Безопасно ли управлять MOSFET с выходного контакта микроконтроллера?

Я использовал общедоступные BJT, такие как 2N2222 и 2N3904, в качестве переключателей, управляя ими в «режиме насыщения» с моего MCU. Однако я считаю, что для такого рода приложений более подходящим устройством является MOSFET. Однако у меня есть несколько вопросов.

1) Есть ли у MOSFET «режим насыщения», как у BJT? Достигается ли это «насыщение» простым обеспечением достаточно высокого напряжения на базе, чтобы полевой МОП-транзистор был полностью «включен»?

2) Безопасно ли управлять полевым МОП-транзистором напрямую от микроконтроллера? Я понимаю, что затвор MOSFET ведет себя как конденсатор и поэтому потребляет некоторый ток во время «зарядки», а затем не потребляет. Достаточно ли высок этот зарядный ток, чтобы повредить вывод MCU? Поместив резистор последовательно с затвором, я могу защитить контакт, но это замедлит работу переключателя, что может привести к сильному рассеиванию тепла полевым МОП-транзистором?

3) Какой MOSFET-транзистор подходит для различных ситуаций с низким энергопотреблением? IE, какой МОП-транзистор эквивалентен 2N2222 или 2N3904?

"более подходящий" звучит глупо для меня. Обычно BJT дешевле, поэтому я бы использовал FET, только если BJT не подходит.
Обычно я поступал наоборот: использовал полевой МОП-транзистор, если мне не нужен биполярный транзистор. Они оба дешевые. Мощность, затрачиваемая на R_DSON MOSFET, обычно меньше, чем на V_CESAT BJT. Вы платите мощность только за переключение МОП-транзистора, а не за то, чтобы он оставался включенным, что снижает рассеивание мощности как в транзисторе, так и в части, которая им управляет, особенно если переключение происходит нечасто. МОП-транзисторы обычно доходят до шины, потому что V_CESAT отсутствует. Недостатком является то, что полевой МОП-транзистор не пропускает постоянный ток по всему фронту, поскольку он выглядит как резистор; это замедляет переключение емкостной нагрузки.

Ответы (5)

Многим мощным полевым МОП-транзисторам требуется высокое напряжение затвора для сильноточных нагрузок, чтобы обеспечить их полное включение. Однако есть модели с входами логического уровня. Спецификации могут вводить в заблуждение, они часто указывают напряжение затвора для тока 250 мА на первой странице, и вы обнаружите, что им нужно, скажем, 12 В для 5 А.

Если полевой МОП-транзистор управляется выходом микроконтроллера, рекомендуется заземлить затвор резистором. Выводы MCU обычно являются входами при сбросе, и это может привести к тому, что вентиль на мгновение запустится, возможно, включив устройство, пока программа не запустится. Вы не повредите выход MCU, подключив его напрямую к затвору MOSFET.

BS170 и 2N7000 примерно эквивалентны упомянутым вами BJT. Zetex ZVN4206ASTZ имеет максимальный ток стока 600 мА. Однако я не думаю, что вы найдете небольшой полевой МОП-транзистор, который может работать от 3,3 В.

