Warum überhaupt ein P-MOSFET?
Wenn wir eine Last auf der High-Side schalten wollen, also zwischen Versorgungsspannung und Last, wäre ein N-MOSFET zunächst naheliegend. Das Problem: Damit ein N-MOSFET richtig durchschaltet, muss das Gate höher als die Source-Spannung liegen.
Bei einer 12-V-Versorgung müsste das Gate also beispielsweise auf deutlich mehr als 12 V gebracht werden. Dafür braucht man einen High-Side-Gate-Treiber bzw. eine entsprechende Schaltung.
Beim P-MOSFET ist es genau umgekehrt:
- Source liegt an +12 V
- Gate ebenfalls auf +12 V → → aus
- Gate wird auf 0 V gezogen → → ein
Damit lässt sich ein P-MOSFET sehr einfach als High-Side-Schalter einsetzen.
Genau das macht ihn für einfache Schaltungen interessant: Man kann eine Last auf der positiven Versorgung schalten, ohne einen speziellen High-Side-Treiber zu benötigen.
Der Nachteil: P-MOSFETs haben meist einen höheren RDS(on) als vergleichbare N-MOSFETs. Bei höheren Strömen ist deshalb häufig ein N-MOSFET mit Gate-Treiber die bessere Lösung.
Warum nicht einfach Low-Side schalten?
Bei vielen Anwendungen ist ein N-MOSFET als Low-Side-Schalter die einfachste und effizienteste Lösung:
Der Nachteil: Beim Ausschalten wird die Masse der Last von GND getrennt während die Versorgung angelegt bleibt.
Bei einer einfachen Last wie in dieser Beispielschaltung ist das kein Problem. Bei elektronischen Baugruppen mit Kommunikationsschnittstellen kann es aber interessant werden!
Beispiel: Eine I²C-Last
Angenommen, ein Mikrocontroller soll ein externes I²C-Gerät abschalten können um zum Beispiel Energie zu sparen. Hier in diesem Fall einen MAX31865 RtD-Converter. Es ist völlig ausreichend wenn alle 5 Minuten die Temperatur gemessen wird, die restliche Zeit muss der MAX31865 ausgeschaltet werden. Das kann relevant sein bei z.B.: batteriebetriebenen Geräten.
Würde man Low-Side schalten, wäre der MAX31865 weiterhin mit VCC verbunden, während SDA und SCL mit dem µC verbunden blieben. Das ist ein sehr unschöner Zustand und es besteht die Gefahr von Backpowering über die Datenleitungen zum µC. Deshalb ist es in diesem Fall wichtig High-Side die Versorungsspannung und auch die Pull Up Widerstände komplett abzuschalten.
Hier eine Beispielschaltung:
Fazit
Ein P-MOSFET ist besonders interessant, wenn eine Last auf der High-Side geschaltet werden soll und man ohne aufwendigen High-Side-Treiber auskommen möchte.
Bei einfachen Lasten kann ein N-MOSFET auf der Low-Side vollkommen ausreichend sein.
Bei elektronischen Baugruppen mit Kommunikationsschnittstellen wie I²C kann High-Side-Schalten mit einem P-Channel MOSFET jedoch Vorteile haben.