Il MOSFET da 1,5 V non reagisce a un ingresso gate di 1,8 V.

Non sono davvero uno specialista di elettronica, ma un ingegnere del software (quindi scusate se sto facendo domande stupide).

Sto cercando di utilizzare un'uscita GPIO del microcontrollore con una potenza nominale di 1,8 V. Quando questo pin diventa alto, voglio abilitare un relè 12V. Sto usando un MOSFET a canale N di Freetronics

Le specifiche per il MOSFET sono disponibili qui .

Per qualche motivo, 1,8 V sembrano insufficienti per pilotare il MOSFET sebbene sia specificato per 1,5 V min. Ho provato una configurazione autonoma utilizzando una batteria AA da 1,5 V e non funziona neanche. Ma se applico 3.3V con la stessa configurazione, funziona (solo per sapere che il mio cablaggio è OK).

Sfortunatamente il mio microcontrollore (Intel Edison) ha solo GPIO 1.8V.

Mi sto perdendo qualcosa? Come posso farlo funzionare? Dovrei usare un MOSFET diverso? E se così, quale?

Il vostro aiuto è molto apprezzato.

Purtroppo questa configurazione non funzionerà. Se si esamina attentamente la scheda tecnica, si afferma che il MOSFET ha una tensione di soglia che è garantita tra 1,5 V e 2,5 V, con 1,8 V tipico.

Anche supponendo che tu sia fortunato e hai un campione la cui soglia è a 1,5 V (nel migliore dei casi), ciò non significa che il MOSFET si accenda magicamente quando la sua tensione Vgs raggiunge quel valore. Questa è la tensione minima necessaria per consentire al MOSFET di condurre a malapena: in quella riga del foglio dati è possibile notare che la tensione di soglia è specificata a scarsi 250μA di Id. Quel livello di corrente è insufficiente per far funzionare un relè comune in modo affidabile.

Nota: (come sottolineato da @SpehroPefhany in un commento) questi sono i valori a 25 ° C. Se la temperatura ambiente è più bassa (ad es. Inverno, clima freddo, circuito posto in celle frigorifere) la corrente a quel livello di Vgs sarà ancora più piccola fino a quando il MOSFET non si riscalda!

Per utilizzare un MOSFET come interruttore chiuso è necessario guidarlo nella regione ON, e in particolare nella regione ohmica , ovvero quella parte delle caratteristiche di uscita in cui si comporta come una resistenza (di piccolo valore):

Come puoi vedere, le curve mostrate corrispondono a valori più alti di Vgs (~ 2,8 V o superiore). Puoi apprezzare meglio il problema guardando il grafico Rds (on), ovvero "la resistenza dello switch":

Dal grafico a destra si può vedere che Rds (on) non varia molto con la corrente, ma il grafico a sinistra racconta un'altra storia: se si abbassa Vgs sotto ~ 4V si ottiene un forte aumento della resistenza.

Riassumendo: questo MOSFET non può essere acceso con un semplice 1,8 V. Almeno dovresti fornire abbastanza Vgs per farlo condurre nel caso peggiore , cioè Vgs (TH) = 2.5V. E questo è confermato dal tuo esperimento a 3.3V.

@Lorenzo ha spiegato perché questo non funziona per lui, e se funzionasse sarebbe marginale, il che potrebbe essere considerato peggio.

Ecco come si presenta una specifica per un MOSFET adatto (AO3416):

$\Omega$

In generale, dovresti usare Vgs (th) per determinare quando il MOSFET è per lo più spento e la / e tensione / i a cui è specificato Rds (on) per determinare quando è per lo più acceso.

Le figure 2 e 3 della scheda tecnica sono mostrate di seguito.

Si noti, nella figura 2, che per un Vgs inferiore a circa 2 volt, la corrente di drain sarà prossima allo zero, mentre con un Vgs di 3 volt il canale è ottimizzato.

Questo è in accordo con il tuo esperimento e dimostra che hai bisogno di più tensione sul gate per far funzionare il tuo circuito,

La Figura 3 mostra come Rds (on) sale molto rapidamente a un valore elevato quando Vgs cade, e anche se è dato per un Id di 20 ampere, la pendenza della curva sarà simile nel tuo circuito, con l'effetto finale che è quando Vgs diventa abbastanza basso, Rds (on) - che è in serie con la bobina del relè e l'alimentazione CC - salirà a un valore abbastanza alto da limitare la corrente attraverso la bobina del relè al punto in cui sarà impossibile azionare .

Dato che non hai il gate drive necessario per assicurare che Rds (on) sia abbastanza basso da consentire al relè di funzionare, probabilmente la via più semplice sarebbe quella di sostituire un transistor bipolare jellybean con il MOSFET e guidare la base del transistor attraverso un resistore con il tuo segnale da 1,8 volt.

Altre risposte hanno spiegato con precisione perché il FET nella domanda non funziona. Mi concentrerò sulle soluzioni.

Uno è usare un FET progettato per lo scopo; ad es . FDN327N .

Un'altra soluzione economica, facilmente reperibile e affidabile sta usando un semplice transistor a giunzione bipolare NPN.

Per determinare la resistenza appropriata, trovare la resistenza minima Rlmin del relè e il massimo dell'alimentazione 12V (diciamo V12max = 13.6V), dandoti la massima corrente nel collettore Ic = V12max / Rlmin (mantenendo la tensione di saturazione come margine di ingegneria) . Trova il guadagno minimo del transistor NPN alla saturazione per questa corrente (sii ragionevolmente piuttosto che eccessivamente conservativo su quello; a rigor di termini la scheda tecnica BC848Cgarantisce solo un guadagno minimo di Gmin di 20 a saturazione, ma i 420 min per Vce di 5V per il grado C potrebbero darci abbastanza fiducia per usare G = 50). La corrente minima che dovremmo scegliere come target nella base è Ib = Ic / Gmin. Quindi dobbiamo tenere conto della tensione di alimentazione minima V1_8min del dispositivo che guida la porta DATA, sottrarre il valore di caduta nominale massimo Vdrop sul FET high-side di quella porta DATA sotto carico Ib, un altro 0,75 V circa per V _{BE (ON)} a saturazione su Ic e la resistenza massima esce come Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Se V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} diventa negativo, abbiamo bisogno di una stima meno conservativa dei tre valori nella somma, che potrebbe essere aiutata da un Gmin meno conservativo (aumentato), che diminuisce Ib.

Dobbiamo anche assicurarci che la corrente nella porta DATA non superi il suo valore massimo (per questo dobbiamo considerare il massimo V1_8, il minimo abbandono e V _BE ). Se questo viene superato, dobbiamo aumentare la resistenza e giustificare stime meno conservative (in particolare di Gmin).