1.5V dereceli MOSFET, 1.8V'luk bir geçit girişine tepki vermez

Gerçekten bir elektronik uzmanı değilim, ama bir yazılım mühendisi değilim (aptalca sorular sorarsam bahane).

1.8V olarak derecelendirilmiş bir mikrodenetleyici GPIO çıkışı kullanmaya çalışıyorum. Bu pim yükseldiğinde, bir 12V rölesini etkinleştirmek istiyorum. Bir kullanıyorum freetronics N-kanal MOSFET

MOSFET'in teknik özelliklerini burada bulabilirsiniz .

Herhangi bir nedenden dolayı 1.8V, 1.5V dk için belirtilmiş olmasına rağmen MOSFET'i sürmek için yetersiz görünüyor. 1.5V AA pil kullanarak bağımsız bir kurulum denedim ve bu da çalışmıyor. Ama aynı kurulumla 3.3V uygularsam, çalışır (sadece kablolarımın iyi olduğunu biliyorsunuz).

Maalesef mikro denetleyicimin (Intel Edison) sadece 1.8V GPIO'ları var.

Bir şey mi kaçırıyorum? Bu işi nasıl yapabilirim? Farklı bir MOSFET kullanmalı mıyım? Ve eğer öyleyse, hangisi?

Yardımınız çok takdir ediliyor.

Ne yazık ki bu kurulum çalışmaz. Veri sayfasını dikkatlice incelerseniz, MOSFET'in 1,5V ile 2,5V arasında olacağı garanti edilen bir eşik voltajına sahip olduğunu ve 1,8V tipik olduğunu belirtir.

Şanslı olduğunuzu ve eşik değeri 1,5V (sizin için en iyi durum) olan bir örneğiniz olduğunu varsayarsak, bu VOS voltajı bu değere ulaştığında MOSFET'in sihirli bir şekilde AÇIK olduğu anlamına gelmez. MOSFET'i zar zor iletmek için gereken minimum voltaj budur : veri sayfasının bu satırında eşik voltajının 250μA Id'de belirtildiğini fark edebilirsiniz. Bu akım seviyesi, ortak bir röleyi güvenilir bir şekilde çalıştırmak için yetersizdir.

Not: (@SpehroPefhany tarafından bir yorumda belirtildiği gibi) bunlar 25 ° C'deki değerlerdir. Ortam sıcaklığı daha düşükse (örn. Kış, soğuk iklim, soğuk odalara yerleştirilmiş devre), bu Vgs seviyesindeki akım MOSFET ısınana kadar daha da düşük olacaktır!

Bir MOSFET'i kapalı bir anahtar olarak kullanmak için, onu ON bölgesine ve özellikle omik bölgede, yani çıkış karakteristiklerinin (küçük değer) direnç olarak davrandığı kısmına sürmelisiniz:

Gördüğünüz gibi, gösterilen eğriler daha yüksek Vgs değerlerine (~ 2.8V veya daha yüksek) karşılık gelir. Rds (on) grafiğine, yani "anahtarın direncine" bakarak sorunu daha iyi anlayabilirsiniz:

Sağdaki grafikten, Rds (açık) 'ın akımla çok değişmediğini görebilirsiniz, ancak soldaki grafik başka bir hikaye anlatır: ~ 4V altında Vgs'yi düşürürseniz, dirençte dik bir artış elde edersiniz.

Özetlemek gerekirse: Bu MOSFET sadece 1.8V ile açılamaz. En azından en kötü durumda çalışması için yeterli Vgs sağlamalısınız , yani Vgs (TH) = 2.5V. Ve bu, 3.3V'daki denemeniz tarafından onaylandı.

@Lorenzo bunun neden işe yaramadığını açıkladı ve eğer işe yaradıysa, daha kötü olarak düşünülebilecek marjinal olurdu.

