È sicuro guidare un MOSFET da un pin di uscita di un microcontrollore?

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Ho usato BJT comunemente disponibili come 2N2222 e 2N3904 come interruttori operandoli in "modalità di saturazione" dal mio MCU. Ritengo, tuttavia, che per questo tipo di applicazioni, un MOSFET sia un dispositivo più appropriato. Ho qualche domanda, comunque.

1) Un MOSFET ha una "modalità di saturazione" come fa il BJT? Questa "saturazione" viene raggiunta semplicemente fornendo una tensione sufficientemente elevata sulla base che il MOSFET è completamente "acceso"?

2) È sicuro guidare il MOSFET direttamente dall'MCU? Comprendo che il gate del MOSFET si comporta come un condensatore e quindi assorbe corrente durante la "carica", e quindi nessuno in seguito. Questa corrente di carica è sufficientemente alta da danneggiare il pin MCU? Posizionando un resistore in serie con il gate, posso proteggere il pin, ma questo rallenterà l'interruttore, con conseguente possibile elevata dissipazione del calore da parte del MOSFET?

3) Cos'è un MOSFET "hobbista" comune adatto a varie situazioni a bassa potenza? IE, qual è il MOSFET equivalente a un 2N2222 o 2N3904?

microcontroller mosfet

— marchio
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"più appropriato" mi sembra sciocco. Di solito i BJT sono più economici, quindi utilizzerei un FET solo se un BJT non lo farà.

— Starblue,

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In genere ho fatto il contrario: usare un MOSFET a meno che non mi serva un BJT. Sono entrambi economici. La potenza sprecata dall'R_DSON di un MOSFET è generalmente inferiore a quella del V_CESAT di un BJT. Paghi solo energia per commutare un MOSFET, non per mantenerlo acceso, il che riduce la dissipazione di potenza sia nel transistor che nella parte che lo guida, soprattutto se la commutazione è poco frequente. I MOSFET di solito arrivano fino alla guida perché non c'è V_CESAT. Il rovescio della medaglia è che un MOSFET non tira una quantità costante di corrente su tutto il bordo, poiché sembra un resistore; questo rallenta la commutazione di un carico capacitivo.

— Mike DeSimone,

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Molti MOSFET di potenza richiedono un'alta tensione di gate per carichi ad alta corrente, per garantire che siano completamente accesi. Ci sono alcuni con input a livello logico, però. Le schede tecniche possono essere fuorvianti, spesso forniscono la tensione di gate per 250 mA di corrente sulla prima pagina e scopri che hanno bisogno di 12V per 5A, per esempio.

È una buona idea mettere a terra un resistore sul gate se un MOSFET è pilotato da un'uscita MCU. I pin MCU sono di solito input al reset, e questo potrebbe causare il fluttuazione momentanea del gate, forse accendendo il dispositivo, fino a quando il programma non inizia a funzionare. Non danneggierai l'uscita MCU collegandola direttamente a un gate MOSFET.

BS170 e 2N7000 sono all'incirca equivalenti ai BJT che hai citato. Zetex ZVN4206ASTZ ha una corrente di drain massima di 600 mA. Tuttavia, non credo che troverai un piccolo MOSFET che può essere pilotato da 3,3 V.

— Leon Heller
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il 2N7000 ha una corrente massima di 200 mA, mentre il 2N2222 ha una corrente massima di ~ 600 mA. c'è qualcosa in quel quartiere che è facile da guidare con un MCU 3.3v?

— Segna il

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@Mark Barely. È come passare sopra la tensione di soglia su un BJT. Sfortunatamente con il MOSFET non hai la caratteristica esponenziale.

