Ist es sicher, einen MOSFET von einem Ausgangspin eines Mikrocontrollers anzusteuern?

Ich habe allgemein erhältliche BJTs wie 2N2222 und 2N3904 als Schalter verwendet, indem ich sie von meiner MCU aus im "Sättigungsmodus" betrieben habe. Ich glaube jedoch, dass für diese Art von Anwendungen ein MOSFET ein geeigneteres Gerät ist. Ich habe jedoch ein paar Fragen.

1) Hat ein MOSFET einen "Sättigungsmodus" wie der BJT? Wird diese "Sättigung" erreicht, indem einfach eine ausreichend hohe Spannung an der Basis bereitgestellt wird, dass der MOSFET vollständig "an" ist?

2) Ist es sicher, den MOSFET direkt von der MCU anzusteuern? Ich verstehe, dass sich das Gate des MOSFET wie ein Kondensator verhält und daher beim "Laden" etwas Strom zieht und danach keinen mehr. Ist dieser Ladestrom hoch genug, um den MCU-Pin zu beschädigen? Indem ich einen Widerstand in Reihe mit dem Gate schalte, kann ich den Pin schützen, aber dies verlangsamt den Schalter, was möglicherweise zu einer hohen Wärmeableitung durch den MOSFET führt?

3) Was ist ein üblicher "Bastler" -MOSFET, der für verschiedene Situationen mit geringem Stromverbrauch geeignet ist? IE, was ist das MOSFET-Äquivalent zu einem 2N2222 oder 2N3904?

"angemessener" klingt für mich albern. Normalerweise sind BJTs billiger, daher würde ich einen FET nur verwenden, wenn ein BJT nicht ausreicht.
Ich habe im Allgemeinen das Gegenteil getan: Verwenden Sie einen MOSFET, es sei denn, ich brauche einen BJT. Sie sind beide billig. Die vom R_DSON eines MOSFET verschwendete Energie ist normalerweise geringer als die vom V_CESAT eines BJT. Sie zahlen nur Strom, um einen MOSFET zu schalten, nicht, um ihn eingeschaltet zu lassen, was die Verlustleistung sowohl im Transistor als auch im Teil, der ihn ansteuert, reduziert, insbesondere wenn selten geschaltet wird. MOSFETs gehen normalerweise bis zur Schiene, weil es kein V_CESAT gibt. Der Nachteil ist, dass ein MOSFET keinen konstanten Strom über die gesamte Kante zieht, da er wie ein Widerstand aussieht; dies verlangsamt das Schalten einer kapazitiven Last.

Antworten (5)

Viele Leistungs-MOSFETs benötigen eine hohe Gate-Spannung für Hochstromlasten, um sicherzustellen, dass sie vollständig eingeschaltet sind. Es gibt jedoch einige mit Eingängen mit Logikpegel. Die Datenblätter können irreführend sein, sie geben auf der Vorderseite oft die Gate-Spannung für 250 mA Strom an, und Sie finden, dass sie 12 V für beispielsweise 5 A benötigen.

Es ist eine gute Idee, am Gate einen Widerstand auf Masse zu legen, wenn ein MOSFET von einem MCU-Ausgang angesteuert wird. MCU-Pins sind normalerweise Eingänge beim Zurücksetzen, und dies könnte dazu führen, dass das Gate vorübergehend schwebt und möglicherweise das Gerät einschaltet, bis das Programm zu laufen beginnt. Sie werden den MCU-Ausgang nicht beschädigen, indem Sie ihn direkt an ein MOSFET-Gate anschließen.

Die BS170 und 2N7000 entsprechen in etwa den von Ihnen erwähnten BJTs. Der Zetex ZVN4206ASTZ hat einen maximalen Drain-Strom von 600 mA. Ich glaube jedoch nicht, dass Sie einen kleinen MOSFET finden werden, der mit 3,3 V betrieben werden kann.

