Використання Mosfet та P- проти N-каналу

Я намагаюся використовувати Arduino для включення / відключення 12V соленоїда. Я використав H-міст і отримав це добре. Тоді я вирішив спростити речі і отримати єдиний мосфет замість багатоканального Н-мосту, і я дуже заплутався. Я намагаюся зрозуміти правильний спосіб використання мусфету P-каналу (або N-каналу) у цьому налаштуванні, і натрапив на цю прикладну схему в google:

Чому задіяний ще один транзистор (2N3904), і чому є діод через навантаження?

Я розумію, що P-канал активується, коли $V_{gate}$ підведений високий (вище $V_{source}$ + $V_{drain}$ ), отже, підтягування, але чому додатковий транзистор? Чи не повинен MCU (в даному випадку PIC) робити те саме?

Крім того - у сценарії, коли все, що я роблю, це ввімкнення або вимкнення навантаження (як мій соленоїд), чи є причина використовувати N-канал проти P-каналу?

Порівняйте дії P і N каналу MOSFET у своїй схемі.

(Я залишив перехідний транзистор, щоб допомогти порівнянню.)

Вихід PIC не любить підключатися до 12 В, тому транзистор діє як буфер або перемикач рівня. Будь-який вихід з PIC більше 0,6 В (ish) перетворить транзистор у положення.

П КАНАЛЬНИЙ МОЗФЕТ . (Навантаження пов'язане між водостіком та землею)

Коли вихід PIC низький, транзистор вимкнено, а затвор P MOSFET ВИСОКИЙ (12 В). Це означає, що P MOSFET ВИМКНЕНО.

Коли вихід PIC ВИСОКИЙ, транзистор увімкнено і тягне затвор МОЗФЕТУ НИЗЬКОГО. Це вмикає MOSFET і струм буде протікати через навантаження.

N КАНАЛЬНИЙ МОЗФЕТ . (Навантаження підключено між каналізацією та + 12В)

Коли вихід PIC низький, транзистор вимкнено, а затвор P MOSFET ВИСОКИЙ (12 В). Це означає, що N MOSFET увімкнено, і через навантаження буде протікати струм.

Коли вихід PIC ВИСОКИЙ, транзистор увімкнено і тягне затвор МОЗФЕТУ НИЗЬКОГО. Це вимикає MOSFET.

Поліпшена схема MOSFET .

Ми могли би усунути транзистор за допомогою цифрового типу N MOSFET - для роботи йому потрібен лише сигнал 0-5В з виходу ПІК та ізолює вивід PIC від джерела 12В.

Якщо вихід PIC ВИСОКИЙ, MOSFET увімкнено, коли він низький, MOSFET вимкнено. Це точно так само, як і в оригінальній схемі P MOSFET. Серійний резистор був зменшений, щоб сприяти включенню, вимкненню, швидше заряджаючи або розряджаючи ємність затвора.

Вибір пристрою в основному відповідає вашим потребам дизайну, хоча в цьому випадку цифровий тип N MOSFET виграє з простоти в плані простоти.

Біполярний транзистор присутній як драйвер для MOSFET. Хоча для постійного струму MOSFETS мають дуже високий опір і так виглядають як відкриті ланцюги, вони насправді ємнісні. Для того, щоб увімкнути, в них потрібно перенести заряд, і для цього потрібно швидко рухатися.

BJT (і загальна конструкція схеми) також приносить наступну перевагу: невеликий і передбачуваний включення напруги. Ви можете замінити там різні BJT, і поведінка буде подібною.

Ще однією перевагою додаткового транзистора є те, що додаткова транзисторна ступінь має посилення напруги, що допомагає створити більш різкий перехід від вимкнення в положення з точки зору входу, який шукає.

Щоб використовувати невеликий позитивний сигнал для включення ланцюга, необхідно використовувати транзистор NPN. Але вихід цього є інвертованим, з великим навантаженням в сторону, і тому використовується P-канал MOSFET. У цьому є ще одна приємна особливість, яка полягає в тому, що навантаження контролюється з позитивної сторони, і таким чином залишається заземленою, коли транзистор відключений.

