Control de la tensión y de la carga a través de un interruptor de lado alto desde un microcontrolador

Question

Estoy construyendo un circuito uC alimentado por batería con un LED RGB. El LED es de cátodo común, por lo que el circuito para la conmutación de los elementos del LED tiene que ser de lado alto. El LED es un LED de alta corriente, por lo que no puede ser impulsado por el uC directamente.

Para ahorrar energía, estaba planeando que el uC (AVR ATmega328) funcionara a cualquier voltaje que las 2 pilas AAA proporcionaran (1,8-3,0V), mientras que los LEDs necesitan ser conducidos a 4,0V para tener en cuenta la caída de tensión de los LEDs - el plan era utilizar un convertidor de refuerzo para alimentar los LEDs. Me preguntaba cuál es la mejor manera de conducir la salida del LED desde el uC. Se me ocurren algunas formas:

Interruptor PNP BJT con tres diodos

La documentación del AVR indica que el chip no puede "ver" más de 0,5V por encima de Vcc en ninguno de los pines, por lo que una opción sería utilizar un diodo \$V_{forward}\$ para presentar un voltaje más bajo al uC:

¿Quizás se pueda omitir el D1? No estoy seguro de que haya una caída de tensión E->B en un transistor PNP.

MOSFET de canal P con un BJT NPN

Otra opción es controlar el MOSFET de canal P con un BJT NPN

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Interruptor MOSFET de canal N de lado alto

Esto requiere una bomba de carga o algo equivalente, por lo que me inclino por esta solución.

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Actualmente me inclino por la segunda solución, sin ninguna razón en particular. ¿Hay otras soluciones que debería considerar? ¿Hay otras consideraciones que debería tener en cuenta?

Answer 1

Sí, creo que la opción 2 es la más sencilla del lado alto. Reemplazar Q1 con un BSS138, y usted puede tener una solución simple todo MOSFET con piezas discretas.

Alternativamente, si te parece bien comprar CIs, puedes usar un CI como el TPS2557 (que es un interruptor de carga de canal N con bomba de carga incorporada), o una pieza integrada de doble N/P como el Si3865DDV que básicamente exprime el circuito de la opción 2 en un paquete conveniente. También ocuparía menos espacio que la solución discreta, y ofrece algunas características de protección, como la limitación de corriente, si se desea. También puedo entender el atractivo de construir algo con piezas que tienes por ahí.

Un dispositivo de canal N tendrá una resistencia de encendido más baja que un dispositivo de canal P comparable, pero requiere una bomba de carga como has dicho.

Por último, incluso con una solución MOSFET, yo personalmente mantendría R2 allí y lo haría 1k o así, además de añadir un pull-down a su pin de habilitación de la UC para que cuando esté en el reinicio, los LEDs permanezcan apagados. Manteniendo R2, si dejas caer un destornillador o algo a través de la puerta del MOSFET a GND, limita la corriente que puede fluir desde el pin de la UC.

Esta es la solución discreta:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Answer 2

Voto por la segunda solución porque la primera es algo dudosa con respecto al voltaje de la batería 2AA, el Vbe de Q1, y las caídas de diodos necesarias, mientras que la segunda solución es sólida como una roca, especialmente con respecto a la imposibilidad de retroalimentar la E/S del MCU a cualquier tensión positiva.