p-Kanal-MOSFET-Schalter

Ich möchte einen MOSFET als Schalter verwenden, der von meinem Mikrocomputer angesteuert wird.

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Die ursprüngliche Schaltung mit N-Kanal-MOSFET befindet sich auf der linken Seite. Ehrlich gesagt verstehe ich die Wahl des IRLZ44 nicht. Die Schaltung ist für Arduino ausgelegt, das über eine 5-V-Logik verfügt. Das bedeutet, dass für GPIO = True = 5 V der MOSFET öffnet und den Strom in die Last lässt.

Allerdings habe ich zwei Probleme:

  • Ich verwende Raspberry Pi mit 3,3-V-Logik. Laut verfügbaren Informationen reichen 3,3 V nicht aus, um den MOSFET vollständig zu öffnen.
  • Ich möchte, dass meine Last mit Masse verbunden wird (ich musste einige Spannungsmessungen durchführen).

Ich kenne genug Elektronik, um anzunehmen, dass die Verwendung von P-Kanal-MOSFETs, wie auf der rechten Seite gezeigt, meine beiden Probleme auf einen Schlag lösen könnte. Für GPIO = False = 0 V ist der MOSFET vollständig geöffnet, während GPIO = True = 3,3 V -1,7 V an das MOSFET-Gate legt und es praktisch schließt. Wenn das nicht ausreicht, könnte ich GPIO auch in den Hörmodus versetzen und damit das MOSFET-Gate auf 5V ziehen.

Können Sie mir bitte sagen, ob die Idee funktioniert? Und welchen IRLZ44-äquivalenten P-Kanal-MOSFET sollte ich verwenden?

"MOSFET öffnet und lässt den Strom in die Last" Du meinst schließt, es ist das Gegenteil eines Wasserhahns, der Wasser durchlässt.
Wie viel Strom benötigt Ihre Last? Und wie oft wirst du die Last ein-/ausschalten?
@ dirac16 Der maximale Strom ist sicherlich niedriger als 2 A. Die Ein- / Ausschaltgeschwindigkeit ist irrelevant, er würde in wenigen Stunden einmal ein- / ausgeschaltet.

Antworten (5)

Zunächst einmal besagen die Regeln der Website, nicht nach Produktempfehlungen zu fragen, also überspringe ich diesen Teil. Lesen Sie einfach die Datenblätter, da dort alles erklärt wird. Wenn Sie etwas auf einem Datenblatt nicht verstehen, stellen Sie bitte eine separate Frage dazu.

Nun zu deinem Problem. Von dem, was Sie meiner Meinung nach versuchen, stellen Sie möglicherweise fest, dass Sie den PMOSFET möglicherweise nicht vollständig umschalten können, oder Sie haben möglicherweise einige Schwierigkeiten, wenn Sie die Datenblätter nicht richtig verstehen. Eine einfachere Idee ist die Verwendung eines MOSFET-Paares, bei dem Sie einen N-Kanal-MOSFET umschalten, um das Gate des P-Kanals wie folgt auf 0 V zu ziehen:

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich habe diese Schaltung ein paar Mal ohne Probleme verwendet. Lesen Sie jedoch wie immer die Datenblätter, um sicherzustellen, dass Ihre Komponenten das tun können, was Sie wollen. Es müssen nicht immer die gleichen Bauteile verwendet werden, wie sie in Beispielschaltungen gezeigt werden. Bauen Sie Ihre Komponenten nach Ihren eigenen Bedürfnissen aus. Beispielschaltungen eignen sich hervorragend, um zu lernen, wie die Dinge funktionieren, sind aber nicht immer die praktischsten. Wenn es darum geht, Ihre eigene Schaltung anhand eines Beispiels zu entwerfen, sollten Sie immer Ihre eigenen Bedürfnisse berücksichtigen und Ihre Komponentenauswahl darauf basieren, anstatt nur das zu verwenden, was das Beispiel enthält.