2N7000 имеет максимальный ток 200 мА, а 2N2222 имеет максимальный ток ~ 600 мА. есть ли в этом районе что-то, чем легко управлять с микроконтроллером 3,3 В?
Какое число я ищу, чтобы определить, достаточно ли 3,3 В для включения MOSFET? 2N7000 от Phillips имеет VGS (th) (пороговое напряжение затвор-исток) 2 В тип. Означает ли это, что 2 В полностью «включит» полевой МОП-транзистор или едва «включит»?
Вы, вероятно, получите только 1 мА через него с 2 В на затворе, согласно техническому описанию.
@Марк Едва ли. Это как просто превышение порогового напряжения на биполярном транзисторе. К сожалению, с MOSFET у вас нет экспоненциальной характеристики.
@ Леон Хеллер Я нашел BS108, но он имеет значительно меньший ток, чем 2N2222. По токовым характеристикам больше похож на 2N3904. Он дороже, чем аналогичный BJT, и его нет в наличии ни на Mouser, ни на Digi-key.
@ Леон Хеллер Мне кажется, что когда они говорят «МОП-транзистор логического уровня», на самом деле они имеют в виду «МОП-транзистор логического уровня 5 В». МОП-транзисторы, которые могут пропускать разумный ток при 3,3 В, кажутся немногочисленными. Думаю, я останусь со своими верными BJT.
Я уже много лет управляю полевыми МОП-транзисторами в корпусе SC-70 с напряжением 1,8 В. Первый параметр, который нужно проверить, это V_GS(th), как отметил Марк. Это примерно эквивалентно V_IH для входа CMOS, если n-канальный, или V_IL для p-канала. Другими словами, проехать мимо этого значения. В поисках аналога 2222 нашел AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND). 55 В, 2,1 А, SOT-23, V_GS(th) макс. 2,0 В, тип. 1,3 В, r_DSON 130 мОм при 3,3 В. Стоимость такая же, как у P2N2222AG. Для нагрузки 500 мА 2222 имеет V_CESAT=1,0 В (рассеиваемая мощность 500 мВт), а AO3422 имеет V_DS=0,065 В (рассеиваемая мощность 32,5 мВт). Полевые транзисторы остывают .
При покупке полевых МОП-транзисторов следует помнить, что нельзя преждевременно ограничивать V_DS или I_D при поиске! Эти цифры намного выше для полевых транзисторов, чем вы привыкли видеть для биполярных транзисторов при определенной нагрузке. Обратите внимание, что характеристики AO3422 (V_DS=55 В, I_D=2,1 А) намного выше, чем у аналогичного 2N2222 (V_CE=50 В, I_C=0,8 А); это из-за КПД! Причина, по которой вы не видите «типичных МОП-транзисторов», как у биполярных транзисторов или диодов (1N4148 и т. д.), заключается в том, что МОП-транзисторы появились позже, когда их производило больше компаний, и было гораздо меньше мотивов для копирования стандартных деталей конкурентов. .
@MikeDeSimone: «Первый параметр, который нужно проверить, — это V_GS (th), как заметил Марк. Он примерно эквивалентен V_IH для входа CMOS, если n-канальный, или V_IL для p-канала. Другими словами, проехать мимо этого значения. " Нет нет нет. Все, что означает V_GS(th), это то, что вы преодолели указанный ток. МОП-транзистор не считается включенным до тех пор, пока устройство не будет полностью резистивным в определенном диапазоне токов. Это требует более высокого напряжения, чем V_GS(th), и обычно не указывается до гарантированных спецификаций Rdson, где-то в диапазоне 4,5–10 В (иногда при более низких напряжениях).
@JasonS: Хорошие моменты! Рассмотрим Toshiba SSM3K329R , рекламируемый как «привод 1,8 В», но, как вы заметили, R_DSON = 289 мОм при V_GS = 1,8 В, тогда как при более высоком напряжении оно намного ниже, 126 мОм при V_GS = 4,0 В! Кроме того, как видно на графике R_DSON-I_D на стр. 4, сопротивление гораздо меньше зависит от I_D при более высоком значении V_GS. Но еще не все потеряно! Если приложение имеет I_D < 1 А, то V_GS = 1,8 В дает близкое к плоскому R_DSON. Также следует отметить кривую Миллера (нижняя страница 5), где пороговое значение V_GS составляет около 1,5 В.
Я не уверен, что вы подразумеваете под «я не думаю, что вы найдете небольшой полевой МОП-транзистор, который может работать от 3,3 В». Существует множество приводных МОП-транзисторов на 2,5 В, например диоды.com /_files/datasheets/ZXMN2F34FH.pdf Основная проблема для любителей заключается в том, что они слишком маленькие, а не слишком большие с точки зрения корпусов; обычно SOT-23 и более привлекательные (блоки питания и т. д.), если вам нужен также большой ток, например, fairchildsemi.com/datasheets/FD/FDMA430NZ.pdf

В целом это безопасно и будет работать, если вы выберете полевой МОП-транзистор с «логическим уровнем». Обратите внимание, что «логический уровень» не является точно стандартизированным термином, и он не обязательно будет отображаться в качестве параметра в параметрическом поиске на сайтах поставщиков, а также не обязательно будет отображаться в таблице данных. Однако вы обнаружите, что полевые МОП-транзисторы с логическим уровнем часто имеют букву «L» в номере детали, например: IR540 (нелогический уровень) против IRL540 (логический уровень). Важно заглянуть в таблицу данных и проверить значение VGS (пороговое значение) и посмотреть на график, показывающий текущий расход в зависимости от VGS. Если VGS (порог) равен 1,8 В или 2,1 В или около того, а «колено кривой» на графике составляет около 5 вольт, у вас в основном есть полевой МОП-транзистор логического уровня.

Для примера того, как выглядят спецификации полевого МОП-транзистора логического уровня, ознакомьтесь с этой таблицей данных:

http://www.futurlec.com/Transistors/IRL540N.shtml

Рисунок 3 — это график, который я имел в виду.

При всем при этом я вижу, что многие люди по-прежнему рекомендуют использовать оптоизолятор между микроконтроллером и полевым МОП-транзистором, просто для дополнительной безопасности.

Re: насыщение: да, но по ошибке это не называется насыщением (что на самом деле соответствует линейной области в биполярных транзисторах). Вместо этого посмотрите таблицы данных и номинальное сопротивление Rdson во включенном состоянии, которое указано при определенном напряжении затвор-исток для каждой детали. МОП-транзисторы обычно имеют одно или несколько из следующих значений: 10 В, 4,5 В, 3,3 В, 2,5 В.

Я бы поставил в цепь два резистора: один от затвора к земле, как упомянул Леон (на самом деле я поставил его от выхода MCU к земле), а другой между выходом MCU и затвором, чтобы защитить MCU от входа. если MOSFET неисправен.

