MOSFET tabanlı çift yönlü seviyem değiştiriliyor mu?


25

Bir ucuzluk anında, Sparkfun'dan 5V'den 3.3V'ye bir seviye değiştirici sipariş etmemeye karar verdim, bunun yerine kendimi bir araya getirmeye karar verdim. Orijinal şematik bir kullanılan BSS138 MOSFET ama zevk beri kök kanal tedavisi kadar, ben kullanmaya karar olarak yaklaşık lehim yüzeyi monte benzer görünen MOSFET delik aracılığıyla monte ve benim tercih tedarikçiden kolaylıkla kullanılabilir.

Bunun sonuçları alt-optimaldi. 5v hattını toprağa çekerken, her şey yolundaydı - 3.3v tarafı 0.07v'ye gitti. Ancak 3.3v'yi toprağa çekerken, 5v çizgisi 4.14v civarındaydı (aksi halde 5.1v'nin üzerinde bir dokunuş). İlgili veri sayfalarının ve konuyla ilgili orijinal Philips uygulama notunun daha yakından okunması üzerine, kapı eşik voltajının sorun olduğu sonucuna varmaya başladım.

Şemayı değiştirerek ve MOSFET'in kapısını 3.3v yerine 5v'ye bağlayarak her iki taraf da iyi çalışıyor gibi görünüyor. İki tarafın da aşağı çekilmesi diğer tarafın aşağı inmesine neden olur. Bununla birlikte, bunun gerçekten yapılacak aklı başında bir şey olduğuna emin değilim. Orijinal şemayı anlamam, mantıklı bir görüş oluşturmak için yeterince derin değil.

Bu değiştirilmiş şematik çalışma mı olacak yoksa şu anki iyi sonuçlar sihirli duman bırakan bir şey için sadece bir şans ya da öncü görüyorum?

Yanıtlar:


45

Kısa cevap

  • Bu devrede Vth (MOSFET'in yeni açıldığı kaynak gerilimine açılan kapı) çok önemlidir. Vth, Vh-Vl = 5V - 3.3V = 1.7V'den büyük ölçüde daha düşük olmalıdır.

    BSS138, V / 0.8 / 1.3 / 1.5 dak / tipik / maks.
    Bu yüzden, bu arada, 1.7> 1.5 olarak burada "yeterince iyi" olurdu, ancak bu marj rahatsızlıktan küçüktü.

    Ne yazık ki, seçtiğiniz alternatif, BSS138'den bile daha kötü.
    FQN1N60C, V / 2 / - / 4 V değerine sahiptir, yani en iyi durumda VV, 2V, istenen 1.7V'den daha yüksektir ve bu uygulamada çok fazla 1.7V'den daha yüksek olan 4V'a kadar VV'ye sahip olabilir. .

    Digikey'deki stokta kabul edilebilir (sadece) TO92 MOSFET, Zetex / Diodes Inc ZVNL110a'dır .
    Bu, 0.75 / - / 1.5 Volt Vth değerine sahiptir. Bu yaklaşık BSS138 ile aynı.


Uzun:

  • BSS138, nispeten nispeten önemsiz bir hurdadır. Onun yerine sahip ama bu devrede güvenli yeteneklerinin ötesine uzanıyor. Ne yazık ki, seçtiğiniz bir FQN1N60C olan alternatif daha da kötü.

  • LV gerilimini HV'ye eşdeğer bir gerilime yükseltmek, FQN1N60C'nin yüksek Vth değerinin üstesinden gelir.

Orijinal devrenizin kötü çalışmasının nedeni, FQN1N60C'nin MOSFET sanatının çok üzgün bir örneği olması ve revize edilmiş devrenizin iyi çalışmasının nedeni de FQN1N60C'nin MOSFET sanatının çok üzgün bir örneği olmasıdır. Düşük bir Vth MOSFET orijinal devrede düzgün çalışacak ve revize edilmiş halde başarısız olacaktır.

Bunun nedeni, orijinal devrede FQN1N60C Vth'in mevcut Vth için çok yüksek olması ve doğru şekilde açılmamasıdır. Yeterince düşük Vth değerine sahip bir MOSFET, mevcut voltaj ile uygun şekilde açılır. Revize edilmiş devrede, FQN1N60C'ye çalışma durumunda yeterli geçit voltajı sağladınız, ancak istemeden çalıştırılacak kadar değil. Düşük bir Vth MOSFET kullandıysanız, kapalı olması gerektiğinde mevcut kader gerilimi tarafından açılacak ve devre arızalanacaktır.

Devre son derece akıllı bir bağlantıdır, ancak akıllılığı, TX_LV düşük olduğunda sürmek için yeterli geçit voltajına sahip olmasına rağmen TC_LV yüksek olduğunda sürmek için yeterli voltaj bulunmamasına bağlıdır. MOSFET görmez böylece Genellikle LV = T_LV TX_LV, yüksek olduğunda hiçbir kapı voltajı. LV'yi HV'ye yükselterek TX_LV yüksek olduğunda bir geçit voltajı (HV-LV) sağlarsınız. HV-LV = 5-3.3 = 1.7V olduğundan FQN1N60C, Vth> 1.7V olduğu için yanlış tetikleme yapmaz.

