común, sin mencionar la doble caída de voltaje directo de VDD a salida2.
¿Qué es el "chip con dos pines de salida de 5V"?
@christoph Lo siento, sí lo es. Lo he arreglado ahora. ¿Es esta la configuración de ánodo común que sugieres? No es necesario encender/apagar cada sistema por separado. Ambos se pueden encender/apagar cuando VDD está/no está en su lugar.
@BruceAbbott Es el BQ24295 . Para ser precisos, el pin MCU (SYS) da un máximo de 4.35V solamente. Pensé que simplificaría el problema simplemente tomándolo como 5V. Esperemos que eso no afecte el diseño.
El título menciona corrientes inversas, ¿bajo qué circunstancias y dónde se esperan?
Pensé que si el VDD y los pines estaban conectados a los puertos de SALIDA directamente, el VDD podría empujar la corriente hacia los pines (en el chip, ya que está conectado a tierra) y potencialmente freírlo.
No tengo claro lo que estás tratando de lograr. Pero solo para asegurarme de que lo entiendas, haré algunas observaciones. Si Output1 o Output2 son altos, sus FET evitarán el flujo de corriente al pin 1 o al pin 2 siempre que SW1 esté cerrado y VDD esté activo. Si VDD es bajo, no puede apagar los FET. Si el pin 1 o el pin 2 es alto, los FET no pueden evitar el flujo de corriente a la Salida 1 o la Salida 2 porque el diodo del cuerpo estará polarizado hacia adelante, incluso cuando el SW esté cerrado. Los principiantes siempre deben dibujar en el diodo del cuerpo.
@mkeith Tienes razón. Me equivoqué con los diodos del cuerpo y cambié la fuente/drenaje. Los volteé ahora y los diodos del cuerpo tienen polarización inversa.
3A puede ser demasiado para ese FET. RDS es de alrededor de 50 mOhm. Isquared R es de alrededor de 450 mW. La resistencia térmica es de 130 grados/vatio. Verá un aumento de temperatura de alrededor de 60 grados más o menos. La temperatura máxima de unión es de 150. Puede estar bien, pero me pone un poco nervioso.
@mkeith En realidad, ¿no era correcto mi diseño original? Cuando SW1 está cerrado y VDD está activo, Output1 y Output2 están altos y no hay flujo de corriente al pin 1 o pin 2 (protegido de VDD). Cuando SW1 está abierto, Output1 y Output2 son altos porque la corriente fluye desde el pin 1 y el pin 2. Eso es lo que me gustaría lograr, porque las salidas pueden ser alimentadas por los pines o Vdd, pero los pines están protegidos del flujo de corriente. cuando Vdd está activo.
No sé lo que estás tratando de hacer. Así que "correcto" está abierto a interpretación. ¿Qué lado debe protegerse, el lado del pin 1 o el lado de la salida 1?
El lado del pin 1/2 necesita protección porque esos son los pines del IC (BQ24295). Las salidas deben ser alimentadas por los pines o VDD.
Entonces creo que antes era correcto. NUNCA dije que fuera incorrecto. Solo traté de explicar lo que realmente haría. Vuelva a leer para asegurarse de que es lo que desea. Como dije, su descripción de lo que está tratando de hacer no es tan clara. Y tome nota de mi precaución sobre la disipación de energía.
¡DE ACUERDO! Arreglaré mi publicación. Pero, ¿podría usarse PMOS a la inversa como en el original, es decir, el flujo de corriente del drenaje a la fuente? ¿Hay otras cosas a tener en cuenta en dicho uso?
Dos cosas más para agregar: en el circuito actual no hay conexión de VDD a Output2. Y además, Q1 siempre está encendido cuando S1 está cerrado y tiene ambas fuentes VDD y PIN1 conectadas juntas. Esto probablemente conducirá a una corriente de VDD a PIN1, que es lo que desea evitar.
También recomendaría especificar muy claramente qué es exactamente lo que quiere hacer con su circuito. ¿Qué estados pueden ocurrir y ocurrirán? ¿Qué no ocurrirá? ¿Qué debe garantizarse en todas las circunstancias? Las especificaciones sueltas hacen que el diseño de circuitos sea a veces un trabajo muy frustrante.