Больше обсуждений в этой записи блога .

Что касается того, какой МОП-транзистор использовать, то на самом деле нет аналога 2N3904/2N2222.

2N7000, вероятно, самый распространенный и дешевый полевой транзистор. Что касается других полевых транзисторов Jellybean, я бы посмотрел на Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P.

Для следующего шага (более высокий уровень мощности) я бы посмотрел на IRF510 (100 В) или IRFZ14 (60 В), оба в TO-220, хотя это базовые полевые транзисторы, рассчитанные на 10 В затвор-исток. Полевые транзисторы логического уровня (IRL510, IRLZ14) имеют Rdson, указанный при напряжении затвор-исток 4,5 В.

Резистор от вывода MCU до затвора также используется для замедления фронта переключения, чтобы уменьшить звон, перерегулирование и электромагнитные помехи. 10 Ом - типичное значение.

Отвечая на вопрос 3, я обнаружил, что Fairchild FQP30N06L идеально подходит для управления мощным устройством от микроконтроллера на логических уровнях. Это не дешево (0,84 GPB), но отлично подходит для ленивых нубов вроде меня. Я использую их для питания светодиодных лент RGB на 12 В.

Немного статистики:

Vdss Drain-Source Voltage: 60 V
Id Drain Current: Continuous (TC = 25°C) 32 A
                  Continuous (TC = 100°C) 22.6 A
Vgss Gate-Source Voltage: ± 20 V
Vgs(th) Gate Threshold Voltage: 1.0--2.5 V

Таким образом, 3,3 В Raspberry Pi выше верхнего порога затвора 2,5 В, что гарантирует, что сток полностью открыт.

Не управляйте этим напрямую с MCU. Время включения/выключения будет очень долгим из-за емкостей затвора, и вы не защитите микроконтроллер от каких-либо неисправностей.
А если серьезно, то только потому, что 3,3 В выше порога затвора, это не означает, что переключатель полностью включен. Все это означает, что ток гарантированно будет выше заданного порога (250 мкА для FQP30N06L). FQP30N06L предназначен для питания от напряжения не менее 5 В, что является минимальным напряжением, которое они указывают для сопротивления во включенном состоянии. Если он ниже этого значения, у вас нет никаких гарантий поведения устройства за пределами тока 250 мкА порога Vgs.
Привет JasonS, прости мое невежество. Я не вижу в спецификациях, где 5В указано как минимум. Данные графика показывают, что ~ 3,3 В на затворе обеспечивает> 10 А на стоке при 25 В, что идеально подходит для моих целей (5 А при 12 В). Для защиты я поместил резистор 10 кОм между затвором и землей и намерен установить резистор аналогичного размера между выводом микроконтроллера и затвором. Будет ли этого достаточно?
«Данные графика показывают…» Данные графика характеристик в техническом описании почти всегда представляют типичную производительность, а не наихудший случай. Другими словами, это среднее поведение, а не крайность, и вы не можете полагаться на то, что оно действительно для всех устройств. Причина, по которой они вообще его включают, заключается в том, что относительное поведение (ток увеличивается с увеличением напряжения затвора и увеличением напряжения стока) является универсальным ... вы просто не можете полагаться на цифры.
Посмотрите на страницу 2 («О характеристиках») — там приведены две спецификации для Rdson с Vgs = 10 В (макс. 35 МОм) и Vgs = 5 В (макс. 45 МОм). Что касается защиты... см. мою статью embeddedrelated.com/showarticle/77.php - подтягивающий резистор может быть довольно высоким, обычно 100K - 1M вполне достаточно. Но вам действительно нужна схема управления затвором от 3,3-вольтовой логики. У него нет напряжения, необходимого для того, чтобы гарантировать включение FQP30N06L. Некоторые устройства могут иметь немного более высокое Rdson при напряжении 3,3 В (или могут все еще находиться в диапазоне постоянного тока) и в результате перегреваться.
Существует очень мало устройств TO220 с гарантированными характеристиками Rdson ниже 4,5 В, я нашел одно web2.cetsemi.com/PDF/TO-220-263-N/P21A2.PDF, но никогда раньше не слышал об этом производителе + я немного подозрительный.
Если я правильно понимаю эти комментарии, вы не можете полагаться на достижение достаточно низкого сопротивления сток-исток, когда затвор находится на уровне ~ 3 В из-за различий между отдельными транзисторами. Не могли бы вы, возможно, купить партию и протестировать по отдельности, чтобы проверить те, которые достаточно включаются при 3/3,3 В?

Мощный МОП-транзистор управляет конденсатором 1-8nf. это медленно с резистором и невозможно без. mosfet требует быстрого и мощного переключателя перед ним: bjt

Это действительно зависит от приложения. Небольшие полевые МОП-транзисторы с требованиями к медленному переключению не являются проблемой для GPIO типичного микроконтроллера.
Безопасно ли управлять MOSFET с выходного контакта микроконтроллера?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v