¿Problema de fuga del interruptor Mosfet del lado alto?

No estaba seguro de cómo titular esto, pero aquí está:

Estoy depurando uno de mis interruptores de ENCENDIDO/APAGADO de la celda tipo moneda. El circuito es el siguiente:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Básicamente, un interruptor lateral alto para la celda de moneda que alimentaría un uC.

Probé el MOSFET nombrado en el esquema y también FDY4000CZ, ambos tienen el mismo problema:

El problema es que veo un nivel lógico prematuro en "uC GPIO", que

1) cuando se aplica energía, Vcoin se une ligeramente.

2) Al quitar la energía, el MOSFET hace algunos 'saltos'. En casos frecuentes, sigue oscilando entre encendido y apagado, lo que es muy peligroso para la celda de moneda, ya que puede agotarse.

  • Así que aquí simplemente elimino toda la energía (3.3V y Vcoin) después de un tiempo de ejecución. uC GPIO es alto. uC Vcc está disminuyendo lentamente debido a la capacitancia y uC está en modo de reposo. En un punto, ~ 1.6V, el interruptor MOSFET se cierra y corta la energía: todo está bien.

  • Pero luego uC GPIO da un salto extraño, ¡esto no debería suceder! Una de mis buenas unidades no hace eso, mismo mosfet, mismo circuito...

Eliminación de energíaCH1: amarillo, uC GPIO

Nada más adjunto para esta medida.

  • Aquí estoy bajando manualmente el voltaje de Vcoin (de la fuente de alimentación) hasta el corte, pero ahora puedo ver algo de oscilación, como si el uC intentara alimentarse a sí mismo desde Vcoin, pero no puede, ya que uC GPIO se autocarga alto y luego baja de nuevo. - Nada de eso se programa vía FW.

( Nota: uc GPIO NO aumenta en el inicio, por lo que no parece ser un problema de FW de inicio. Entonces, ¿debe haber alguna fuga?)oscilación_encendido_apagado

  • CH1: amarillo, uC GPIO
  • CH2: magneta, Puerta de M2
  • CH3: violeta, uC Vcc
  • (ignorar CH4)

Primer plano de los pequeños picos:ingrese la descripción de la imagen aquí

Todos los canales igual que antes. CH1: amarillo, uC GPIO CH2: magneta, puerta de M2 ​​CH3: púrpura, uC Vcc CH4: azul, ahora es actual de Vcoin.

No tengo ideas, por qué sucede esto o cómo la fuga puede hacer que uC GPIO sea alto por un momento...

(Las resistencias de tracción podrían ser demasiado altas o débiles, pero no puedo bajar mucho más (he visto que 500k resuelven este problema de oscilación) porque necesito mantener el consumo de corriente para este circuito muy bajo. Estas resistencias de 10M me permiten dibujar ~ 5uA promedio en total, lo que sería ideal).

¿Por qué tienes dos diodos paralelos (D2 y D3)?
¿Vcoin significa que obtenemos cambio gratis (dinero) después de un corte de energía? ;) Si deriva la capacitancia interna de drenaje a puerta con un límite a través de Vgs, ¿se salta el transitorio?
@Hearth Para permitir una mejor capacidad de corriente de 3.3V directamente. Un diodo puede causar discrepancias entre diferentes lotes, por lo que dos diodos promedian un poco.
@SunnyskyguyEE75 Ja, desafortunadamente no, pero recibo una señal gratuita en GPIO durante un corte de energía, solo necesito recolectarla. Hmm, lo intentaré. Informará pronto.
Siempre que sepa que la corriente no se dividirá uniformemente entre los diodos.

Respuestas (3)

Mi primera impresión fue que R1 y R2 son demasiado grandes. 10M puede considerarse como un circuito abierto en algunas aplicaciones.

Intente reducir esas resistencias y vea si sus oscilaciones persisten.

Si las oscilaciones se detienen, puede volver a aumentar la resistencia, pero desvíelas con condensadores cerámicos de pequeño valor para proporcionar un retorno de baja impedancia para los transitorios.

Diseñar sistemas de baja potencia no es fácil y estará tentado a usar valores de resistencia muy altos, pero a menudo causan problemas como el que usted describe.

Sí, también lo mencioné (probablemente me perdí en mi larga divagación: D) "(Las resistencias de tracción podrían ser demasiado altas, también conocidas como débiles, pero no puedo bajar mucho más (he visto que 500k resuelven este problema de oscilación) porque Necesito mantener muy bajo el consumo de corriente para este circuito. Estas resistencias de 10M me permiten obtener un promedio de ~5uA en total, lo que sería ideal.)" Esa fue una de las primeras cosas que probé, así que quería ver si algo más ayuda, antes de hacer ese intercambio.

No hay garantías, pero he obtenido buenos resultados en situaciones muy similares al agregar una pequeña cantidad de histéresis a la entrada de control.
En este caso, por ejemplo, coloque una pequeña resistencia Rh en la fuente de FET M1 y devuelva R2 a la parte superior de Rh. Qué tan pequeño es "pequeño" es una cuestión de experimentación o posiblemente de diseño, aunque en este caso hay suficientes incertidumbres como para que la experimentación sea probablemente un buen comienzo.

Cuando uCGPIO es bajo, M1 está apagado y la parte superior de Rh está en el suelo.
Cuando uCGPIO sube, M1 se enciende, la corriente en Rh produce un pequeño voltaje positivo en Rh y el voltaje en la puerta M1 aumenta.

Este efecto PUEDE incrementarse ligeramente colocando una resistencia Rd de, por ejemplo, 1 M entre la unión M1gate/R2 y uCGPIO. Lo que esto hace es proporcionar un divisor de voltaje más formal formado por [Rd] - [R2 - Rh].
Sin Rd, el aumento de voltaje proporcionado por Rh está intentando "elevar" uCGPIO, que es de baja impedancia. Con Rd, el voltaje en la puerta puede ser 'elevado' por el voltaje en Rh, ya que Rd aísla la unidad uC de baja impedancia.

Con un poco de suerte :-).

Gracias, lamentablemente no pude probar esto porque mi hardware no me permite tener estas ediciones. Así que terminé con otra 'solución'.

Decidí agregar mi propia respuesta, ya que hice algo más que otros proporcionaron aquí.

Terminé usando un MOSFET diferente, a saber, FDY4000CZ.

Mostró resultados más estables incluso con mis actuales resistencias de subida y bajada altas. Entonces, en cierto modo, la respuesta de @swles fue la más cercana y también confirmó mis sospechas, pero no fue una buena solución con el MOSFET original, ya que necesitaba usar resistencias de ~ 500k que aumentan mucho el bajo consumo de energía.

Pero reemplazar el MOSFET actual por otro, que tiene un voltaje de umbral ligeramente más alto, no produce oscilaciones tan largas y se apaga después de algunos picos.

Al menos el circuito se cierra y no descarga mi celda de monedas. Puedo vivir con ello :).

¿Problema de fuga del interruptor Mosfet del lado alto?
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