— jpc,

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Ho guidato MOSFET a pacchetto SC-70 con 1,8 V al lavoro da anni. Il primo parametro da verificare è V_GS (th), come notato da Mark. È approssimativamente equivalente a V_IH per un input CMOS se n-channel o V_IL per un p-channel. In altre parole, supera questo valore. Alla ricerca di un equivalente 2222, ho trovato l'AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND). 55 V, 2,1 A, SOT-23, V_GS (th) di 2,0 V max, 1,3 V tip, r_DSON di 130 mOhm a 3,3 V. Il costo è uguale al P2N2222AG. Per un carico di 500 mA, il 2222 ha V_CESAT = 1,0 V (500 mW dissipati) e l'AO3422 ha un V_DS = 0,065 V (32,5 mW dissipato). Le FET funzionano a freddo.

— Mike DeSimone,

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La cosa da ricordare quando si acquistano MOSFET non è limitare prematuramente V_DS o I_D durante la ricerca! Questi numeri sono molto più alti per i FET di quanto sei abituato a vedere per i BJT dato un certo carico guidato. Nota come AO3422 (V_DS = 55 V, I_D = 2.1 A) è molto più alto delle specifiche per il 2N2222 simile (V_CE = 50 V, I_C = 0,8 A); questo è dovuto all'efficienza! La ragione per cui non vedi "MOSFET tipici" come fai per BJT o diodi (1N4148 ecc.) È che i MOSFET sono arrivati più tardi, quando c'erano più aziende che li producevano e c'era molto meno motivo per copiare le parti standard dei concorrenti .

— Mike DeSimone,

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@MikeDeSimone: "Il primo parametro da verificare è V_GS (th), come ha notato Mark. È approssimativamente equivalente a V_IH per un input CMOS se n-channel, o V_IL per un canale p. In altre parole, supera quel valore. " No, no, no. Tutto V_GS (th) significa che si supera una corrente specificata. Il MOSFET non è considerato "acceso" fino a quando il dispositivo non ha un comportamento completamente resistivo su un intervallo di correnti specificato. Ciò richiede una tensione superiore a V_GS (th), e di solito non viene specificato fino alle specifiche Rdson garantite, da qualche parte nell'intervallo 4,5 V-10 V (a volte a tensioni più basse).

— Jason S,

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È sicuro, in generale, e funzionerà se si seleziona un MOSFET a "livello logico". Si noti che "livello logico" non sembra essere un termine esattamente standardizzato e non verrà necessariamente visualizzato come parametro nella ricerca parametrica nei siti dei fornitori, né verrà necessariamente visualizzato nella scheda tecnica. Tuttavia, troverete che i MOSFET a livello logico hanno spesso una "L" nel numero di parte, ad esempio: IR540 (livello non logico) vs. IRL540 (livello logico). La cosa importante è guardare nella scheda tecnica e controllare il valore VGS (soglia) e guardare il grafico che mostra il flusso corrente rispetto a VGS. Se il VGS (soglia) è simile a 1,8 V o 2,1 V circa e il "ginocchio della curva" sul grafico è a circa 5 volt, in pratica si ha un MOSFET a livello logico.

Per un esempio di come appaiono le specifiche di un MOSFET a livello logico, dai un'occhiata a questo foglio dati:

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

La figura 3 è il grafico a cui mi riferivo.

Detto questo, vedo che molte persone raccomandano ancora di utilizzare un optoisolatore tra il microcontrollore e il MOSFET, solo per essere più sicuri.

— Mindcrime
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Ri: saturazione: sì, ma non è confusamente chiamato saturazione (che in realtà corrisponde alla regione lineare nei transistor bipolari). Invece, guarda i fogli dati e il Rdson con resistenza di resistenza nominale, che è specificato con una certa tensione gate-source per ogni parte. I MOSFET sono di solito specificati in uno o più dei seguenti: 10 V, 4,5 V, 3,3 V, 2,5 V.

Metterei due resistori nel circuito: uno da gate a terra, come ha detto Leon (in realtà lo metterei dall'uscita MCU a terra) e un altro tra l'uscita MCU e il gate, per proteggere l'MCU in nel caso in cui il MOSFET abbia un guasto.

