Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Latch startet im falschen Zustand


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von Thomas S. (schlot)


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Hallo,

ich versuche ein Latch aus einem PNP und einem NPN Transistor zu bauen.

Was ich damit tun möchte: Nach einem LTC4368 (Überspannungs-, 
Unterspannungs- und Maximalstromüberwachung) wird über einen DC/DC 
Konverter eine Mikrocontrollerschaltung betrieben. Diese Schaltung soll 
in bestimmten Fehlersituationen ihre eigene Betriebsspannung ausschalten 
können. Ich möchte also den ~SHDN-Eingang des LTC4368 mit dem 
Mikrocontroller herunterziehen können und die soll dann da bleiben bis 
zum Unterbrechen der Versorgungsspannung. Starten soll das ganze 
natürlich in dem Zustand, in dem ~SHDN high ist. Siehe Bild im Anhang.

Mein Problem ist, dass das Latch sehr empfindlich ist und meistens schon 
beim Anlegen der Spannung in den Zustand kippt, in dem beide 
Transistoren in Sättigung gehen.

Ich habe das Latch noch einmal auf einem Breadboard mit einem BC547 / 
BC557-Paar aufgebaut und kann das Verhalten auch da sehen. Die Schaltung 
löst sehr empfindlich aus, schon Antippen mit einer Messspitze genügt. 
Durch Kurzschließen der NPN-Basis an Masse oder der PNP-Basis an VCC 
kann ich das Latch aber, einmal eingeschaltet, in beide Zustände kippen 
und es bleibt dann jeweils da.

In der Simulation sah das alles recht gut aus, da habe ich natürlich 
aber auch keine kapazitiven Randeffekte beim Einschalten.

Hat jemand eine Idee, wie ich die Schaltung robuster bekomme, so dass 
sie im richtigen Zustand startet und nicht sofort kippt, sobald draußen 
ein Vogel vorbeifliegt?

Q304, D304 und R306 sind ein Verpolschutz für das Latch, der soweit 
funktioniert und denke ich hier für die Fragestellung ignoriert werden 
kann.

von Wolfgang (Gast)


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Thomas S. schrieb:
> Mein Problem ist, dass das Latch sehr empfindlich ist und meistens schon
> beim Anlegen der Spannung in den Zustand kippt, in dem beide
> Transistoren in Sättigung gehen.

Vielleicht hilft ein Kondensator, um beim Anlegen der Spannung eine 
kleine Verzögerung zu erreichen und dadurch für einen definierten 
Zustand zu sorgen.

Simuliere die Schaltung mit LTSpice. Dann siehst du genau, was passiert 
und wo es kritisch ist.

von Thomas S. (schlot)


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Danke für Deine Antwort, Wolfgang.

Wolfgang schrieb:
> Simuliere die Schaltung mit LTSpice. Dann siehst du genau, was passiert
> und wo es kritisch ist.

Das hatte ich vor dem Aufbau (leider schhon eine Weile her, ich finde 
die Datei gerade nicht) schon gemacht. Ich hatte auch die Leckströme (50 
nA über die C-E Strecken der Transistoren und gleiche Größenordnung in 
den ~SHDN Eingang) als Stromquellen mit eingezeichnet.

Ergebnis war in der Simulation, dass, wenn das Latch aus ist, mangels 
Stromfluss keine Spannung an den B-E Dioden der Transistoren anliegt und 
sie komplett sperren sollten.
Erst wenn ausreichend Strom fließt, um über den Widerständen eine 
Spannung abfallen zu lassen, die die Diode vorwärts polt, konnte ein 
kleiner Strom fließen, der sich dann über die Mitkopplung verstärkt und 
die Schaltung zum Kippen bringt.

> Vielleicht hilft ein Kondensator, um beim Anlegen der Spannung eine
> kleine Verzögerung zu erreichen und dadurch für einen definierten
> Zustand zu sorgen.

Das hätte ich als Lösung vermutet, wenn man das Latch mit FETs aufbaut: 
Pull-Widerstände und Kapazitäten, die erst einmal umgeladen werden 
müssen, um den Zustand an den Gates zu ändern.

Ich ging davon aus, dass wenn ich BJTs nehme und der Strom vor dem 
Anschließen 0 A ist, dann zuerst irgendwoher ein nennenswerter Strom 
fließen muss, um die Transistoren in den linearen Zustand zu bringen.

Wo ist mein denkfehler? Sind die Transistoren zu schnell und reagieren 
damit auf geringste induktive / kapazitive Einflüsse?

von Mario M. (thelonging)


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Thomas S. schrieb:
> irgendwoher ein nennenswerter Strom
> fließen muss

Vielleicht die sich aufladende Eingangskapazität von /SHDN? Entweder 
Vorwiderstand in die Leitung zu /SHDN oder Kondensator parallel zu R310.