Orijinal seviye değiştirici devre şeması aşağıdadır.

BSS138 bir N Kanalı MOSFET'dir - bu nedenle kapısı kaynağa göre pozitif olduğunda iletilir, tahliyesinin kaynağından daha yüksek olması normaldir ve Vds negatif olduğunda iç gövde diyotu bloke eder ve Vds negatif olduğunda iletir .

görüntü tanımını buraya girin

Normal çalışma
TXLV ve TXHV yüksekken, kapı LV'dedir (başlangıçta 3V3, kaynak TX_LV = 3.3'tür, yani Vgs = 0, yani FET kapalıdır.
Kaynak TX_LV'de R3 tarafından çekilmiştir.

Mantık 0 soldan sağa gönder.
TX_LV’yi alçaltın. Kaynak = 0V, kapı = 3V3. Yani Vgs = 3V3. Bu> Vth olduğu gibi BSS138 açıktır. Kaynak = 0V ve FET açık olduğundan, TX_HV da düşük seviyeye çekilir. Kolaydı :-).

Lojik 0 sağdan sola gönderin.
TX_HV’yi alçaltın. Boşaltma = 0. Kapı, sert bağlantı ile 3V3'tür.
Kaynak = 3V3 (ancak aşağıya bakınız) So: Vgs = 0. FET kapalı. Vds = - 3V3.
AMA BSS138'in dahili bir D diyotu vardır. Bu diyot şimdi TX_LV'yi TX_HV üzerindeki bir diyot düşüşüne çekerek gerçekleştirilecektir.
Aynı zamanda kolay.

ŞİMDİ BSS138'i FQN1N60C ile değiştiriniz.
MOSFET'in Vth değeri 5V ile 3V3 arasında >> ile 1.7V arasındadır.
Şimdi, mantık gönderirken 0 DOĞRU SOLA, topraklama kaynağı Vgs = 3V3 = <4V en kötü durumu verir. True Vth, 1.7V civarında bir yerdeyse, devre çalışacaktır.

LV'yi 5V'a yükseltmek, şu anki gibi çalışır Vgs = 5V.
AMA TX_LV yüksek olduğunda hala 0V olması ve önceki olmasına rağmen MOSFET'e hala 5-3.3 = 1.7V sürücü var.

Şimdi Vth <1,7V olan MOSFET'i değiştirirseniz, her zaman açık olacaktır. yani, daha kaliteli bir MOSFET daha kötü çalışır (ya da hiç değil). "İyileştirme", başlangıçta Vth <ila << 1.7V olan bir MOSFET kullanmaktır.


Bu son birkaç gün içinde bana verdiğin ikinci harika cevap. Yardımın için çok teşekkürler!
Jon Bright,

@Russel - Bu cevabın herhangi bir yerinde FET'lerin "mantık seviyesi" sınıflandırmasından bahsetmemeniz garip ...
Kevin Vermeer

1
@Kevin Vermeer - Bunu yetersiz bir an için düşündüm. Eğer kullansaydım, bunun çok öznel bir terim olduğunu söylemek olurdu - pazarlamacı bir jargon değil, rahat olandan daha yakın bir terim. Ve bu durumda iki "mantık seviyesi" söz konusudur. BSS138'in "lojik seviye" olduğu iddia ediliyor ve en fazla 5V'da ve çok yüksek oranda, 3V'de, maksimum maks. Bu uygulamada işe yaramasının nedeni, Vth'nin tipik olarak tipik ve en kötü olmayan durum olması ve akımların küçük olmasıdır. Bunun yerine, Vth'lerin beklediği ve kabul edilebilir olduğu konusunda spesifiktim.
Russell McMahon

3
Vh-vl> vth'in önemli olduğunu sanmıyorum. Ben sadece önemli olanın Vl> vth olduğunu düşünüyorum (bunun aynı zamanda doğru okuduğumda analizinizin sonucu olduğunu not edin)
mazurnifikasyon 22:11

4
Terimin iyi bir resmi anlamı * olsa ve bazen de uygun olsa bile, insanları çevrimiçi olarak (ya da başka bir yerde) "moron" olarak adlandırmanın cazibesine kapılmaktan kaçınmaya çalışıyorum. Her nasılsa, bu hafta bu cevaba 2 puan verildi ve 1 oy vermedi. "Temsilci" nin kaybı elbette son derece önemsiz olmakla birlikte, bu listede gerçekten mevcut cevabı verilen "cevabın" yararlı olmadığını düşünen bir moron olduğunu düşünmek üzücü. Bir soru şüpheciye daha fazla yardım etmiş olabilir. | * Moron = IQ 50-75. Bu gibi bazı durumlarda tüm yaşam alanlarında değilse, tartışma alanında bir araya getirin.
Russell McMahon
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.