Dieser Ansatz hat auch den Vorteil, dass er unempfindlich gegenüber Angebots- und Komponentenvariationen ist.
Sie benötigen einen Gate-Widerstand auf M1 ....
Danke für die Antwort. Wie ich in meiner Frage erwähnt habe, gibt es eine Möglichkeit, GPIO in den Hörmodus zu versetzen (sehr hoher Innenwiderstand). Würde das die Gate-Spannung auch ohne Verwendung des M1-MOSFET nicht auf 5 V ziehen? Ein weiteres Problem ist die Gate-Source-Schwellenspannung des M2-MOSFET. Laut Datenblatt liegt diese zwischen -2V und -4V (gefährlich nahe bei -5V). AFAIK für die IRLZ44-Schwellenspannung beträgt 1 V bis 2 V, und 3,3 V öffnen sie immer noch nicht richtig.
@Trevor_G, gibt es einen Gate-Widerstand auf M1?
Ich meinte einen Vorwiderstand, ich hätte genauer sein sollen.
@Pygmalion, wähle einfach einen anderen MOSFET. Lesen Sie die Datenblätter und wählen Sie diejenigen aus, die zu Ihrer Anwendung passen. Sie müssen die Beispiele Ihrer Schaltung nicht verwenden, da sie anders sind
@Trevor_G ahh ich verstehe! Ich bin jetzt auf meinem Handy, also kann ich nicht bearbeiten! Aber guter Ruf
Dies funktioniert nicht für 3,3-V-Logik-GPIO. Ich habe das Datenblatt und auch CircuitLab überprüft.
Es funktioniert für 3V3-Logik, wenn Sie den aktuellen NMOSFET auswählen. Deshalb habe ich der Antwort hinzugefügt, dass Sie die Beispielteile in der Beispielschaltung nicht verwenden müssen. Finden Sie eine andere Komponente, die Ihren Anforderungen entspricht. Diese Schaltung funktioniert. Sie müssen aufhören, sich so auf die Teile zu konzentrieren, von denen Sie glauben, dass Sie sie verwenden müssen. NMOSFETs sind sehr billig. Holen Sie sich ein anderes und lesen Sie das Datenblatt, um sicherzustellen, dass es Ihren Anforderungen entspricht. Ich habe es ein paar Mal gesagt

Das Problem bei der Verwendung eines High-Side-P-Kanal-MOSFET, der von einem Signal angesteuert wird, das der High-Side-Spannung nicht nahe kommt (weniger als 0,5 Volt), besteht darin, dass es eine anständige Wahrscheinlichkeit gibt, dass er immer noch aktiv zu sein scheint, wenn Sie es glauben habe es ausgeschaltet.

Mit etwas Sorgfalt können Sie jedoch eine Zenerdiode in Reihe mit Ihrer 3,3-Volt-GPIO-Treiberspannung schalten, damit dies besser funktioniert: -

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Jetzt wird das Gate ausgeschaltet und kann auch auf 2,7 Volt über Masse heruntergezogen werden, was bedeutet, dass zwischen Gate und Source 3,3 Volt liegen, und Sie werden hoffentlich sorgfältig einen MOSFET auswählen, der funktioniert. Ich schätze, Sie könnten einen Zener von 2,4 Volt wählen, aber Sie kommen allmählich an den Punkt, an dem Leckströme durch den Zener möglicherweise immer noch den MOSFET aktivieren. Halten Sie R2 niedrig (1 k ish), um dies zu vermeiden.

Verwenden Sie alternativ diese Zwei-Transistor-Schaltung: -

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Wenn die High-Side-Versorgung 15 Volt übersteigt, ist besondere Sorgfalt erforderlich, um Gate-Source-Durchbruchspannungen zu vermeiden.