Altre discussioni su questo post di blog .

Per quanto riguarda quale MOSFET usare, in realtà non esiste un parallelo al 2N3904 / 2N2222.

2N7000 è probabilmente il FET più comune ed economico in circolazione. Per altri FET jellybean, darei un'occhiata a Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P.

Per il passaggio successivo (livello di potenza più elevato), guarderei IRF510 (100 V) o IRFZ14 (60 V), entrambi in TO-220, sebbene questi siano FET di base specificati a gate-source a 10 V. I FET a livello logico (IRL510, IRLZ14) hanno Rdson specificato a gate-source a 4,5 V.

— Jason S
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Il resistore dal pin MCU al gate viene anche utilizzato per rallentare il fronte di commutazione, per ridurre squilli, overshoot ed EMI. 10 ohm è un valore tipico.

— Mike DeSimone,

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In risposta alla domanda 3, ho scoperto che Fairchild FQP30N06L è ideale per pilotare un dispositivo ad alta potenza da un MCU a livelli logici. Non è economico (0,84 GPB) ma è ottimo per i pigri n00bs come me. Li sto usando per fornire strisce luminose a LED RGB 12V.

Alcune statistiche:

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

Pertanto, 3,3 V di Raspberry Pi è superiore alla soglia del gate superiore di 2,5 V, che assicurerà che lo scarico sia completamente aperto.

— Alastair McCormack
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Non guidare questo direttamente da un MCU. Il tempo di accensione / spegnimento sarà molto lungo a causa delle capacità del gate e non si protegge l'MCU da guasti.

— Jason S,

Più seriamente, solo perché 3,3 V è sopra la soglia del gate, ciò non significa che l'interruttore sia completamente acceso. Tutto ciò significa che la corrente è garantita essere al di sopra di una determinata soglia (250uA per FQP30N06L). L'FQP30N06L è progettato per essere pilotato da tensioni di almeno 5 V, che è la tensione minima specificata per la resistenza di accensione. Non inferiore a questo, e non hai alcuna garanzia sul comportamento del dispositivo oltre la corrente di 250uA della soglia Vgs.

— Jason S,

Ciao JasonS, perdona la mia ignoranza. Non vedo nelle specifiche dove 5V è dato come minimo. I dati del grafico mostrano che ~ 3,3 V sul cancello consentono> 10 A sullo scarico a 25 V, che è l'ideale per i miei scopi (5 A a 12 V). Per protezione, ho inserito un resister da 10KΩ tra Gate e Ground e intendo mettere un resister di dimensioni simili tra il pin MCU e Gate. Sarà sufficiente?

— Alastair McCormack,

"I dati del grafico mostrano ..." I dati del grafico di caratterizzazione in un foglio dati rappresentano quasi sempre una prestazione tipica , non nel caso peggiore. In altre parole, è il comportamento medio, non l'estremo, e non puoi fare affidamento sul fatto che sia valido per tutti i dispositivi. La ragione per cui lo includono è che il comportamento relativo (la corrente aumenta con l'aumento della tensione di gate e l'aumento della tensione di drain) è universale ... semplicemente non si può fare affidamento sui numeri.

— Jason S,

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Guarda a pagina 2 ("Caratteristiche"): ti offre due specifiche per Rdson con Vgs = 10V (35mohm max) e Vgs = 5V (45 mohm max). Per quanto riguarda la protezione ... beh, vedi il mio articolo embeddedrelated.com/showarticle/77.php - la resistenza di pulldown può essere abbastanza alta, di solito 100K - 1M va bene. Ma hai davvero bisogno di un circuito di pilotaggio del gate dalla logica 3.3V. Non ha la tensione necessaria per garantire l'accensione dell'FQP30N06L. Alcuni dispositivi potrebbero avere un Rdson leggermente più alto a 3,3 V (o potrebbero essere ancora nella gamma di corrente costante) e di conseguenza surriscaldarsi.

— Jason S,