P.S.: Q304 sieht überflüssig aus.

von Michael B. (laberkopp)


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Thomas S. schrieb:
> Mein Problem ist, dass das Latch sehr empfindlich ist und meistens schon
> beim Anlegen der Spannung in den Zustand kippt, in dem beide
> Transistoren in Sättigung gehen.

Funktioniert also einfach nicht.

Thomas S. schrieb:
> Hat jemand eine Idee, wie ich die Schaltung robuster bekomme

Andere Schaltung benutzen.

von Thomas S. (schlot)


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Michael B. schrieb:
> Andere Schaltung benutzen.

Wie würdest Du sie aufbauen? Gibt es dazu ein gutes Referenzdesign?

von Helmut L. (helmi1)


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Thomas S. schrieb:
> Wie würdest Du sie aufbauen? Gibt es dazu ein gutes Referenzdesign?

Und warum probierst du nicht einfach mal aus ein kleines C (einige nF) 
zwischen den Basis und Emitter Anschluessen zu schalten.

von Thomas S. (schlot)


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Helmut L. schrieb:
> Thomas S. schrieb:
>> Wie würdest Du sie aufbauen? Gibt es dazu ein gutes Referenzdesign?
>
> Und warum probierst du nicht einfach mal aus ein kleines C (einige nF)
> zwischen den Basis und Emitter Anschluessen zu schalten.

100 nF zwischen Pins 1 und 2 am PNP und es läuft wie erwartet.

Danke!

von ... (Gast)


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> 100 nF

Ganz schoen reichlich.
100 pF sollten es auch tun.

von Thomas S. (schlot)


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... schrieb:
>> 100 nF
>
> Ganz schoen reichlich.
> 100 pF sollten es auch tun.

Das mag sein, aber 100n hatte ich gerade auf Gurt neben meiner Hand 
liegen. :o)

Ich werde berichten, ob das Problem nachhaltig gelöst ist.

Rein interessehalber aber noch die Frage: Die „Lösung“ hier wirkt mir 
wie ein Workaround. Mich würde interessieren, wie ihr diese Schaltung 
auslegen würdet, wenn das langfristig robust über den gesamten 
Temperaturbereich und zuverlässig, z. B. auch bei langsam / schnell 
ansteigender Betriebsspannung funktionieren soll. Also eine robuste 
Lösung, weil ich ähnliche „Power latch“ Problematiken schon in vielen 
Hobbyprojekten hatte und immer mit gestückelten Lösungen bekämpft habe.

von Jens G. (jensig)


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Thomas S. schrieb:
> ... schrieb:
>>> 100 nF
>>
>> Ganz schoen reichlich.
>> 100 pF sollten es auch tun.
>
> Das mag sein, aber 100n hatte ich gerade auf Gurt neben meiner Hand
> liegen. :o)

Solange es nicht auf flottes Timing ankommt, ist es nicht "ganz schön 
reichlich". Also laß die 100n drin, wenn schnell genug

> Ich werde berichten, ob das Problem nachhaltig gelöst ist.
>
> Rein interessehalber aber noch die Frage: Die „Lösung“ hier wirkt mir
> wie ein Workaround. Mich würde interessieren, wie ihr diese Schaltung
> auslegen würdet, wenn das langfristig robust über den gesamten
> Temperaturbereich und zuverlässig, z. B. auch bei langsam / schnell
> ansteigender Betriebsspannung funktionieren soll. Also eine robuste
> Lösung, weil ich ähnliche „Power latch“ Problematiken schon in vielen
> Hobbyprojekten hatte und immer mit gestückelten Lösungen bekämpft habe.

Ist kein Workaround. Wenn die Schaltung zu flott ist, und irgendwelche 
kapazitiv eingekoppelten Störungen zum Umschalten führen, muß man es 
eben so machen. Macht man schließlich überall, die Bandbreite nur so 
hoch wie nötig zu machen, um das Ganzte störunempfindlicher zu machen.
Da kann auch der Laberkopp nix besseres bieten ...

von Helmut L. (helmi1)


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Thomas S. schrieb:
> Rein interessehalber aber noch die Frage: Die „Lösung“ hier wirkt mir
> wie ein Workaround.

Ist es nicht. Jede Digtale Schaltung mit Speicherelementen braucht eine 
Reset-Schaltung.  Auch bei Integrierten Flip-Flops ist nicht 
sichergestellt in welcher Lage sie sich nach dem einschalten befinden.

von Thomas S. (schlot)


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Klingt einleuchtend. Danke Euch für die Hinweise.

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