Bir MOSFET'i bir mikrodenetleyicinin çıkış pininden sürmek güvenli midir?

25

2U2222 ve 2N3904 gibi yaygın olarak bulunan BJT’leri MCU’mdan “doygunluk modunda” çalıştırarak anahtar olarak kullandım. Bununla birlikte, bu tür uygulamalar için bir MOSFET'in daha uygun bir cihaz olduğuna inanıyorum. Ancak birkaç sorum var.

1) MOSFET'in BJT'de olduğu gibi bir "doygunluk modu" var mı? Bu "doygunluk", MOSFET'in tamamen "açık" olduğu temelde yeterince yüksek bir voltaj sağlayarak mı sağlanıyor?

2) MOSFET'i doğrudan MCU'dan sürmek güvenli midir? MOSFET'in kapısının bir kondansatör gibi davrandığını ve bu nedenle "şarj olurken" bir miktar akım çekdiğini ve daha sonra hiç olmadığını anlıyorum. Bu şarj akımı, MCU pimine zarar verecek kadar yüksek mü? Bir rezistansı geçit ile seri hale getirerek pimi koruyabilirim, ancak bu MOSFET tarafından yüksek ısı dağılımıyla sonuçlanacak şekilde anahtarı yavaşlatır.

3) Çeşitli düşük güç durumlarına uygun ortak bir "hobi" MOSFET nedir? IE, MOSFET'in 2N2222 veya 2N3904'e eşdeğer olduğu nedir?

microcontroller mosfet

— işaret
kaynak

1

"daha uygun" bana aptalca geliyor. Genellikle BJT'ler daha ucuzdur, bu yüzden sadece BJT yapmazsa FET kullanırım.

— starblue

11

Genelde bunun tersini yaptım: BJT'ye ihtiyacım olmadıkça MOSFET kullanın. İkisi de ucuz. Bir MOSFET’in R_DSON’u tarafından harcanan güç, genellikle bir BJT’nin V_CESAT’inden daha azdır. Bir MOSFET'i değiştirmek için sadece güç verersiniz, açık tutmak için değil, hem transistördeki hem de onu tahrik eden kısımdaki güç dağılımını azaltır, özellikle de anahtarlama nadirse. MOSFET'ler genellikle raya kadar gider, çünkü V_CESAT yoktur. Dezavantajı bir MOSFET'in tüm kenar boyunca sabit miktarda akım çekmemesidir, çünkü bir rezistansa benzemektedir; bu, kapasitif bir yüke geçişi yavaşlatır.

— Mike DeSimone

14

Birçok güçlü MOSFET, tam açık olduklarından emin olmak için yüksek akım yükleri için yüksek geçit voltajı gerektirir. Yine de, bazı mantıksal seviye girişleri var. Veri sayfaları yanıltıcı olabilir, genellikle ön sayfada 250 mA akım için geçit voltajı verir ve 5A için 12V'a ihtiyaç duyduklarını söylersiniz.

Bir MOSFET'in bir MCU çıkışı tarafından çalıştırılması durumunda, bir rezistörü kapıya topraklamak iyi bir fikirdir. MCU pimleri genellikle sıfırlamada girişlerdir ve bu programın çalışmaya başlayana kadar geçidin anlık olarak yüzmesine, belki de cihazı açmasına neden olabilir. MCU çıkışına doğrudan bir MOSFET kapısına bağlayarak zarar vermezsiniz.

BS170 ve 2N7000, bahsettiğiniz BJT'lere kabaca eşdeğerdir. Zetex ZVN4206ASTZ'nin maksimum tahliye akımı 600 mA'dır. Yine de 3.3V'den kullanılabilecek küçük bir MOSFET bulacağını sanmıyorum.

— Leon Heller
kaynak

2N7000'in maksimum akımı 200mA'dır; burada 2N2222'nin maksimum akımı ~ 600mA'dır. Bu mahallede 3.3V MCU ile sürmesi kolay bir şey var mı?

— Mark

1

@ Mark Barely. Bir BJT'deki eşik voltajının üstünden geçmek gibi. Maalesef MOSFET ile üstel özelliklere sahip değilsiniz.

