Benötigen wir einen Widerstand, um den Kondensator von MOSFETs zu entladen, während er an die MCU angeschlossen ist?

Ich habe eine STM32 MCU zu Hause. Ich dachte daran, eine Last mit dieser MCU und einem MOSFET zu steuern. Nehmen wir an, dies ist meine Schaltung:

Bild1

In dieser Schaltung verwenden wir einen Widerstand (R2), um das Gate des MOSFET zu entladen. Schauen wir uns nun die Struktur des GPIO im STM32 an. Hier ist ein Bild:

Bild2

Wie Sie sehen können, gibt es einen NMOS, den die MCU einschaltet, wenn wir die Ausgangssteuerung auf 0 ändern, um die Leitung mit Masse zu verbinden. Nun stellt sich die Frage: Warum sollte ich einen Widerstand verwenden, um den Kondensator des MOSFET zu entladen, wenn es einen NMOS gibt, der dies kann? Muss ich diesen Widerstand immer einbauen?

Nur eine völlig unabhängige Noob-Frage: Was wäre die resultierende Auswirkung, wenn Sie R2die 100 kOhm aus der Schaltung entfernen würden?
Ein weiterer Punkt in Bezug auf einen schwebenden GPIO-Pin (üblicherweise zwischen Zurücksetzen und Einrichten des GPIO, kann aber auch während des Programmierens und / oder Debuggens oder anderem üblich sein): Es ist sehr gut möglich, dass der schwebende Pin dazu führt, dass der MOSFET teilweise eingeschaltet ist Dies kann dazu führen, dass viele MOSFETs, die für digitales Schalten verwendet werden, ausfallen.
R2ist ein Pulldown-Widerstand, aber wozu R1?
@Cano64 R1 ist ein Strombegrenzungswiderstand. Ein Mosfet-Gate ist im Grunde ein Kondensator, also hat es beim ersten Einschalten einen Widerstand von 0 und zieht unendlich Strom - theoretisch natürlich. Dies könnte Treiber (oder MCU-Pins) durchbrennen, wenn die Stromaufnahme zu hoch ist.

Antworten (3)

Ein guter Grund ist, diesen Widerstand zu haben, um das Gate niedrig zu halten, wenn sich der MCU-Pin in einem hochohmigen Zustand befindet (z. B. während des Zurücksetzens oder nach dem Zurücksetzen, bis der Port initialisiert ist).

(Andernfalls könnte es im Zustand hoher Impedanz als Antenne fungieren und eine gewisse Spannung aufnehmen, die es einschaltet.)

Oder wenn ein Fehler in der MCU (entweder ein Softwarefehler oder ein Hardware-Bit-Flip-Fehler) passiert, um den Pin in einen Eingabemodus zu schalten. Unwahrscheinlich, aber möglich!
@duskwuff: Grundsätzlich einverstanden, aber wenn dies wirklich Ihr Anliegen ist, sollten Sie zusätzliche Schutzmechanismen finden, da ein solcher Fehler auch dazu führen kann, dass die MCU den Ausgang hoch dreht, obwohl er niedrig sein sollte. Wahrscheinlich genauso (unwahrscheinlich), aber möglich.
@Curd Das ist nicht das Hauptanliegen. Bei niedrigem MCU-Ausgang ist der FET vollständig ausgeschaltet, es fließt kein Strom durch, es wird keine Leistung abgeführt. Bei hohem MCU-Ausgang ist der FET bei niedrigen Rds voll eingeschaltet. Es fließt Strom, aber der Spannungsabfall über dem FET ist gering, sodass die Verlustleistung unter Kontrolle ist. Bei einem schwebenden Gate kann sich der FET in seinem linearen Bereich mit einem moderaten Rds befinden. Je nach Last kann dies dazu führen, dass bei einem großen Spannungsabfall ein hoher Strom fließt, der weit mehr Leistung im FET verbraucht, als die Schaltung ausmacht, und ihn thermisch zerstört.
@marcelem: Ja, der Schutz des MOSFET vor dem halben Einschalten kann auch ein Problem sein . aber ob dies von größerer Bedeutung ist, als zu vermeiden, dass der MOSFET vollständig eingeschaltet wird, wenn er ausgeschaltet sein soll, hängt stark vom Kontext ab (z. B. wenn der Magnet das Starten einer Atomrakete steuert ;-). In diesem Fall würde ich lieber nur den MOSFET zerstören lassen; hoffentlich scheitert öffnen).

Während des normalen Betriebs wird der Widerstand nicht benötigt.

Möglicherweise möchten Sie jedoch, dass der FET während des Einschaltens und Zurücksetzens in einen bekannten Zustand versetzt wird. Andernfalls könnte sich der FET beim Einschalten einschalten, bevor die MCU beginnt, den Pin anzusteuern. Dies kann zu Störungen am Ausgang oder im schlimmsten Fall (und dies ist sehr unwahrscheinlich) führen, je nachdem, welche anderen Stromstöße beim Start auftreten, kann dies dazu führen, dass die Netzteile abfallen und die MCU zum Absturz bringen.

MOSFET arbeitet nach dem Prinzip des Ladens und Entladens der (effektiven) Kapazität zwischen Gate und Source. Wenn Sie nun den MOSFET aufladen und dann eine hohe Impedanz einführen, bleibt die Ladung erhalten (und dies geschieht häufig bei Leistungs-MOSFETs). Wenn das Gate über einen Widerstand mit Masse verbunden ist, stellt dies sicher, dass die Restladung geerdet ist und der MOSFET nicht leitet. Manchmal kann die Nichtverwendung des Erdungswiderstands zu unregelmäßigen Ergebnissen im System führen und kann auch zu Stromstößen aufgrund von Kurzschlüssen führen.

Benötigen wir einen Widerstand, um den Kondensator von MOSFETs zu entladen, während er an die MCU angeschlossen ist?
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