PFET para encender/apagar el sistema

Hay un par de problemas con tu circuito. Trataré de abordarlos y responder a sus preguntas específicas. Mi respuesta se basa en su circuito "Versión 2".

Primero, el valor de R7 es un poco alto. Cuando la batería aún está en buen estado, esa resistencia mantiene la corriente en la base de Q1 muy baja, lo que permite que pase muy poca corriente a través del LED verde. Por lo tanto, la caída de voltaje en R5 es pequeña, lo que significa que Vce de Q1 será algo grande. Si es demasiado grande, habrá suficiente voltaje para encender Q2, lo que también activará el LED rojo. Recomendaría reducir R7 en un orden de magnitud. 4.7k debería funcionar mejor.

Creo que puede tener un malentendido sobre cómo funciona un MOSFET de canal P. Funcionan al revés de un canal N. Cuando el voltaje en la puerta es menor que el voltaje en la fuente , el transistor conducirá. Cuando el voltaje en la puerta es igual (o ligeramente menor que) la fuente, el transistor no conducirá. La forma en que tiene la puerta conectada, en realidad hará que suceda lo contrario. Cuando la batería está bien, el LED rojo no conduce. Usted evaluó correctamente que el voltaje en la parte inferior de R6 será aproximadamente igual al riel de alimentación. Eso hará que la puerta también sea igual al riel de alimentación, lo que significa que el Q4 estará apagado. Cuando el LED rojo esté conduciendo, el voltaje en la puerta se reducirá y hará que Q4 se encienda.

Probablemente hay varias formas de hacer que la compuerta de Q4 baje cuando el voltaje de la batería es alto y bajo cuando el voltaje de la batería es bajo. Personalmente, usaría una referencia de voltaje estable y un comparador para obtener una transición agradable y nítida. Pero para mantenerse en la línea de su diseño, aquí hay una alternativa que es similar al sabor de su circuito.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Puede ver que la lógica del transistor para encender y apagar Q4 es similar, pero toco el nodo entre D1 y R8 y lo introduzco en la base de un nuevo npn. Casi podría usar Q1 en lugar de colocar un nuevo transistor, pero la base de Q2 hace que la corriente fluya a través de D2, R5 y R9 y, por lo tanto, el voltaje allí no es exactamente el que queremos.

Una cosa a considerar con el apagado automático es que puede experimentar oscilaciones de energía. Cuando el circuito aguas abajo de U3 agota la batería lo suficiente como para que se active el corte, la relajación repentina de la batería puede hacer que su voltaje vuelva a subir por encima del umbral. Esto volverá a encender Q4, lo que hará que el circuito comience a drenar corriente nuevamente, lo que repetirá el ciclo. Posiblemente durante mucho tiempo. Si esto no es aceptable, tendrá que trabajar la histéresis en el circuito.

Para abordar su pregunta específica sobre D4, sí, puede usar ese diodo allí. Siempre que el voltaje en el VINpin de U3 tenga un rango aceptable después de la caída del diodo. Y, obviamente, D4 ​​debe poder manejar cómodamente la cantidad máxima de corriente en el circuito aguas abajo. Lo mismo es cierto, obviamente, para Q4. Además, debe tener en cuenta la caída de voltaje en Q4 debido al Rds (encendido) del transistor.

Dices que estás usando una batería de 9V. ¿Es esta una alcalina estándar de 9 V utilizada en detectores de humo y demás? Si es así, tengo curiosidad por saber cuánta corriente espera extraer de él. Ese tipo de baterías tienden a tener resistencias internas (relativamente) altas y no pueden generar mucha corriente antes de que su voltaje comience a caer considerablemente. Si solo está en los 10 de miliamperios, probablemente esté bien. Mucho más alto y es posible que tenga problemas de voltaje.

No estoy seguro de que el MOSFET del canal P esté sesgado correctamente. Sin embargo, tu otra lógica parece correcta. Q4 necesita la Puerta negativa con respecto a la Fuente para poder conducir. Por el contrario, si la Puerta se mantiene positiva, o cerca del mismo potencial que la Fuente, no conducirá.

Cambiaría las conexiones en Source and Drain. Además, debe haber una resistencia entre el riel V_Batt y la puerta. Esto asegura que el dispositivo pueda apagarse. Luego retire R12 y conecte la unión del colector R6 y Q2 directamente a la puerta Q4. Esto debería garantizar que pueda activar y desactivar Q4.