— jpc

1

Yıllardır işte 1.8 V'lık SC-70 paket MOSFET'leri kullanıyorum. Kontrol edilecek ilk parametre, Mark'ın işaret ettiği gibi V_GS (th) 'dir. N-kanal ise bir CMOS girişi için V_IH'ye veya bir p-kanal için V_IL'ye kabaca eşittir. Başka bir deyişle, bu değeri geçmiş . Bir 2222 eşdeğeri ararken, AO3422'yi (Digi-Key 785-1015-1-ND) buldu. 55V, 2.1A, SOT-23, 2.0 V maks. V_GS (th), 1.3 V tip, 3.3 V'da 130 mOhms r_DSON. P2N2222AG ile aynıdır. 500 mA'lık bir yük için, 2222'de V_CESAT = 1.0 V (500 mW dağılmış) ve AO3422'de bir V_DS = 0,065 V (32,5 mW dağılmış) vardır. FET'ler soğuk

— Mike DeSimone,

3

MOSFET'lere alışveriş yaparken hatırlanacak şey, arama yaparken V_DS veya I_D'yi önceden sınırlamak değildir! Bu sayılar FET'ler için, belli bir yüklü yük verilen BJT'leri görmeye alışık olduğunuzdan çok daha yüksektir. AO3422'nin (V_DS = 55 V, I_D = 2.1 A) benzer 2N2222 (V_CE = 50 V, I_C = 0.8 A) özelliklerinden çok daha yüksek olduğuna dikkat edin; bu verimlilikten kaynaklanıyor! BJT'ler veya diyotlar (1N4148 vb.) İçin yaptığınız gibi "tipik MOSFET'leri" görmemenizin nedeni, MOSFET'lerin daha sonra, bunları yapan daha fazla şirket varken ve rakiplerin standart parçalarını kopyalamak için çok daha az nedenlerin ortaya çıkmasıydı .

— Mike DeSimone,

2

@MikeDeSimone: "Kontrol edilecek ilk parametre, Mark'ın işaret ettiği gibi V_GS (th) 'dir. Kabaca n-kanal ise bir CMOS girişi için V_IH'ye veya bir p-kanal için V_IL'ye eşdeğerdir. " Hayır hayır hayır. Tüm V_GS (th), belirtilen bir akımı geçtiğiniz anlamına gelir. MOSFET, cihaz belirli bir akım aralığında tamamen dirençli bir davranış sergilinceye kadar "açık" sayılmaz. Bu, V_GS'den (th) daha yüksek voltaj gerektirir ve genellikle garantili Rdson'un 4.5V-10V aralığında bir yerde (bazen daha düşük voltajlarda) belirtene kadar belirtilmez.

— Jason S,

11

Güvenlidir - genel olarak - ve bir "mantık seviyesi" MOSFET seçerseniz çalışacaktır. "Mantıksal seviyenin" tam olarak standartlaştırılmış bir terim olarak görünmediğini ve satıcı sitelerdeki parametrik aramada mutlaka bir parametre olarak görünmeyeceğini ve mutlaka veri sayfasında görünmeyeceğini unutmayın. Bununla birlikte, mantık seviyesindeki MOSFET'lerin parça numarasında genellikle "L" olduğunu göreceksiniz, örneğin: IR540 (mantık olmayan seviye) vs. IRL540 (mantık seviyesi). En önemli şey, veri sayfasına bakmak ve VGS (eşik) değerini kontrol etmek ve VGS'ye karşı mevcut akışı gösteren grafiğe bakmaktır. VGS (eşik) 1.8V veya 2.1V gibi ise ve grafikteki "eğrinin dizini" yaklaşık 5 volt ise, temel olarak mantıksal bir MOSFET'e sahip olursunuz.

Mantık düzeyinde bir MOSFET'teki özelliklerin neye benzediğinin bir örneği için, bu veri sayfasına göz atın:

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

Şekil 3, atıfta bulunduğum grafiktir.

Bunların hepsi, çoğu insanın, mikro denetleyici ile MOSFET arasında sadece ekstra güvenli olması için bir opto izolatör kullanmasını tavsiye ettiğini söyledi.

— mindcrime
kaynak

7

Re: doygunluk: evet, ama kafa karıştırıcı bir şekilde doygunluk denmiyor (aslında bipolar transistörlerde doğrusal bölgeye karşılık gelir). Bunun yerine, her parça için belirli bir geçit kaynağı voltajında belirtilen veri sayfalarına ve nominal dirençli Rdson'a bakın. MOSFET'ler genellikle aşağıdakilerden bir veya daha fazlasında belirtilir: 10V, 4.5V, 3.3V, 2.5V.

