Có an toàn khi lái MOSFET từ chân đầu ra của vi điều khiển không?

25

Tôi đã sử dụng các BJT thường có sẵn như 2N2222 và 2N3904 làm công tắc bằng cách vận hành chúng trong "chế độ bão hòa" từ MCU của tôi. Tuy nhiên, tôi tin rằng đối với các loại ứng dụng này, MOSFET là một thiết bị phù hợp hơn. Tôi có một vài câu hỏi, tuy nhiên.

1) MOSFET có "chế độ bão hòa" như BJT không? Có phải "độ bão hòa" này đạt được chỉ bằng cách cung cấp một điện áp đủ cao trên cơ sở mà MOSFET hoàn toàn "bật"?

2) Có an toàn khi lái MOSFET trực tiếp từ MCU không? Tôi hiểu rằng cổng của MOSFET hoạt động giống như một tụ điện, và do đó rút ra một số dòng điện trong khi "sạc", và sau đó không có gì sau đó. Dòng sạc này có đủ cao để làm hỏng chân MCU không? Bằng cách đặt một điện trở nối tiếp với cổng, tôi có thể bảo vệ chân, nhưng điều này sẽ làm chậm công tắc, có thể dẫn đến tản nhiệt cao bởi MOSFET?

3) MOSFET "sở thích" chung phù hợp với các tình huống năng lượng thấp khác nhau là gì? IE, MOSFET tương đương với 2N2222 hay 2N3904 là gì?

microcontroller mosfet

— dấu
nguồn

1

"Thích hợp hơn" nghe có vẻ ngớ ngẩn với tôi. Thông thường, các BJT rẻ hơn, vì vậy tôi chỉ sử dụng FET nếu không có BJT.

— starblue

11

Nói chung, tôi đã làm ngược lại: sử dụng MOSFET trừ khi tôi cần một BJT. Cả hai đều rẻ. Năng lượng bị lãng phí bởi R_DSON của MOSFET thường ít hơn so với V_CESAT của BJT. Bạn chỉ phải trả tiền điện để chuyển đổi MOSFET chứ không phải giữ nó, điều này làm giảm sự tiêu hao năng lượng trong cả bóng bán dẫn và bộ phận điều khiển nó, đặc biệt nếu việc chuyển đổi không thường xuyên. MOSFE thường đi hết đường ray vì không có V_CESAT. Nhược điểm là MOSFET không kéo một dòng điện không đổi trên toàn bộ cạnh, vì nó trông giống như một điện trở; điều này làm chậm chuyển đổi một tải điện dung.

— Mike DeSimone

14

Nhiều MOSFET điện yêu cầu điện áp cổng cao cho tải dòng điện cao, để đảm bảo rằng chúng được bật hoàn toàn. Có một số với đầu vào mức logic, mặc dù. Các bảng dữ liệu có thể gây hiểu nhầm, họ thường cung cấp điện áp cổng cho dòng điện 250 mA trên trang đầu, và bạn thấy rằng họ cần 12V cho 5A, nói.

Đó là một ý tưởng tốt để đặt một điện trở nối đất trên cổng nếu MOSFET được điều khiển bởi đầu ra MCU. Các chân MCU thường là đầu vào khi thiết lập lại và điều này có thể khiến cổng nổi trong giây lát, có thể bật thiết bị cho đến khi chương trình bắt đầu chạy. Bạn sẽ không làm hỏng đầu ra MCU bằng cách kết nối trực tiếp với cổng MOSFET.

BS170 và 2N7000 gần tương đương với các BJT mà bạn đã đề cập. Zetex ZVN4206ASTZ có dòng thoát tối đa 600 mA. Tuy nhiên, tôi không nghĩ rằng bạn sẽ tìm thấy một MOSFET nhỏ có thể được điều khiển từ 3.3V.

— Leon Heller
nguồn

2N7000 có dòng điện tối đa 200mA, trong đó 2N2222 có dòng điện tối đa ~ 600mA. Có cái gì trong khu phố đó dễ lái với MCU 3,3v không?

— Đánh dấu

1

@Mark Barely. Nó giống như chỉ vượt qua ngưỡng điện áp trên một BJT. Thật không may với MOSFET bạn không có đặc tính theo cấp số nhân.