Der 2N7000 hat einen maximalen Strom von 200 mA, während der 2N2222 einen maximalen Strom von ~ 600 mA hat. Gibt es etwas in dieser Nachbarschaft, das mit einer 3,3-V-MCU einfach zu fahren ist?
Nach welcher Zahl suche ich, um festzustellen, ob 3,3 V ausreichen, um den MOSFET einzuschalten? Der 2N7000 von Phillips hat eine VGS (th) (Gate-Source-Schwellenspannung) von typ. 2 V. Bedeutet das, dass 2 V den MOSFET vollständig "einschalten" oder nur knapp "einschalten" würden?
Laut Datenblatt erhalten Sie wahrscheinlich nur 1 mA mit 2 V am Gate.
@Mark kaum. Es ist, als würde man bei einem BJT einfach die Schwellenspannung überschreiten. Leider haben Sie beim MOSFET nicht die Exponentialcharakteristik.
@Leon Heller Ich habe den BS108 gefunden, aber er ist bei deutlich weniger Strom als der 2N2222. Es ist eher wie ein 2N3904 in aktuellen Eigenschaften. Es ist teurer als das entsprechende BJT und weder bei Mouser noch bei Digi-Key vorrätig.
@Leon Heller Es scheint mir, dass, wenn sie "Logic Level MOSFET" sagen, sie wirklich "5 V Logic Level MOSFET" meinen. MOSFETs, die bei 3,3 V einen angemessenen Strom durchlassen können, scheinen nur wenige zu sein. Ich denke, ich bleibe bei meinen treuen BJTs.
Ich treibe seit Jahren SC-70-Gehäuse-MOSFETs mit 1,8 V bei der Arbeit. Der erste zu überprüfende Parameter ist V_GS(th), wie Mark bemerkte. Es ist ungefähr äquivalent zu V_IH für einen CMOS-Eingang, wenn n-Kanal, oder V_IL für einen p-Kanal. Mit anderen Worten, fahren Sie über diesen Wert hinaus. Auf der Suche nach einem 2222-Äquivalent fand ich den AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND). 55 V, 2,1 A, SOT-23, V_GS(th) von 2,0 V max, 1,3 V typ., r_DSON von 130 mOhm bei 3,3 V. Kosten genauso wie P2N2222AG. Bei einer Last von 500 mA hat der 2222 V_CESAT=1,0 V (500 mW Verlustleistung) und der AO3422 hat V_DS=0,065 V (32,5 mW Verlustleistung). FETs laufen kalt.
Was Sie beim Kauf von MOSFETs beachten sollten, ist, V_DS oder I_D bei der Suche nicht vorzeitig einzuschränken! Diese Zahlen sind für FETs viel höher, als Sie es von BJTs bei einer bestimmten getriebenen Last gewohnt sind. Beachten Sie, dass der AO3422 (V_DS=55 V, I_D=2,1 A) viel höher ist als die Spezifikationen für den ähnlichen 2N2222 (V_CE=50 V, I_C=0,8 A); Das liegt an der Effizienz! Der Grund, warum Sie "typische MOSFETs" nicht wie bei BJTs oder Dioden (1N4148 usw.) sehen, ist, dass MOSFETs später auftauchten, als mehr Unternehmen sie herstellten und es viel weniger Motive gab, die Standardteile der Wettbewerber zu kopieren .
@MikeDeSimone: „Der erste Parameter, der überprüft werden muss, ist V_GS(th), wie Mark bemerkte. Er entspricht ungefähr V_IH für einen CMOS-Eingang, wenn n-Kanal, oder V_IL für einen p-Kanal. Mit anderen Worten, fahren Sie über diesen Wert hinaus. " Nein nein Nein. Alles, was V_GS(th) bedeutet, ist, dass Sie einen bestimmten Strom überschreiten. Der MOSFET wird nicht als "eingeschaltet" angesehen, bis das Gerät über einen bestimmten Strombereich ein vollständig resistives Verhalten aufweist. Dies erfordert eine höhere Spannung als V_GS(th) und wird normalerweise erst bei den garantierten Rdson-Spezifikationen irgendwo im Bereich von 4,5 V bis 10 V (manchmal bei niedrigeren Spannungen) angegeben.
@JasonS: Gute Punkte! Betrachten Sie den Toshiba SSM3K329R , der als „1,8-V-Laufwerk“ beworben wird, aber wie Sie bemerken, ist R_DSON = 289 mΩ bei V_GS = 1,8 V, während er bei höherer Spannung viel niedriger ist, 126 mΩ bei V_GS = 4,0 V! Wie aus dem R_DSON-zu-I_D-Diagramm auf Seite 4 hervorgeht, ist der Widerstand bei dieser höheren V_GS weit weniger abhängig von I_D. Aber es ist noch nicht alles verloren! Wenn die Anwendung I_D < 1 A hat, ergibt V_GS = 1,8 V einen nahezu flachen R_DSON. Bemerkenswert ist auch die Miller-Kurve (Seite 5 unten), bei der die V_GS-Schwelle nahe 1,5 V liegt.
Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "Ich glaube nicht, dass Sie einen kleinen MOSFET finden werden, der mit 3,3 V betrieben werden kann" meinen. Es gibt viele 2,5-V-Antriebs-MOSFETs, z. B. diodes.com/_files/datasheets/ZXMN2F34FH.pdf Das Hauptproblem für Bastler ist, dass diese in Bezug auf die Pakete eher zu klein als zu groß sind. typischerweise SOT-23 und schicker (Power Pads etc.), wenn Sie auch hohen Strom wollen, zB fairchildsemi.com/datasheets/FD/FDMA430NZ.pdf

