การขับ MOSFET จากขาออกของไมโครคอนโทรลเลอร์ปลอดภัยหรือไม่?

25

ฉันใช้ BJT ที่มีอยู่ทั่วไปเช่น 2N2222 และ 2N3904 เป็นสวิตช์โดยใช้งานมันใน "โหมดความอิ่มตัว" จาก MCU ของฉัน ฉันเชื่อว่าสำหรับแอพพลิเคชั่นประเภทนี้ MOSFET เป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสมกว่า อย่างไรก็ตามฉันมีคำถามสองสามข้อ

1) MOSFET มี "โหมดความอิ่มตัว" เหมือน BJT หรือไม่? "ความอิ่มตัว" นี้ทำได้โดยเพียงแค่ให้แรงดันไฟฟ้าสูงเพียงพอบนฐานที่ MOSFET นั้นสมบูรณ์แบบ "เปิด"?

2) การขับ MOSFET นั้นปลอดภัยจาก MCU โดยตรงหรือไม่? ฉันเข้าใจว่าประตูของ MOSFET นั้นทำงานเหมือนตัวเก็บประจุดังนั้นจึงดึงกระแสในขณะที่ "กำลังชาร์จ" และหลังจากนั้นก็ไม่มีใครเลย การชาร์จกระแสนี้สูงพอที่จะทำให้พินเสียหายหรือไม่? ด้วยการวางตัวต้านทานแบบอนุกรมกับเกตฉันสามารถป้องกันพินได้ แต่สิ่งนี้จะทำให้สวิทช์ช้าลงซึ่งอาจทำให้ MOSFET กระจายความร้อนได้สูงหรือไม่

3) "งานอดิเรก" MOSFET ทั่วไปคืออะไรเหมาะสำหรับสถานการณ์พลังงานต่ำต่าง ๆ IE, MOSFET ที่เทียบเท่ากับ 2N2222 หรือ 2N3904 คืออะไร?

microcontroller mosfet

— เครื่องหมาย
แหล่งที่มา

1

"เหมาะสมกว่า" ฟังดูโง่สำหรับฉัน ปกติแล้ว BJT จะมีราคาถูกกว่าดังนั้นฉันจะใช้ FET ต่อเมื่อ BJT ไม่ทำ

— starblue

11

โดยทั่วไปฉันได้ทำตรงกันข้าม: ใช้ MOSFET เว้นแต่ฉันต้องการ BJT พวกเขาทั้งคู่ราคาถูก พลังงานที่สูญเสียโดย R_DSON ของ MOSFET นั้นน้อยกว่า V_CESAT ของ BJT คุณจ่ายพลังงานเพื่อสลับ MOSFET เท่านั้นไม่เก็บไว้ซึ่งจะลดการกระจายพลังงานในทรานซิสเตอร์และชิ้นส่วนที่ขับเคลื่อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากการสลับเปลี่ยนไม่บ่อยนัก MOSFET มักจะไปตลอดทางจนถึงทางรถไฟเนื่องจากไม่มี V_CESAT ข้อเสียคือ MOSFET จะไม่ดึงกระแสคงที่ตลอดขอบเนื่องจากมันดูเหมือนตัวต้านทาน สิ่งนี้จะช้าลงในการสลับโหลด capacitive

— Mike DeSimone

14

MOSFET พลังงานจำนวนมากต้องการแรงดันไฟฟ้าเกตสูงสำหรับการโหลดกระแสสูงเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาเปิดอยู่อย่างสมบูรณ์ มีบางอย่างที่มีอินพุตระดับตรรกะแม้ว่า แผ่นข้อมูลสามารถทำให้เข้าใจผิดพวกเขามักจะให้แรงดันเกตสำหรับกระแส 250 mA ในหน้าแรกและคุณพบว่าพวกเขาต้องการ 12V สำหรับ 5A

เป็นความคิดที่ดีที่จะวางตัวต้านทานลงบนเกทหาก MOSFET ขับเคลื่อนโดยเอาท์พุท MCU โดยปกติแล้วหมุดของ MCU จะป้อนข้อมูลเมื่อรีเซ็ตและอาจทำให้เกทหยุดชั่วขณะหนึ่งอาจเปิดอุปกรณ์จนกว่าโปรแกรมจะเริ่มทำงาน คุณจะไม่เกิดความเสียหายกับเอาท์พุท MCU โดยการเชื่อมต่อโดยตรงกับประตู MOSFET

