Чи безпечно керувати MOSFET з вихідного штифта мікроконтролера?

25

Я використовував загальнодоступні BJT, такі як 2N2222 та 2N3904, як комутатори, керуючи ними в режимі насичення від мого MCU. Однак я вважаю, що для подібних застосувань MOSFET є більш підходящим пристроєм. Однак у мене є кілька питань.

1) Чи має MOSFET "режим насичення", як це робить BJT? Чи досягається це «насичення» просто забезпеченням достатньо високої напруги на базі, що MOSFET повністю «включений»?

2) Чи безпечно керувати MOSFET безпосередньо з MCU? Я розумію, що затвор MOSFET поводиться як конденсатор, і тому підводить деякий струм під час "зарядки", а потім жодного після цього. Це зарядний струм досить високий, щоб пошкодити штир MCU? Поміщаючи резистор послідовно із затвором, я можу захистити штифт, але це сповільнить вимикач, можливо, в результаті швидкого відводу тепла MOSFET?

3) Який загальний "хобістський" MOSFET підходить для різних ситуацій з малою потужністю? IE, що MOSFET еквівалентно 2N2222 або 2N3904?

microcontroller mosfet

— Позначити
джерело

1

"Більш відповідне" мені звучить нерозумно. Зазвичай BJT дешевші, тому я б використовував FET, лише якщо BJT не зробить.

— starblue

11

Я зазвичай робив навпаки: використовуйте MOSFET, якщо мені не потрібен BJT. Вони обидва дешеві. Потужність, витрачена R_DSON MOSFET, зазвичай менша, ніж від V_CESAT BJT. Ви платите лише за перемикання MOSFET, а не для його увімкнення, що зменшує розсіювання потужності як в транзисторі, так і в частині, що приводить в дію, особливо якщо комутація нечаста. MOSFET зазвичай проходять до залізниці, оскільки немає V_CESAT. Мінус полягає в тому, що MOSFET не тягне постійну кількість струму по всьому краю, оскільки він схожий на резистор; це уповільнює перемикання ємнісного навантаження.

— Майк Десімоне

14

Багато потужних MOSFET вимагають високої напруги на затворі для силових навантажень, щоб забезпечити їх повне включення. Однак є деякі з входами логічного рівня. Дані аркушів можуть вводити в оману, вони часто дають напругу на воротах для струму 250 мА на першій сторінці, і ви вважаєте, що їм потрібно 12 В для 5А, скажімо.

Це гарна ідея поставити резистор на заземлення на воротах, якщо MOSFET керується висновком MCU. Штифти MCU, як правило, вводяться під час скидання, і це може призвести до того, що затвор миттєво пропливе, можливо, увімкніть пристрій, поки програма не почне працювати. Ви не пошкодите вихід MCU, підключивши його безпосередньо до воріт MOSFET.

BS170 та 2N7000 приблизно еквівалентні BJT, які ви згадали. Zetex ZVN4206ASTZ має максимальний струм зливу 600 мА. Я не думаю, що ви знайдете невеликий MOSFET, який можна керувати від 3.3V, однак.

— Леон Хеллер
джерело

2N7000 має максимальний струм 200mA, де 2N2222 має максимальний струм ~ 600mA. Чи є в цьому мікрорайоні щось, що легко керувати 3,3 В MCU?

— Марк

1

@ Марк Ледве. Це як би просто перевищити порогову напругу на BJT. На жаль, з MOSFET у вас немає експоненціальної характеристики.

— jpc

1

Я багато років керував MOSFET з пакетом SC-70 з 1,8 В на роботі. Перший параметр для перевірки - V_GS (th), як відмітив Марк. Це приблизно еквівалентно V_IH для входу CMOS, якщо n-канал, або V_IL для p-каналу. Іншими словами, пройдіть повз це значення. Шукаючи еквівалент 2222, знайшов AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND). 55В, 2.1А, СОТ-23, V_GS (ти) 2,0 В макс. 1,3 В тип, r_DSON 130 мОм при 3,3 В. Коштують так само, як і P2N2222AG. При навантаженні 500 мА 2222 має V_CESAT = 1,0 В (500 мВт розсіюється), а AO3422 має V_DS = 0,065 В (32,5 мВт розсіюється). БНТ холодно.

— Майк Десімоне

3

Що слід пам’ятати, купуючи MOSFET, це не передчасно обмежувати V_DS або I_D під час пошуку! Ці показники набагато вищі для БНТ, ніж ви звикли бачити для BJT, що дають певне кероване навантаження. Зверніть увагу, як AO3422 (V_DS = 55 В, I_D = 2,1 А) набагато вище, ніж специфікації для аналогічного 2N2222 (V_CE = 50 В, I_C = 0,8 А); це пов’язано з ефективністю! Причина, по якій ви не бачите «типових MOSFET», як у BJT або діодів (1N4148 тощо), полягає в тому, що MOSFET з'явилися пізніше, коли було більше компаній, що їх робили, і було набагато менше мотивів копіювати стандартні частини конкурентів .

— Майк Десимоне

2

@MikeDeSimone: "Перший параметр, який потрібно перевірити, - це V_GS (th), як відмітив Марк. Це приблизно еквівалентно V_IH для вводу CMOS, якщо n-канал, або V_IL для p-каналу. Іншими словами, проведіть повз це значення. " Ні-ні-ні. Все V_GS (th) означає, що ти пройдеш вказаний струм. MOSFET не вважається "включеним" до тих пір, поки пристрій не стане повністю резистивним у поведінці протягом заданого діапазону струмів. Для цього потрібна більша напруга, ніж V_GS (го), і зазвичай не вказується до тих пір, поки гарантовані специфікації Rdson, десь в діапазоні 4,5 В-10 В (іноді при менших напругах).