— jpc

1

Tôi đã lái MOSFE gói SC-70 với 1,8 V tại nơi làm việc trong nhiều năm. Tham số đầu tiên để kiểm tra là V_GS (th), như Mark đã lưu ý. Nó gần tương đương với V_IH cho đầu vào CMOS nếu kênh n hoặc V_IL cho kênh p. Nói cách khác, lái xe qua giá trị đó. Tìm kiếm một tương đương 2222, tìm thấy AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND). 55V, 2.1A, SOT-23, V_GS (th) của 2.0 V max, 1.3 V typ, r_DSON của 130 mOhms ở 3.3 V. Chi phí tương đương với P2N2222AG. Đối với tải 500 mA, 2222 có V_CESAT = 1.0 V (tiêu tan 500 mW) và AO3422 có V_DS = 0,065 V (tiêu tan 32,5 mW). FET chạy lạnh.

— Mike DeSimone

3

Điều cần nhớ khi mua sắm MOSFET không phải là không giới hạn sớm V_DS hoặc I_D khi tìm kiếm! Những con số này cao hơn nhiều đối với FET so với những gì bạn từng thấy đối với các BJT được cung cấp một tải trọng nhất định. Lưu ý cách AO3422 (V_DS = 55 V, I_D = 2.1 A) cao hơn nhiều so với thông số kỹ thuật cho 2N2222 tương tự (V_CE = 50 V, I_C = 0.8 A); Điều này là do hiệu quả! Lý do bạn không thấy "các MOSFET thông thường" giống như bạn làm cho các BJT hoặc điốt (1N4148, v.v.) là vì các MOSFET xuất hiện sau đó, khi có nhiều công ty sản xuất chúng và có ít động lực hơn để sao chép các bộ phận tiêu chuẩn của đối thủ cạnh tranh .

— Mike DeSimone

2

@MikeDeSimone: "Tham số đầu tiên cần kiểm tra là V_GS (th), giống như Mark đã lưu ý. Nó gần tương đương với V_IH cho đầu vào CMOS nếu n-channel hoặc V_IL cho kênh p. Nói cách khác, hãy vượt qua giá trị đó. " Không không không. Tất cả V_GS (th) có nghĩa là bạn vượt qua một dòng điện được chỉ định. MOSFET không được coi là "bật" cho đến khi thiết bị có hành vi điện trở hoàn toàn trong một phạm vi dòng điện xác định. Điều này đòi hỏi điện áp cao hơn V_GS (th) và thường không được chỉ định cho đến khi thông số kỹ thuật được bảo đảm của Rdson, ở đâu đó trong phạm vi 4,5V-10V (đôi khi ở điện áp thấp hơn).

— Jason S

11

Nó an toàn - nói chung - và nó sẽ hoạt động nếu bạn chọn một MOSFET "mức logic". Lưu ý rằng "mức logic" dường như không phải là một thuật ngữ được tiêu chuẩn hóa chính xác và nó không nhất thiết phải hiển thị dưới dạng tham số trong tìm kiếm tham số tại các trang web của nhà cung cấp, cũng không nhất thiết phải hiển thị trong bảng dữ liệu. Tuy nhiên, bạn sẽ thấy rằng các MOSFET mức logic thường có "L" trong số phần, ví dụ: IR540 (mức không logic) so với IRL540 (mức logic). Điều quan trọng là nhìn vào bảng dữ liệu và kiểm tra giá trị VGS (ngưỡng) và xem biểu đồ hiển thị luồng hiện tại so với VGS. Nếu VGS (ngưỡng) giống như 1.8V hoặc 2.1V hoặc hơn, và "đầu gối của đường cong" trên biểu đồ là khoảng 5 volt, về cơ bản bạn có MOSFET mức logic.

Để biết ví dụ về thông số kỹ thuật trên MOSFET mức logic trông như thế nào, hãy xem biểu dữ liệu này:

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

Hình 3 là biểu đồ mà tôi đã đề cập.

Tất cả những gì đã nói, tôi thấy rằng rất nhiều người vẫn khuyên bạn nên sử dụng bộ cách ly quang giữa bộ điều khiển vi mô và MOSFET, để an toàn hơn.

— tâm trí
nguồn

7

Re: bão hòa: có, nhưng thật khó hiểu không được gọi là bão hòa (thực sự tương ứng với vùng tuyến tính trong các bóng bán dẫn lưỡng cực). Thay vào đó, hãy xem các bảng dữ liệu và điện thoại được đánh giá trên điện trở, được chỉ định ở một điện áp nguồn cổng nhất định cho từng bộ phận. MOSFE thường được chỉ định tại một hoặc nhiều điều sau đây: 10V, 4.5V, 3.3V, 2.5V.

Tôi đã đặt hai điện trở vào mạch: một từ cổng xuống đất, như Leon đã đề cập (thực ra tôi đã đặt nó từ đầu ra MCU xuống đất), và một điện trở khác giữa đầu ra MCU và cổng, để bảo vệ MCU trường hợp MOSFET có lỗi.