BS170 และ 2N7000 นั้นเทียบเท่ากับ BJT ที่คุณกล่าวถึง Zetex ZVN4206ASTZ มีกระแสไฟสูงสุดที่ 600 mA ฉันไม่คิดว่าคุณจะพบ MOSFET ขนาดเล็กที่สามารถขับเคลื่อนจาก 3.3V ได้

— Leon Heller
แหล่งที่มา

2N7000 มีกระแสสูงสุด 200mA โดยที่ 2N2222 มีกระแสสูงสุดสูงสุด ~ 600mA มีบางสิ่งในละแวกนั้นที่ขับง่ายด้วย 3.3v MCU?

— ทำเครื่องหมาย

1

@ Mark Barely มันเหมือนเพิ่งผ่านแรงดันเกณฑ์บน BJT น่าเสียดายที่ MOSFET คุณไม่มีคุณสมบัติแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล

— jpc

1

ฉันขับ SCF-70 MOSFETs ด้วย 1.8 V ที่ทำงานมาหลายปี พารามิเตอร์แรกที่ต้องตรวจสอบคือ V_GS (th) เช่นเดียวกับที่ทำเครื่องหมายไว้ มันเทียบเท่ากับ V_IH สำหรับอินพุต CMOS โดยประมาณถ้า n-channel หรือ V_IL สำหรับ p-channel กล่าวอีกนัยหนึ่งขับผ่านคุณค่านั้นไป มองหาค่าเทียบเท่า 2222 พบ AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND) 55V, 2.1A, SOT-23, V_GS (th) ของ 2.0 V สูงสุด, 1.3 V ประเภท, r_DSON ที่ 130 mOhms ที่ 3.3 V. ค่าใช้จ่ายเหมือนกับ P2N2222AG สำหรับการโหลด 500 mA 2222 จะมี V_CESAT = 1.0 V (500 mW กระจาย) และ AO3422 มี V_DS = 0.065 V (32.5 mW กระจาย) FET วิ่งเย็น

— Mike DeSimone

3

สิ่งที่ต้องจำไว้เมื่อซื้อ MOSFET นั้นไม่ได้ จำกัด V_DS หรือ I_D ก่อนกำหนดเมื่อทำการค้นหา! ตัวเลขเหล่านี้สูงกว่าสำหรับ FET มากกว่าที่คุณเคยเห็นสำหรับ BJT ที่ได้รับแรงผลักดันบางอย่าง สังเกตว่า AO3422 (V_DS = 55 V, I_D = 2.1 A) นั้นสูงกว่าข้อกำหนดสำหรับ 2N2222 ที่คล้ายกัน (V_CE = 50 V, I_C = 0.8 A) ที่คล้ายกันมาก นี่เป็นเพราะประสิทธิภาพ! เหตุผลที่คุณไม่เห็น "MOSFET ทั่วไป" เหมือนที่คุณทำกับ BJTs หรือไดโอด (1N4148 ฯลฯ ) ก็คือ MOSFET นั้นมาพร้อมกันในภายหลังเมื่อมี บริษัท สร้างมันขึ้นมาและมีแรงจูงใจน้อยกว่าในการคัดลอกชิ้นส่วนมาตรฐานของคู่แข่ง .

— Mike DeSimone

2

@MikeDeSimone: "พารามิเตอร์ตัวแรกที่ตรวจสอบคือ V_GS (th) เหมือนกับที่ทำเครื่องหมายไว้โดยประมาณเท่ากับ V_IH สำหรับอินพุต CMOS ถ้า n-channel หรือ V_IL สำหรับ p-channel กล่าวอีกนัยหนึ่งให้ขับผ่านค่านั้น " ไม่ไม่ไม่. V_GS ทั้งหมด (th) หมายถึงว่าคุณได้รับกระแสเกินที่ระบุ MOSFET จะไม่ถูกพิจารณาว่าเป็น "เปิด" จนกว่าอุปกรณ์จะมีพฤติกรรมต้านทานอย่างสมบูรณ์ในช่วงของกระแส สิ่งนี้ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า V_GS (th) และมักจะไม่ได้ระบุไว้จนกว่ารายละเอียด Rdson ที่รับประกันจะอยู่ที่ไหนสักแห่งในช่วง 4.5V-10V (บางครั้งที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า)