Ben koyardım iki yılında MCU korumak için, MCU çıkışı ve kapı arasındaki Leon sözü var (aslında ben yere MCU çıkışından koyarlardı) olarak yere kapısından ve diğeri daha: devrenin içine dirençleri MOSFET'in bir arızası varsa.

Bu blog girişi hakkında daha fazla tartışma .

Hangi MOSFET'in kullanılacağına gelince, gerçekten 2N3904 / 2N2222 ile paralel değil.

2N7000 muhtemelen orada en yaygın ve en ucuz FET. Diğer jellybean FET'ler için, Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P'ye bakardım.

Bir sonraki adım için (daha yüksek güç seviyesi), her ikisi de TO-220'de IRF510 (100V) veya IRFZ14'e (60V) bakardım, ancak bunlar 10V geçit kaynağında belirtilen temel FET'lerdir. Lojik seviye FET'ler (IRL510, IRLZ14) 4.5V geçit kaynağında belirtilen Rdson değerine sahiptir.

— Jason S
kaynak

7

MCU piminden kapıya direnç, anahtarlama kenarını yavaşlatmak, zil çalmayı, aşmayı ve EMI'yi azaltmak için de kullanılır. 10 ohm tipik bir değerdir.

— Mike DeSimone,

0

3. soruya cevaben, Fairchild FQP30N06L'nin mantıksal seviyelerde MCU'dan yüksek güçlü bir cihaz sürmek için ideal olduğunu buldum . Ucuz değil (0.84 GPB) ama benim gibi tembel n00bs için harika. Onları 12V RGB LED ışık şeridi sağlamak için kullanıyorum.

Bazı istatistikler:

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

Bu nedenle, Raspberry Pi'nin 3.3v'si, tahliyenin tamamen açık olmasını sağlayacak olan 2.5V üst Kapı Eşiğinin üzerindedir.

— Alastair McCormack
kaynak

Bunu doğrudan bir MCU'dan sürmeyin. Başlama / dönüş süresi, kapı kapasitansları nedeniyle çok uzun olacaktır ve MCU’yu herhangi bir arızadan korumazsınız.

— Jason S,

Daha ciddi, 3.3V kapısı eşiği aştığında, sırf bu mu değil anahtarı üzerinde tam olduğu anlamına gelir. Tek anlamı, akımın belirli bir eşiğin üstünde olacağı garantilidir (FQP30N06L için 250uA). FQP30N06L, en az 5V'luk bir voltajla çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır; bu, dirençte belirledikleri minimum voltajdır. Bundan daha düşük olanlar ve Vgs eşiğinin 250uA akımının ötesinde cihaz davranışının hiçbir garantisi yoktur.

— Jason S,

Merhaba JasonS, cehaletimi bağışla. Minimum olarak 5V verilen şartnamelerde anlamıyorum. Grafik verileri, kapıdaki ~ 3.3V'nin, @ 25V tahliyede> 10A'ya izin verdiğini göstermektedir, bu benim amaçlarım için idealdir (5A @ 12V). Koruma için, Gate ve Ground arasına 10KΩ'lik bir resister koydum ve MCU pimi ile Gate arasına benzer boyutlu bir resister koymak niyetindeyim. Bu yeterli olacak mı?

— Alastair McCormack

"Grafik verileri gösteriyor ..." Veri sayfasındaki karakterizasyon grafiği verileri hemen hemen her zaman en kötü durumda değil tipik performansın bir temsilidir . Başka bir deyişle, bu aşırı davranış değil ortalama davranıştır ve tüm cihazlar için geçerli olduğuna güvenemezsiniz. Bunları içermelerinin nedeni göreceli davranışın (akım artan kapı voltajı ve artan drenaj voltajı ile yükselmesi) evrensel olmasıdır ... sadece sayılara güvenemezsiniz.

— Jason S

1

Sayfa 2'ye bakın ("Özelliklerde") - Vgs = 10V (35mohm max) ve Vgs = 5V (45 mohm max) olan Rdson için iki özellik verir. Koruma kadar ... benim makaleme bakın embeddedrelated.com/showarticle/77.php - açılan direnç oldukça yüksek olabilir, genellikle 100K - 1M iyidir. Ama gerçekten 3.3V mantıktan bir kapı sürüş devresine ihtiyacınız var. FQP30N06L'nin açılacağından emin olmak için gerekli gerilime sahip değil. Bazı cihazlar 3.3V'da (veya hala sabit akım aralığında olabilir) biraz fazla yüksek Rdson'a sahip olabilir ve sonuç olarak aşırı ısınır.

— Jason S