Схематичний символ для MOSFET виглядає як пристрій виснаження (оскільки канал намальований суцільним, а не як три секції). Це, мабуть, лише помилка. Схема виглядає як налаштування режиму вдосконалення млини.

P-канал MOSFET активується, коли затвор низький. Він намальований «догори ногами». Подумайте про це як аналог PNP BJT.

Діод "маховика" завершує ланцюг індуктивного навантаження, коли транзистор / перемикач відкривається. Індуктор намагається підтримувати той самий струм, що протікає в тому ж напрямку. Зазвичай цей струм протікає через контур транзистора. Коли це різко відсікається, він протікає через діодний контур, таким чином, що його напрямок через навантаження є однаковим, а це означає, що через діод тече протилежний шлях. Щоб таке продовження струму відбулося, індуктор повинен генерувати "зворотний ЕРС": напруга, напрямок якої напрямок протилежний тому, який раніше до нього застосовувався.

Вам слід додати 4k7 від воріт до землі, щоб уникнути того, щоб ваш FET проводився, коли ваш io-pin має високий імпеданс або не підключений. У цьому випадку проста зарядка з вашої руки може активувати MOSFET, і є ймовірність, що він буде безперервно керувати вашою схемою, навіть коли на штирі затвора немає живлення.

1. Чому задіяний ще один транзистор (2N3904)? - так, щоб драйвер затвора не бачив опір менше 10 к (опір). 10k резистор і BJT насправді необов’язкові, але елегантні, якщо їх додати. Редагувати: Ну, важливо, щоб ШІМ працював належним чином. він перетворює цифровий сигнал, необхідний для того, щоб PNP працював так, як вам потрібно. Ви все ще можете опустити BJT, якщо зможете інвертувати керуючий сигнал до виходу.

2. І чому через навантаження є діод? - оскільки індуктивні навантаження (соленоїди, двигуни тощо) призводять до течії струмів у інший бік, коли вони вимикаються. Оскільки ви використовуєте ШІМ для управління чимось, воно в основному швидко включається і вимикається. Ви включаєте двигун, ротор починає крутитися, ви вимикаєте його, ротор все ще крутиться, а потім діє як генератор, що змушує текти струму в іншому напрямку. Ця зворотна полярність може пошкодити компоненти, але миттєво заперечується після додавання діода.

Це безпосередньо стосується теорії MOSFET. На діаграмі показано МОЗФЕТ ВИЗНАЧЕННЯ, який працює з рівнянням Шоклі: ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. Очевидно, що мікроконтролер працює з 5-вольтовим виходом, і якщо використовувати його безпосередньо як затворну напругу, ви не зможете отримати максимальний струм від джерела живлення (на 12 вольт вище). Другий транзистор працює як буфер і також є ізолятором для цієї мети. А щодо діода: цей діод майже завжди використовується для навантажень, що містять котушки (як мотор чи реле). Мета - придушення зворотного струму, виробленого котушкою як індуктором. Цей зворотний струм може пошкодити ваш MOSFET.

Поясню діодну частину: припустимо, у нас є перемикач, підключений до резистора, а потім індуктора. (SW-RL-> Ground). проблема виникає, коли перемикач відкривався дуже швидко, що означає раптовий нульовий струм у ланцюзі, але ми знаємо, що індуктори не пускають раптовий нульовий струм (VL = L di / dt). Це означає, що індуктор шукає короткий спосіб спорожнення струму, і єдиний спосіб - це зробити «іскру» між головами вимикача. Це явище ми можемо побачити, підключивши живлення постійного струму до малого постійного струму. Ми можемо бачити, хоча мотор не працює з високою напругою, але при дотику до його проводів за допомогою шнура живлення видно "дуже очевидні іскри". При заміні вимикача на транзистор відбувається такий же сценарій, і ці постійні іскри призводять до пошкодження транзистора.