Uygun bir MOSFET (AO3416) için bir özellik şöyle görünür:

Rds (açık) 1.8V Vgs'de ve 1.8V besleme veya sıcaklıktaki tolerans nedeniyle biraz daha yüksek olsa bile 34m garanti edilir, 12V röle için hala bol miktarda sürücü.$\Omega$

Genel olarak, MOSFET'in çoğunlukla ne zaman kapalı olduğunu belirlemek için Vgs (th) ve en çok ne zaman açık olduğunu belirlemek için Rds (açık) değerinin belirtildiği voltaj (lar) ı kullanmalısınız.

Veri sayfasındaki Şekil 2 ve 3 aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 2'de, yaklaşık 2 volttan daha düşük bir Vgs için, drenaj akımının sıfıra yakın olacağına dikkat edin, 3 voltluk bir Vgs ile kanal güzelce geliştirildi.

Bu, denemenizle uyumludur ve devrenizin çalışması için kapı üzerinde daha fazla voltaja ihtiyacınız olduğunu gösterir,

Şekil 3, Vds düştükçe Rds (açık) 'ın nasıl çok hızlı bir şekilde yüksek bir değere yükseldiğini gösterir ve 20 amperlik bir Id için verildiği halde, eğrinin eğimi devrenizde benzer olacaktır, nihai etki Vgs yeterince düştüğünde, röle bobini ve DC kaynağı ile seri halde olan Rds (açık), akımı röle bobininden harekete geçmenin imkansız olduğu noktaya sınırlayacak kadar yüksek bir değere yükselecektir. .

Rds'nin (açık) rölenin çalışmasına izin verecek kadar düşük olmasını sağlamak için gerekli kapı sürücüsüne sahip olmadığınız için, muhtemelen en kolay çıkış yolu MOSFET yerine bir jellybean bipolar transistörün yerini almak ve 1.8 volt sinyal ile bir direnç üzerinden transistör.

Diğer cevaplar, sorudaki FET'in neden çalışmadığını iyice açıkladı. Çözümlere odaklanacağım.

Bunlardan biri amaç için tasarlanmış bir FET kullanmaktır; örneğin FDN327N .

Bir başka ucuz, kolay tedarik edilen ve güvenilir çözüm, düz bir NPN bipolar bağlantı transistörü kullanmaktır.

Uygun direnci belirlemek için, rölenin minimum direncini Rlmin ve 12V beslemesinin maksimum değerini bulun (örneğin V12max = 13.6V), kollektör Ic = V12max / Rlmin'de maksimum akımı vererek (doygunluk voltajını mühendislik marjı olarak tutarak) . Bu akım için doygunlukta NPN transistörün minimum kazancını bulun (bu konuda aşırı derecede muhafazakar olmaktan ziyade BC848C veri sayfasını tam olarak söylemeksadece doygunlukta minimum 20 Gmin kazancı garanti eder, ancak C sınıfı için 5V Vce için 420 dakika, G = 50'yi kullanmak için bize yeterince güven verebilir). Tabanda hedeflememiz gereken minimum akım Ib = Ic / Gmin'dir. O zaman DATA portunu çalıştıran cihazın minimum besleme gerilimini V1_8min hesaba katmalı, Ib yükü altındaki bu VERİ portunun yüksek taraf FET'inde maksimum nominal çıkış Vdrop'unu çıkarmalıyız, V _{BE (ON)} için Ic'de doygunluk ve maksimum direnç Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} negatif olursa, toplamdaki üç değerin daha az muhafazakâr tahminlerine ihtiyacımız var, bu da Ib'yi azaltan daha az muhafazakar (artan) bir Gmin tarafından yardımcı olabilir.

Biz de (bu biz maksimum V1_8, asgari yüksek yan terk, göz önüne almalıyız ve V VERİ limanda akımı maksimum derecesini aşmamasını sağlamak gerekir _BE ). Bu aşılırsa, direnci arttırmalı ve daha az muhafazakar tahminleri (özellikle Gmin'in) haklı çıkarmalıyız.