Thảo luận thêm về mục blog này .

Đối với những gì MOSFET sử dụng, thực sự không có song song với 2N3904 / 2N2222.

2N7000 có lẽ là FET phổ biến nhất và rẻ nhất hiện có. Đối với các FET thạch khác, tôi sẽ xem Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P.

Đối với bước tiếp theo (mức năng lượng cao hơn), tôi sẽ xem xét IRF510 (100V) hoặc IRFZ14 (60V), cả trong TO-220, mặc dù đây là những FET cơ bản được đặt ở nguồn cổng 10V. Các FET mức logic (IRL510, IRLZ14) có Rdson được chỉ định tại nguồn cổng 4.5V.

— Jason S
nguồn

7

Điện trở từ chân MCU đến cổng cũng được sử dụng để làm chậm cạnh chuyển mạch, để giảm tiếng chuông, quá mức và EMI. 10 ohms là một giá trị điển hình.

— Mike DeSimone

0

Trả lời câu hỏi 3, tôi thấy Fairchild FQP30N06L là lý tưởng để lái một thiết bị công suất cao từ MCU ở mức logic. Nó không rẻ (0,84 GPB) nhưng tuyệt vời cho những người lười biếng như tôi. Tôi đang sử dụng chúng để cung cấp dải đèn LED RGB RGB.

Một số thống kê:

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

Do đó, 3.3v của Raspberry Pi nằm trên Ngưỡng cửa trên 2.5V, điều này sẽ đảm bảo cống thoát được mở hoàn toàn.

— Alastair McCormack
nguồn

Đừng lái xe này trực tiếp từ MCU. Thời gian bật / tắt sẽ rất lâu do công suất cổng và bạn không bảo vệ MCU khỏi mọi lỗi.

— Jason S

Nghiêm trọng hơn, chỉ vì 3.3V ở trên ngưỡng cổng, điều đó không có nghĩa là công tắc đã bật hoàn toàn. Tất cả điều đó có nghĩa là dòng điện được đảm bảo vượt quá ngưỡng nhất định (250uA cho FQP30N06L). FQP30N06L được thiết kế để được điều khiển từ điện áp ít nhất là 5V, đây là điện áp tối thiểu mà chúng chỉ định trên điện trở. Bất kỳ giá trị nào thấp hơn mức đó và bạn không đảm bảo bất kỳ hành vi nào của thiết bị vượt quá ngưỡng 250uA của ngưỡng Vss.

— Jason S

Xin chào JasonS, tha thứ cho sự thiếu hiểu biết của tôi. Tôi không thấy trong các thông số kỹ thuật trong đó 5V được đưa ra ở mức tối thiểu. Dữ liệu biểu đồ cho thấy ~ 3,3V trên cổng cho phép> 10A trên cống @ 25V, lý tưởng cho mục đích của tôi (5A @ 12V). Để bảo vệ, tôi đã đặt một resister 10KΩ giữa Gate và Ground và dự định đặt một resister có kích thước tương tự giữa pin MCU và Gate. Điều này sẽ là đủ?

— Alastair McCormack

"Dữ liệu biểu đồ hiển thị ..." Dữ liệu biểu đồ đặc trưng trong biểu dữ liệu hầu như luôn là đại diện cho hiệu suất điển hình , không phải trường hợp xấu nhất. Nói cách khác, đó là hành vi trung bình, không phải cực đoan và bạn không thể tin vào hành vi đó có hiệu lực đối với tất cả các thiết bị. Lý do họ bao gồm tất cả là vì hành vi tương đối (dòng điện tăng lên khi tăng điện áp cổng và tăng điện áp cống) là phổ biến ... bạn không thể dựa vào các con số.

— Jason S

1

Nhìn vào trang 2 ("Về đặc điểm") - nó cung cấp cho bạn hai thông số kỹ thuật cho Rdson với Vss = 10V (tối đa 35mohm) và Vss = 5V (tối đa 45 mohm). Theo như bảo vệ ... tốt, thấy bài viết của tôi embeddedrelated.com/showarticle/77.php - điện trở kéo xuống có thể khá cao, thường là 100K - 1M là tốt. Nhưng bạn thực sự cần một mạch lái xe cổng từ logic 3,3V. Nó không có điện áp cần thiết để đảm bảo rằng FQP30N06L sẽ được bật. Một số thiết bị có thể có Rdson cao hơn một chút ở mức 3,3V (hoặc có thể vẫn ở trong phạm vi dòng không đổi) và kết quả là quá nóng.

— Jason S