Respuestas (2)

Si va a usar un interruptor mecánico de todos modos , entonces este es simple y económico. Ambos suministros estarán mecánicamente aislados.

mecánico

Si desea un circuito eléctrico, y si está seguro de que el suministro de 5,3 V siempre será mayor que (Pin1 - Vf (diodo) - Vf (schottky)) y el suministro de Pin1 y Pin2 no será inferior a (5,3 V - Vf ( diodo) - Vf (schottky)), entonces puede usar este circuito basado en diodo. Solo necesita usar diodo con alta caída de voltaje directo. Y Schottky no son tan útiles en ese caso.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

De lo contrario, la respuesta de @ next-hack es la solución.

Necesita conexiones MOSFET consecutivas. Sugiero el diagrama adjunto. Debe usar MOSFET de nivel lógico.

Analicemos solo la primera salida. El segundo es parecido.

Consideremos los 4 casos.

  1. 5Vin_1 apagado (abierto), SW1 encendido: las compuertas de M2 ​​y M1 están a 5,3V. Las fuentes de M1 y M2 están a 4,2 V (5,3 V menos la caída directa de D1 y la caída directa del diodo del cuerpo de M1, es decir, 5,3 V - 0,4 V - 0,7 V). M1 y M2 están apagados. Salida_1 es 4.9V. Sin contracorriente a 5Vin_1.
  2. 5Vin_1 encendido, SW1 encendido: las puertas de M2 ​​y M1 están a 5,3 V. Las fuentes de M1 y M2 están a 4,3 V (5 V menos el diodo delantero del cuerpo de M2). El diodo del cuerpo de M1 está apagado. Aún así, no hay corriente de retorno a 5Vin_1.
  3. 5Vin_1 apagado (abierto), SW1 apagado: todo el circuito está sin alimentación.
  4. 5Vin_1 encendido, SW1 apagado: R1 lleva las puertas a 0. Inicialmente, el diodo del cuerpo de M2 ​​llevará las fuentes de M2 ​​y M1 a 4,3 V. Debido a que ahora VGS = -4.3V (uno debe usar MOSFET de nivel lógico), entonces tanto M1 como M2 se encenderán. (Y ahora, dado que RDSon es pequeño, Vs se lleva a 5V, por lo tanto, Vgs se convierte en -5V). D1 está apagado.

También se deben verificar las transiciones entre estados encendidos (es decir, cuando inserta otra fuente de alimentación, cuando la otra ya está activa).

Transición SW1 ON-->OFF (Con 5Vin_1 presente) Las puertas de M1 y M2 se llevan a 0. Luego los MOSFET comienzan a conducir siguiendo el punto 4 de la lista anterior.

Transición SW1 OFF-->ON (Con 5Vin_1 presente) Las puertas de M1 y M2 se llevan a 5.3. Luego, los MOSFET eventualmente se apagarán. Solo los diodos del cuerpo pueden conducir, pero eventualmente volveremos al caso 2.

SW1 ENCENDIDO. 5Vin_1 estaba abierto, luego está conectado Las puertas de M1 y M2 ya están en 5.3. Los MOSFET permanecen APAGADOS. La inserción del 5Vin_1 solo llevará la fuente (a través del diodo del cuerpo de M2) a un voltaje ligeramente mayor.

SW1 ENCENDIDO. Se conectó 5Vin_1, luego se quita Las puertas de M1 y M2 ya están en 5.3. Los MOSFET permanecen APAGADOS. La eliminación de 5Vin_1 eventualmente llevará el voltaje de la fuente a 4.2V (debido a las corrientes de fuga). Ningún problema.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

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