Cambiar (relativamente) alto voltaje desde el nivel lógico

La situación:

Básicamente, me gustaría cambiar una carga que requiere 30v usando un interruptor que no puede tener más de 5v. De manera más descriptiva, estoy tratando de conducir el ánodo de un segmento VFD desde la salida de un registro de desplazamiento (probablemente un 74HC595).

Lo que tengo hasta ahora:

Debido a que los segmentos son esencialmente de cátodo común, el ánodo debe cambiarse. Realmente no puede cambiar eso con un FET de canal N, ya que cuando la corriente fluye de drenaje a la fuente, la fuente estaría instantáneamente en ~ 30v, que siendo más alta que el voltaje de la puerta (5v), se apagaría instantáneamente (supongo ¿quizás alcanzaría el equilibrio con una conductancia muy baja?). Si se usó un FET de canal P, la puerta se puede subir al riel de 30v para apagarla, pero luego tiene 30v en la salida lógica, que está muy, muy lejos de las especificaciones. Aparte de cambiar la conexión a tierra de nivel lógico a 25v, lo que parece un gran dolor, lo mejor que se me ocurre es agregar un FET de canal N para controlar el FET de canal P principal y bajar la puerta de ese a tierra, así:

Circuito de interruptor de dos FET

(Lo mostré con solo un simple interruptor y carga en lugar de una salida IC y un ánodo flotante para que esto sea más aplicable y/o más fácil de entender para las personas con otras aplicaciones...)

La pregunta:

El problema que tengo con esto es que me parece un número excesivo de componentes para una tarea tan sencilla. Tiene que haber una forma más sencilla de cambiar el voltaje más alto, ¿verdad? Me siento realmente estúpido teniendo tantos problemas con algo tan simple, pero he pasado todo el día en eso, y esto (o cambiar el terreno lógico) es todo lo que he podido pensar. Supongo que en el gran esquema, es solo un transistor adicional y una resistencia adicional, pero se suma cuando manejas una gran cantidad de líneas...

Los voltios de la fuente de la compuerta Q1 serán demasiado altos.
Supongo que sabe que existen controladores VFD como MAX6922 que pueden controlarlos directamente. Supongo que el objetivo de este ejercicio es construir el tuyo propio.
@Autistic, solo mirando FET genéricos baratos, vi valores Vgs de 20v (en una parte Vds 60v), así que supuse que una parte de mayor voltaje no sería tan difícil de encontrar. Tomaré nota para no dar eso por sentado... ¡Gracias!
Supongo que estás haciendo algo como kerrywong.com/2013/06/13/… pero con FET.
@RespawnedFluff, No, no, no lo hice... Simplemente asumí que los VFD eran una tecnología antigua y que no habría controladores genéricos para ellos (solo los personalizados para módulos integrados, como Noritake, etc.). En parte, esa es la razón por la que los elegí, ya que pensé que me obligaría a dar el siguiente paso en las experiencias de aprendizaje (la última pantalla que hice fue solo LED de siete segmentos impulsada por un MM5450). Además nunca antes había usado tubos :P.
Puede simplificar el circuito de la unidad utilizando un suministro negativo.
Acabas de descubrir el "cambio de lado alto". Me encanta cuando aprendemos de la experiencia. Y no, no es trivial, por las mismas razones que dijiste.
Mire ISL24010. No recomendado para nuevos diseños, pero disponible en Digikey.

Respuestas (3)

De hecho, puede deshacerse de Q2, aunque una parte normal de drenaje abierto tendrá problemas con el alto voltaje en el drenaje ya que el FET de salida se romperá: ¡los FET de salida HCMOS normales no están clasificados para conducir 30V! Sin embargo, una pieza como la TPIC6B595 hará el trabajo; eso allí mismo ahorrará significativamente en el número de piezas.

Una vez que haya manejado el cambio de nivel, puede usar una matriz de interruptores de lado alto para encargarse del resto del trabajo. (Ah, y el pullup en la salida del TPIC6B595 puede ser un paquete de resistencias, si eso te ayuda).

O bien, puede simplemente usar una matriz integrada de palanca de cambios de nivel/conductor de lado alto.

Estoy marcando esto como la respuesta, al menos por ahora, ya que el TPIC6B595 al que se hace referencia parece ser una buena solución (en mi caso, supongo que no tanto en el caso genérico de un simple interruptor). Sé a lo que te refieres con las matrices de transistores; Solo he podido encontrar como máximo dos en un SOT363, e incluso eso no tiene mucha selección...
"las matrices PMOS de potencia no existen"? Ver mi respuesta para algunos. Supongo que depende de lo que entiendas por "poder". Ok, algunos hacen trampa al tener una bomba de carga y N-mosfets adentro. Pero desde la perspectiva del usuario, son solo conjuntos de interruptores de lado alto.

Tiene que haber una forma más sencilla de cambiar el voltaje más alto, ¿verdad?

No, no lo hay. No desde el lado alto. Sin embargo, puede colocar un solo FET de canal N en el lado bajo de la carga.

Si usa un dispositivo de drenaje abierto o de colector abierto donde tiene su interruptor de 5V, puede reducir el número de piezas eliminando Q2. Pero conceptualmente es lo mismo.

Además, existen interruptores de lado alto integrados que incorporan Q2. Puede ser frustrante encontrarlos para su aplicación porque muchos de ellos solo suben a 8 V en el lado alto (cambian de niveles realmente bajos como 1,8 V), por ejemplo, TPS27081A , NTJD1155L , Si3865DDV . IPS511 funcionaría para usted en cuanto al voltaje, pero tiene más cosas de las que probablemente desee [protección contra sobrecalentamiento, etc.] y no sé si aún puede comprarlo. Date una vuelta, seguro que hay más.

Existen algunas matrices de controladores/interruptores de lado alto de este tipo; TPD2005F funcionaría y tiene entradas paralelas. Este "hace trampa" al tener una bomba de carga y N-MOSFETS como salidas. Hay muchos más con entradas en serie, por ejemplo, AMIS-39101 . Por supuesto, podría simplemente comprar una matriz de este tipo dedicada a VFD en este momento, por ejemplo, MAX6922 , o incluso una matriz + controlador integrado como STM86312 .

Cuál de estos elegir depende de cuánto ejercicio de bricolaje quieras hacer de esto...

Este circuito tiene un problema: cuando Q2 se enciende, pondrá 30 V en R1, que también es el VGS de Q1, y esto excederá significativamente su especificación.

Hay algunas formas de arreglar esto, pero la más robusta es poner un zener de 5 V en paralelo con R1 para mantener un voltaje razonable. Ahora, para controlar la corriente total, debe colocar una nueva R en la fuente de Q2.

Asumiendo que sus requisitos de velocidad son simples, aquí hay algunos buenos valores para usar:

R2: No crítico, 10k o 100k funcionarían. R1: controla la velocidad de apagado de Q1: 1k o 10k pueden ser adecuados (depende del FET y de los requisitos de velocidad). Seleccione 10k

Rnew -- necesita conducir 5V/10k = 0.5 mA. Cuando maneja la puerta de Q2 con (digamos) 5 V, y VTH es de 2 V, hay 3 V a través de este R ==> R = 3V/0.5 mA = 6k ohm -- use 4.7k.

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