— Джейсон S

11

Це безпечно - загалом - і спрацює, якщо вибрати MOSFET "логічного рівня". Зауважте, що "логічний рівень" не здається точно стандартизованим терміном, і він не обов'язково відображатиметься як параметр у параметричному пошуку на сайтах постачальників, а також не обов'язково відображатиметься в аркуші даних. Однак ви виявите, що MOSFET на логічному рівні часто має "L" в номері деталі, наприклад: IR540 (не логічний рівень) проти IRL540 (логічний рівень). Найголовніше - подивитися в аркуші даних і перевірити значення VGS (порогове значення) і подивитися графік, що показує поточний потік проти VGS. Якщо VGS (поріг) дорівнює 1,8 В або 2,1 В або близько того, а "коліно кривої" на графіку становить приблизно 5 вольт, у вас в основному є логічний рівень MOSFET.

Для прикладу того, як виглядають специфікації на логічному рівні MOSFET, перегляньте цей аркуш:

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

Малюнок 3 - це графік, про який я мав на увазі.

З урахуванням всього цього, я бачу, що багато людей все ще рекомендують використовувати оптоізолятор між мікроконтролером та MOSFET, щоб бути надзвичайно безпечним.

— розум злочину
джерело

7

Re: насичення: так, але це заплутано не називається насиченням (що насправді відповідає лінійній області в біполярних транзисторах). Замість цього подивіться таблиці даних та номінальний опір Rdson, який задається при певній напрузі джерела для кожної деталі. MOSFET зазвичай задаються одним або декількома з наступних: 10 В, 4,5 В, 3,3 В, 2,5 В.

Я поставив би два резистори в ланцюг: один від ворота до землі, як згадував Леон (насправді я поставив би його з виходу MCU на землю), а інший між висновком MCU і воротами, щоб захистити MCU у у випадку помилки MOSFET.

Більше обговорення в цьому записі в блозі .

Щодо того, яким MOSFET використовувати, насправді не існує паралелі 2N3904 / 2N2222.

2N7000 - це, мабуть, найпоширеніший та найдешевший БНТ там. Для інших желейнових БНТ, я б подивився на Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P.

Для наступного кроку вгору (більш високий рівень потужності) я би поглянув на IRF510 (100 В) або IRFZ14 (60 В), обидва в TO-220, хоча це основні FETs, що специфікуються на 10-вольтових джерелах. Логічні рівні FET (IRL510, IRLZ14) мають Rdson, вказаний у джерелі джерела 4,5 V.

— Джейсон С
джерело

7

Резистор від штифта MCU до затвора також використовується для уповільнення перемикання краю, для зменшення дзвінка, перекриття та EMI. 10 Ом - типове значення.

— Майк Десімоне

0

Відповідаючи на запитання 3, я виявив, що Fairchild FQP30N06L ідеально підходить для керування пристроєм високої потужності з MCU на логічних рівнях. Це не дешево (0,84 GPB), але чудово підходить для ледачих n00bs, як я. Я використовую їх для постачання світлодіодних смуг 12В RGB.

Деякі статистичні дані:

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

Таким чином, 3.3v Raspberry Pi знаходиться вище 2,5В верхнього порогу воріт, що забезпечить повне відкриття стоку.

— Аластер Маккормак
джерело

Не керуйте цим безпосередньо з MCU. Час повороту / розвороту буде дуже довгим через ємності затвора, і ви не захищаєте MCU від будь-яких несправностей.

— Джейсон S

Більш серйозно, тільки тому, що 3,3 В вище порогу воріт, це не означає, що перемикач повністю включений. Це означає, що струм гарантовано перевищує заданий поріг (250uA для FQP30N06L). FQP30N06L розрахований на напругу щонайменше 5 В, що є мінімальною напругою, яку вони задають на опір. Будь-яке нижче, і ви не маєте жодних гарантій поведінки пристрою, що перевищує струм 250uA порогу Vgs.

— Джейсон S

Привіт JasonS, пробач моє незнання. Я не бачу в специфікаціях, де 5В дається як мінімум. Дані графіків показують, що ~ 3,3 В на воротах дозволяє> 10А на зливі @ 25 В, що ідеально підходить для моїх цілей (5A @ 12V). Для захисту я поставив 10KΩ резистор між Gate та Ground і маю намір поставити резистор аналогічного розміру між штифтом MCU та Gate. Чи буде цього достатньо?

— Аластер Маккормак

"Дані графіків показують ..." Дані графіка характеристики в таблиці даних майже завжди є представленням типової продуктивності, а не в гіршому випадку. Іншими словами, це середня поведінка, а не екстремальність, і ви не можете розраховувати на те, що вона дійсна для всіх пристроїв. Причина, що вони взагалі включають це, полягає в тому, що відносна поведінка (струм збільшується із збільшенням напруги на затворі та зростаючою напругою стоку) є універсальною ... ви просто не можете покладатися на цифри.

— Джейсон S

1

Подивіться на сторінку 2 ("Про характеристики") - вона дає дві характеристики для Rdson з Vgs = 10V (макс. 35 МОм) і Vgs = 5 В (макс. 45 мом). Що стосується захисту ... ну, дивіться мою статтю embeddedrelated.com/showarticle/77.php - резистор, що випадає, може бути досить високим, зазвичай 100K - 1M це добре. Але вам дуже потрібна схема водіння затвора з логіки 3.3V. У ньому немає напруги, необхідної для гарантування включення FQP30N06L. Деякі пристрої можуть мати трохи більший Rdson при 3,3 В (або все ще можуть бути в діапазоні постійного струму) і в результаті перегріватися.

— Джейсон S