Es ist im Allgemeinen sicher und funktioniert, wenn Sie einen MOSFET mit "Logikpegel" auswählen. Beachten Sie, dass "Logikpegel" kein genau standardisierter Begriff zu sein scheint und nicht unbedingt als Parameter in der parametrischen Suche auf den Anbieterseiten auftaucht und auch nicht unbedingt im Datenblatt auftaucht. Sie werden jedoch feststellen, dass MOSFETs mit Logikpegel häufig ein „L“ in der Teilenummer haben, z. B.: IR540 (kein Logikpegel) im Vergleich zu IRL540 (Logikpegel). Die große Sache ist, in das Datenblatt zu schauen und den VGS-Wert (Schwellenwert) zu überprüfen und sich das Diagramm anzusehen, das den Stromfluss gegen VGS zeigt. Wenn der VGS (Schwellenwert) etwa 1,8 V oder 2,1 V beträgt und das "Knie der Kurve" in der Grafik bei etwa 5 Volt liegt, haben Sie im Grunde einen MOSFET mit Logikpegel.

Ein Beispiel dafür, wie die Spezifikationen eines MOSFET auf Logikebene aussehen, finden Sie in diesem Datenblatt:

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

Abbildung 3 ist die Grafik, auf die ich mich bezog.

Abgesehen davon sehe ich, dass viele Leute immer noch die Verwendung eines Optokopplers zwischen dem Mikrocontroller und dem MOSFET empfehlen, nur um besonders sicher zu sein.

Betreff: Sättigung: Ja, aber es heißt verwirrenderweise nicht Sättigung (was eigentlich dem linearen Bereich bei Bipolartransistoren entspricht). Schauen Sie sich stattdessen die Datenblätter und den Nenn-Einschaltwiderstand Rdson an, der für jedes Teil bei einer bestimmten Gate-Source-Spannung angegeben ist. MOSFETs sind normalerweise mit einem oder mehreren der folgenden spezifiziert: 10 V, 4,5 V, 3,3 V, 2,5 V.

Ich würde zwei Widerstände in die Schaltung einbauen: einen von Gate zu Masse, wie Leon erwähnt hat (eigentlich würde ich ihn vom MCU-Ausgang auf Masse legen), und einen anderen zwischen dem MCU-Ausgang und dem Gate, um die MCU zu schützen Falls der MOSFET einen Fehler hat.

Weitere Diskussionen in diesem Blogeintrag .

Was den zu verwendenden MOSFET betrifft, so gibt es wirklich keine Parallele zum 2N3904 / 2N2222.

2N7000 ist wahrscheinlich der gebräuchlichste und billigste FET da draußen. Für andere Jellybean-FETs würde ich mir Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P ansehen.

Für den nächsten Schritt nach oben (höhere Leistungsstufe) würde ich mir IRF510 (100 V) oder IRFZ14 (60 V) ansehen, beide in TO-220, obwohl dies grundlegende FETs sind, die für 10 V Gate-Source spezifiziert sind. Bei FETs auf Logikebene (IRL510, IRLZ14) ist Rdson auf 4,5 V Gate-Source spezifiziert.

Der Widerstand vom MCU-Pin zum Gate wird auch verwendet, um die Schaltflanke zu verlangsamen, um Überschwingen, Überschwingen und EMI zu reduzieren. 10 Ohm ist ein typischer Wert.

Als Antwort auf Frage 3 fand ich, dass der Fairchild FQP30N06L ideal ist, um ein Hochleistungsgerät von einer MCU auf Logikpegeln anzusteuern. Es ist nicht billig (0,84 GPB), aber großartig für faule n00bs wie mich. Ich verwende sie zur Versorgung von 12-V-RGB-LED-Lichtleisten.