— Jason S

11

ปลอดภัย - โดยทั่วไป - และจะใช้งานได้หากคุณเลือก "ระดับตรรกะ" MOSFET โปรดทราบว่า "ระดับตรรกะ" ดูเหมือนจะไม่เป็นคำที่เป็นมาตรฐานและไม่จำเป็นต้องแสดงเป็นพารามิเตอร์ในการค้นหาพารามิเตอร์ที่ไซต์ของผู้จำหน่ายและไม่จำเป็นต้องแสดงในแผ่นข้อมูล อย่างไรก็ตามคุณจะพบว่า MOSFET ระดับตรรกะมักจะมี "L" ในหมายเลขชิ้นส่วนเช่น IR540 (ไม่ใช่ระดับตรรกะ) เทียบกับ IRL540 (ระดับตรรกะ) สิ่งสำคัญคือการดูในแผ่นข้อมูลและตรวจสอบค่า VGS (เพดาน) และดูกราฟที่แสดงกระแสปัจจุบันเทียบกับ VGS หาก VGS (ขีด จำกัด ) เป็นเช่น 1.8V หรือ 2.1V หรือมากกว่านั้นและ "หัวเข่าของเส้นโค้ง" บนกราฟอยู่ที่ประมาณ 5 โวลต์โดยทั่วไปแล้วคุณมี MOSFET ระดับตรรกะ

สำหรับตัวอย่างของข้อมูลจำเพาะของ MOSFET ระดับตรรกะให้ตรวจสอบแผ่นข้อมูลนี้:

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

รูปที่ 3 เป็นกราฟที่ฉันอ้างถึง

จากทั้งหมดที่กล่าวมาฉันเห็นว่าผู้คนจำนวนมากยังคงแนะนำให้ใช้ opto-isolator ระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และ MOSFET เพื่อความปลอดภัยเป็นพิเศษ

— Mindcrime
แหล่งที่มา

7

Re: saturation: ใช่ แต่ก็ไม่ได้เรียกว่า saturation (ซึ่งตรงกับขอบเขตเชิงเส้นในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์) แต่ให้ดูที่เอกสารข้อมูลทางเทคนิคและอันดับความต้านทานต่อการจัดอันดับของ Rdson ซึ่งระบุไว้ที่แรงดันไฟฟ้าแหล่งเกทเฉพาะสำหรับแต่ละส่วน MOSFET มักจะระบุที่หนึ่งหรือมากกว่าดังต่อไปนี้: 10V, 4.5V, 3.3V, 2.5V

ฉันใส่ตัวต้านทานสองตัวเข้าไปในวงจร: ตัวหนึ่งจากเกทถึงกราวด์ตามที่ลีออนพูดถึง (อันที่จริงฉันเอามันมาจากเอาท์พุทของ MCU ลงกราวด์) และอีกอันระหว่างเอาท์พุทของ MCU และเกทเพื่อปกป้อง MCU กรณี MOSFET มีข้อบกพร่อง

การอภิปรายเพิ่มเติมเกี่ยวกับรายการบล็อกนี้

สำหรับ MOSFET ที่จะใช้มีอะไรไม่ขนานกับ 2N3904 / 2N2222

2N7000 น่าจะเป็น FET ที่พบได้บ่อยที่สุดและราคาถูกที่สุด สำหรับ Jellybean FET อื่น ๆ ฉันจะดู Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P

สำหรับขั้นตอนต่อไป (ระดับพลังงานที่สูงขึ้น) ฉันจะดู IRF510 (100V) หรือ IRFZ14 (60V) ทั้งคู่ใน TO-220 แม้ว่าเหล่านี้จะเป็น FET พื้นฐานที่ระบุที่แหล่งเกท 10V FET ระดับระดับลอจิก (IRL510, IRLZ14) ระบุ Rdson ที่ 4.5V gate-source

— เจสันเอส
แหล่งที่มา

7

ตัวต้านทานจากพิน MCU ไปยังเกตยังใช้ในการชะลอความเร็วของสวิตชิ่งเพื่อลดเสียงเรียกเข้า, โอเวอร์เฮตและ EMI 10 โอห์มเป็นค่าปกติ

