Interruptor de alimentación MOSFET del canal P del lado alto: ¿pregunta sobre la compuerta y sugerencias para mi circuito?

Mi circuito es para cambiar una batería de 12V a una carga (luces LED, diseñadas para uso automotriz), durante mis pruebas con prototipos, las luces consumieron alrededor de 400mA, lo que significa que eran productos LED de ~5W.

Circuito de interruptor de alimentación PFET de lado alto de 12 V 0,5 A

Me gustaría recibir comentarios sobre la forma en que realicé la interfaz de control pull up/pull down para el P MOSFET con un indicador LED adicional.

Primero, describiré brevemente las etiquetas y los componentes: BATT_ON es la conexión de alimentación de 12 V a la batería, a través de un fusible de cuchilla automotriz y un interruptor (que acabo de darme cuenta de que tendrá que cambiarse para que no sea un interruptor en serie... más bien para el manejo actual razones ser otro elemento de paso PFET arrrgh..)

OUTPUT2B es mi salida digital del microcontrolador de 3.3V.

OUTPUT4 es la salida de carga de alta potencia. El retorno de la carga se conecta al terminal negativo de la batería a través de la tierra común del sistema. Este es un interruptor estándar de solo lado alto (la conexión a tierra de la carga no está flotando).

R1 es una resistencia pull-up en condiciones normales (el PFET está apagado) y actúa como una resistencia limitadora de corriente para el pequeño LED integrado de tamaño 0603 "OP1"

OP1 LED SMD pequeño de tamaño 0603 utilizado para indicar que la salida del PMOS está "ENCENDIDA"

R8 es una resistencia desplegable para garantizar que ningún pin/ruido flotante pueda encender accidentalmente Q3A

R7 es la resistencia limitadora de corriente base.

Q3 (A porque es parte de un paquete dual NPN) es el BJT que baja la puerta del MOSFET del canal P para encenderlo.

Q1 el interruptor MOSFET del canal P. Un pequeño paquete SOT23 cuyo número de pieza y clasificaciones se muestran en el texto de la imagen.

Mi pregunta principal es:

Cuando OUTPUT2B está ENCENDIDO y Q3 está encendido, la compuerta de Q1 se descargará para permitir que se encienda el FET, pero mientras R1 está suministrando corriente al LED (OP1), ¿también creará problemas con la compuerta de Q1? ¿Cómo puedo cuantificar esto, si será un problema? ¿Habrá contención de carga en la puerta, lo que provocará un comportamiento no deseado en Source->Drain?

Normalmente, simplemente jalaría la puerta directamente a tierra en esta interfaz de interruptor lateral alto de 3.3V-> 12V, y lo he hecho antes sin problemas. En un prototipo con pruebas muy limitadas (y ya no tengo acceso a él), implementé esto, pero nunca tuve la oportunidad de analizar el comportamiento de la puerta.

Cualquier comentario es bienvenido.

De una respuesta y comentario, estas son dos versiones alternativas:

Alternativa 1 Esta mueve el LED y la "resistencia de extracción" antes de la resistencia base de la NPN y hace que el microcontrolador controle el propio LED. Estos son simplemente indicadores de baja potencia, por lo que 1-2 mA es todo lo que se necesita, y con hasta 6 de estos encendidos en cualquier momento, no puede permitirse una salida demasiado alta.alternativa 1

Alternativa 2 Esta utiliza la salida del P FET para conducir el LED de esta manera, a través de una resistencia para limitar la corriente. Esto proviene de la energía de la batería, por lo que puede darse el lujo de ser más potente y que si se conduce desde los pines de salida del microcontrolador o mi intento anterior de aprovechar la interfaz del transistor NPN.alternativa 2