Einige Statistiken:

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

Daher liegen die 3,3 V von Raspberry Pi über dem oberen Gate-Schwellenwert von 2,5 V, wodurch sichergestellt wird, dass der Drain vollständig geöffnet ist.

Fahren Sie dies nicht direkt von einer MCU aus. Die Ein- / Ausschaltzeit ist aufgrund der Gate-Kapazitäten sehr lang, und Sie schützen die MCU nicht vor Fehlern.
Noch ernsthafter, nur weil 3,3 V über der Gate-Schwelle liegen, bedeutet das nicht , dass der Schalter vollständig eingeschaltet ist. Dies bedeutet lediglich, dass der Strom garantiert über einem bestimmten Schwellenwert liegt (250 uA für den FQP30N06L). Der FQP30N06L ist für den Betrieb mit Spannungen von mindestens 5 V ausgelegt, was die Mindestspannung ist, die sie für den Einschaltwiderstand angeben. Bei niedrigeren Werten haben Sie keinerlei Garantien für das Geräteverhalten über den 250-uA-Strom der Vgs-Schwelle hinaus.
Hallo JasonS, entschuldige meine Unwissenheit. Ich sehe in den Spezifikationen nicht, wo mindestens 5 V angegeben sind. Die Diagrammdaten zeigen, dass ~ 3,3 V am Gate > 10 A am Drain bei 25 V ermöglichen, was für meine Zwecke ideal ist (5 A bei 12 V). Zum Schutz habe ich einen 10-kΩ-Widerstand zwischen Gate und Masse gelegt und beabsichtige, einen ähnlich großen Widerstand zwischen dem MCU-Pin und dem Gate zu platzieren. Wird dies ausreichen?
"Die Diagrammdaten zeigen ..." Charakterisierungsdiagrammdaten in einem Datenblatt sind fast immer eine Darstellung der typischen Leistung, nicht des schlimmsten Falls. Mit anderen Worten, es ist das mittlere Verhalten, nicht das Extreme, und Sie können sich nicht darauf verlassen, dass es für alle Geräte gilt. Der Grund, warum sie es überhaupt enthalten, ist, dass das relative Verhalten (Strom steigt mit zunehmender Gate-Spannung und zunehmender Drain-Spannung) universell ist ... Sie können sich einfach nicht auf die Zahlen verlassen.
Sehen Sie sich Seite 2 ("On Characteristics") an - dort finden Sie zwei Spezifikationen für Rdson mit Vgs = 10 V (max. 35 mOhm) und Vgs = 5 V (max. 45 mOhm). Was den Schutz betrifft ... nun, siehe meinen Artikel embeddedrelated.com/showarticle/77.php -- Der Pulldown-Widerstand kann ziemlich hoch sein, normalerweise 100K - 1M ist in Ordnung. Aber Sie brauchen wirklich eine Gate-Treiberschaltung aus 3,3-V-Logik. Es hat nicht die notwendige Spannung, um zu garantieren, dass der FQP30N06L eingeschaltet wird. Einige Geräte haben möglicherweise einen etwas höheren Rdson bei 3,3 V (oder liegen möglicherweise immer noch im Konstantstrombereich) und werden dadurch überhitzt.
Es gibt nur sehr wenige TO220-Geräte mit garantierten Rdson-Spezifikationen unter 4,5 V. Ich habe eine gefunden web2.cetsemi.com/PDF/TO-220-263-N/P21A2.PDF aber noch nie von diesem Hersteller gehört + bin irgendwie misstrauisch.
Wenn ich diese Kommentare richtig verstehe, können Sie sich nicht darauf verlassen, dass dies aufgrund von Unterschieden zwischen einzelnen Transistoren einen ausreichend niedrigen Drain-Source-Widerstand erreicht, wenn das Gate bei ~ 3 V liegt. Könnten Sie vielleicht eine Charge kaufen und einzeln testen, um diejenigen zu überprüfen, die sich bei 3 / 3,3 V ausreichend einschalten?

Antriebsleistung Mosfet treibt Kondensator 1-8nf an. es ist langsam mit Widerstand und nicht möglich ohne. Mosfet erfordern einen schnellen, leistungsstarken Schalter davor: bjt

Das kommt ganz auf die Anwendung an. Kleine MOSFETs mit langsamen Schaltanforderungen sind für einen GPIO eines typischen µC kein Problem.
Ist es sicher, einen MOSFET von einem Ausgangspin eines Mikrocontrollers anzusteuern?
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