— Mike DeSimone

0

ในการตอบคำถาม 3 ฉันพบว่าFairchild FQP30N06Lเหมาะสำหรับการขับอุปกรณ์พลังงานสูงจาก MCU ในระดับตรรกะ มันไม่ถูก (0.84 GPB) แต่ก็ดีสำหรับ n00bs ขี้เกียจอย่างฉัน ฉันใช้พวกเขาสำหรับการจัดหาแถบไฟ LED RGB RGB 12V

สถิติบางอย่าง:

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

ดังนั้น 3.3v ของ Raspberry Pi นั้นสูงกว่าค่าเกต 2.5V บนซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ว่าท่อระบายน้ำเปิดเต็มที่

— Alastair McCormack
แหล่งที่มา

อย่าขับสิ่งนี้โดยตรงจาก MCU เวลาเปิด / ปิดจะนานมากเนื่องจากความสามารถของเกตและคุณไม่ได้ป้องกัน MCU จากความผิดพลาดใด ๆ

— Jason S

อย่างจริงจังมากขึ้นเพียงเพราะ 3.3V อยู่เหนือเกตเกตนั่นไม่ได้หมายความว่าสวิตช์เปิดทำงานเต็มที่ ทั้งหมดหมายความว่ากระแสนั้นรับประกันว่าเกินเกณฑ์ที่กำหนด (250uA สำหรับ FQP30N06L) FQP30N06L ได้รับการออกแบบให้ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อย 5V ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่ระบุไว้ในการต้านทาน ต่ำกว่านั้นและคุณไม่มีการรับประกันใด ๆ ของพฤติกรรมอุปกรณ์เกินกว่าปัจจุบัน 250uA ของเกณฑ์ Vgs

— Jason S

สวัสดี JasonS ให้อภัยความไม่รู้ของฉัน ฉันไม่เห็นข้อมูลจำเพาะที่ 5V กำหนดให้น้อยที่สุด ข้อมูลกราฟแสดงให้เห็นว่า ~ 3.3V บนเกตอนุญาตให้> 10A บนท่อระบายน้ำ @ 25V ซึ่งเหมาะสำหรับวัตถุประสงค์ของฉัน (5A @ 12V) เพื่อการป้องกันฉันได้ใส่ตัวต้านทาน10KΩระหว่างเกทและกราวด์และตั้งใจที่จะวางการรีจิสเตอร์ที่มีขนาดใกล้เคียงกันระหว่างพิน MCU และเกท สิ่งนี้จะเพียงพอหรือไม่

— Alastair McCormack

"ข้อมูลกราฟแสดง ... " ข้อมูลกราฟลักษณะในแผ่นข้อมูลมักจะแสดงถึงประสิทธิภาพโดยทั่วไปไม่ใช่กรณีที่เลวร้ายที่สุด พูดอีกอย่างหนึ่งก็คือมันเป็นพฤติกรรมที่ไม่มากและคุณไม่สามารถเชื่อได้ว่ามันใช้ได้กับทุกอุปกรณ์ เหตุผลที่พวกเขารวมเอาไว้ก็คือพฤติกรรมที่สัมพันธ์กัน (กระแสที่เพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มแรงดันเกตและเพิ่มแรงดันของท่อระบายน้ำ) เป็นสากล ... คุณไม่สามารถพึ่งพาตัวเลขได้

— Jason S

1

ดูที่หน้า 2 ("On Characteristics") - ให้ข้อมูลจำเพาะสองประการสำหรับ Rdson พร้อม Vgs = 10V (สูงสุด 35mohm) และ Vgs = 5V (สูงสุด 45 mohm) เท่าที่การป้องกัน ... ดีดูบทความของฉันฝังตัว / showarticle/77.php - ตัวต้านทานแบบดึงลงสามารถค่อนข้างสูงโดยปกติแล้ว 100K - 1M นั้นใช้ได้ แต่คุณต้องการวงจรขับรถเกตจากตรรกะ 3.3V ไม่จำเป็นต้องมีแรงดันไฟฟ้าเพื่อรับประกันว่าจะเปิด FQP30N06L อุปกรณ์บางอย่างอาจมี Rdson สูงกว่าเล็กน้อยที่ 3.3V (หรืออาจยังอยู่ในช่วงกระแสคงที่) และทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป

— Jason S