Tendría el LED en la base de la NPN (antes de su resistencia base, con su propia resistencia a tierra) para que la MCU lo controle directamente. O eso o conducirlo con su propio transistor NPN por separado.
@Majenko: Sé que esta publicación es antigua, pero solo quiero compartir una cosa sobre el estado del pin de E/S cuando la MCU está encendida. Los puertos de E/S de la serie STM32 se configuran como modo de entrada flotante durante y justo después del reinicio.
Hola David, tu comentario no dice nada nuevo de lo que decía Majenko en sus comentarios sobre la otra respuesta. Estaba diciendo que es normal que las MCU coloquen sus pines IO en un modo "flotante" de alta impedancia durante el reinicio y otras condiciones de encendido/apagado.
Lo siento, pensé que el modo flotante de entrada es diferente del estado Hi-Z. Voy a comprobar con más cuidado la próxima vez.
@DavidLS Input flotante significa lo mismo que Hi-Z. Si se ingresó con pull-up, entonces no flotaría, se levantaría. La entrada en los puertos CMOS GPIO tiene una impedancia muy, muy alta, y es fácil que la capacitancia parásita o las corrientes de fuga floten un pin de entrada digital alto durante una condición en la que ese pin no está siendo impulsado por nada (digamos que hay un IC en ambos lados, y ambos van HI-Z en modo de reinicio) cuando todo vuelve a estar en línea, uno de los dispositivos puede leer el valor flotante como un ALTO lógico cuando en realidad debería haber sido BAJO.

Respuestas (1)

Ese LED que está en la conexión del emisor a tierra de Q3A le causará un poco de dolor ya que solo tiene 3.3V (menos en realidad debido al divisor de voltaje R7 R8 en la base de Q3A) para conducir Q3A.

Arréglelo conectando el emisor Q3A directamente a tierra, pierda R8 y conduzca la base a través de R7, y conecte el LED de la fuente de Q1 a tierra a través de una resistencia de balasto adecuada.

De tu pregunta:

" OUTPUT4 es la salida de carga de alta potencia, que está conectada al terminal negativo de la batería a través de la tierra común del sistema". podría estar mejor redactado para indicar que un extremo de la carga, no la fuente de Q1, se conectará a la batería menos.

ah, sí, mi descripción de OUTPUT4 es confusa, lo arreglaré
Si tuviera que aumentar R8 a 100K, por ejemplo, por lo que el divisor de voltaje era casi insignificante y tenía efectivamente 3,3 V en la base del transistor NPN, el voltaje directo del LED es de 2 V, ¿serán suficientes 1,3 V?
Eche un vistazo a mi pregunta, las cosas adicionales que agregué al final, por favor.
No necesita R8, así que ¿por qué no simplemente deshacerse de él? En lo que respecta a la unidad base, debe observar el Vf (máx.) del LED en la corriente con la que lo manejará, agregarlo al Vbe de Q3A y luego observar la especificación baja de 3,3 V para ver si quedará suficiente espacio libre para conducir el transistor correctamente. Por otro lado, si usa Q1 para controlar el LED, puede ejecutar el emisor común Q3A y tendrá mucho control de la fuente de 3,3 V para ejecutarlo completamente cortado o saturado, lo que facilita la vida. ¿Qué está mal con eso?
Sí, he presentado algunas alternativas en mi pregunta que implementa ese y otro cambio similar. ¿Qué opinas?
Cierto, no NECESITAS R8, pero QUIERES R8 . Su función es garantizar que la base de la NPN se mantenga apagada mientras la salida de la MCU es de alta impedancia. Si no tiene eso, existe una gran posibilidad de que su potencia de salida se dispare cuando no lo desee, lo que podría volverse desagradable si está alimentando el Chop-O-Matic 5000™.
Me gusta la alternativa 2, pero no me interesan mucho las unidades de alta impedancia, por lo que bajaría R1 a 10k y bajaría R7 a 1k, lo que daría alrededor de 2,6 mA de unidad base y 26 mA de corriente de colector.
@Majenko: ¿Dónde dice que la MCU se vuelve HI-Z?
Es un MCU. Encuéntreme una MCU que comience con sus pines IO NO configurados en HI-Z (es decir, modo de entrada) cuando lo encienda y me retractaré de la declaración. También es válido si la MCU está apagada mientras la batería está encendida.
@Majenko: Haces un punto excelente.
@Majenko Si voy con la alternativa número 2, y también coloco una resistencia de 100K hacia abajo para mantener mi prevención de pin MCU flotante como discutió correctamente con EM Fields justo antes, ¿hay algo de qué preocuparse con el hecho de que estas salidas conmutadas van? a un conector, que podría sufrir ESD/idiotas, y tener R8 y su LED por ahí sin mucha protección? Desde entonces, he puesto un diodo Schottky en serie como protección de polaridad inversa de salida, ¿es prudente sujetar también ESD a todas estas salidas con conjuntos de diodos a GND? ¿Qué opinas de los campos EM?
Interruptor de alimentación MOSFET del canal P del lado alto: ¿pregunta sobre la compuerta y sugerencias para mi circuito?
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