Danke für die Antwort. Das Problem ist, dass die Quellenspannung nur 5 V beträgt. Außerdem hat der vorgeschlagene MOSFET eine Schwellenspannung von -2 V bis -4 V, gefährlich nahe am Maximum von -5 V.
@Pygmalion Die 2. Schaltung, die ich mit der zusätzlichen Schaltung gezeigt habe, funktioniert gut von unter 5 Volt bis über 15 Volt (mit dem entsprechenden MOSFET). Ich schlage den MOSFET im zweiten Bild nicht vor - es ist ein Beispiel für die Verwendung des BJT, um einen P-Kanal-MOSFET (unter diesen Umständen) richtig einzuschalten.
Ich mag Ihr Zener-Dioden-Setup wirklich, weil es einfach ist, was wirklich wichtig ist, wenn Sie nur einfache Haushaltsgeräte auf dem Prototypenboard machen. Bei 50 uA Sperrstrom (laut Datenblatt) bedeutet dies, dass die Gate-Spannung ungefähr 4,95 V betragen sollte (laut meinen Berechnungen), was vernünftig erscheint. Ich habe mir bereits einen MOSFET NDP6020P bestellt und wenn ich den ganzen Kram zusammen habe werde ich über das Ergebnis berichten.
Ich persönlich mag Vgs nicht zu niedrig. Die Zener-Lösung ist also nicht das, was ich verwenden würde. Wenn Platz ist, finden Sie NPNs mit integrierten Widerständen (hier werden sie als "digitale NPNs" bezeichnet). Im SOT23-Fall sind sie gleich oder kleiner als Zenerdioden, und der pMOS wird es Ihnen danken, dass Sie ihn nicht "ersticken".
@ frarugi87 Aber wenn ich einen 5-V-Logik-Mikrocontroller (z. B. Arduino) verwenden würde, würde ich GPIO direkt an das Gate legen und den MOSFET noch mehr drosseln. Jeder scheint es zu tun. (z. B. Antwort auf electronic.stackexchange.com/questions/306243/… )
@Pygmalion, was ich meinte, ist, dass der Zener in Ordnung ist, wenn Sie den Mos ausschalten müssen, aber wenn Sie ihn einschalten möchten, beträgt die Vgs etwa 2-2,3 V. Dies ist keine sehr starke Polarisation, und Ihre Leistung wird beeinträchtigt (der Rdson wird höher sein, ebenso der Wärmeverlust, während der verfügbare Strom abnimmt). Wenn Sie ein 5-V-uC haben, erhalten Sie ein 5-V-Vgs, was unter der Annahme eines Vgs-th von 1 V eine viermal stärkere Polarisation ergibt als die bei 2 V, IIRC. Schauen Sie sich Abbildung 1 auf dem Datenblatt des [...]
[...] MOS, den Sie gewählt haben: Die Unterschiede zwischen einer Vgs von -2,0 V und einer Vgs von -5,0 V sind ziemlich groß ...
@frarugi87 Natürlich *facepalm*. Ich habe vergessen, dass der Spannungsabfall auch nach dem Durchbruch an der Zenerdiode vorhanden ist. NDP6020P wird überhaupt nicht funktionieren. Ich denke, ich nehme einen Pegelwandler.
@Andyaka Entschuldigung, ich habe zu viele ähnliche Posts mit NFET am Eingang durchgesehen und diesen BJT verpasst. Ich habe meinen Kommentar gelöscht, um den Thread nicht zu verschmutzen. Aber wenn wir schon dabei sind, gibt es einen Vorteil, BJT anstelle eines FET zu verwenden? Ich frage, weil ich vorhatte, ein N + P-Paar in einem einzigen Paket (DMG6601LVT-7) zu verwenden, um Platz auf der Leiterplatte zu sparen, an der ich arbeite.
@Maple sollte mit einem MOSFET gut funktionieren.

Hier ist ein weiterer Ansatz, der einen N-MOSFET in einer Level-Shifter-Konfiguration verwendet, die die Polarität des Steuersignals nicht invertiert.

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Sie müssen MOSFETs mit Gate-Schwellenwerten unter 1 V wählen, M1 muss einen niedrigen Rds-ON-Wert haben. M2 kann ein kleines Signalgerät sein.

Ich habe R3 als 10 kOhm gesehen, aber es ist das Alter von +1
Könnt ihr mir raten wo ich suchen soll? Außer niedriger Gate-Schwelle und niedrigem Rds brauche ich auch hohen Strom (mindestens 2A). Googeln danach brachte keine brauchbaren Informationen. Übrigens, was ist Rds und was sollte der beste Wert dafür sein?
@Pygmalion Besuchen Sie eine allgemeine Distributoren-Website wie Digikey usw. Sie haben parametrisierte Suchlisten, die Sie verwenden können.
@Pygmalion R_DS (on) ist der Widerstand von Drain zu Source, während sich der MOSFET im "Ein" -Zustand befindet, normalerweise mit einer angegebenen Gate-Spannung (z. B. V_GS = 10 V wäre eine "traditionelle" Spannung, 4,5 V gelangen in "Logik -Level-MOSFET"). Dieser Wert, kombiniert mit dem Strom, den Sie voraussichtlich durchdringen werden, sagt Ihnen, wie viel Leistung er abführt und welche Art von Kühlung Sie möglicherweise benötigen.

Das wollte erst einmal eher ein Kommentar sein, da es nur auf einen der Aspekte eingeht. Für die Lösung bevorzuge ich die Lösung von Andy aka mit NPN (nMOS müssen sorgfältig ausgewählt werden, um eine Vgs-th von weniger als 1,5 V zu haben, während alle NPNs funktionieren).

Beachten Sie bei Ihrer Frage zum "Eingangsmodus", dass die rPI-Pins NICHT 5-V-tolerant sind. Dies liegt daran, dass sich zwischen dem Eingang und der Stromversorgung eine parasitäre Diode befindet. Sie könnten dies theoretisch ignorieren, wenn Sie einen sehr kleinen Strom im Inneren erzwingen möchten

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Auf diese Weise zwingen Sie durch die parasitäre Diode einen Strom von (5V-3,3V-0,3V)/100kOhm = 14uA, was für den rPI in Ordnung sein sollte. Bitte beachten Sie jedoch, dass die Spannung am Gate in diesem Fall etwas mehr als 3,3 V beträgt (sagen wir 3,6 V).

Folglich ist es besser, wenn Sie einen anderen Transistor verwenden (ich schlage einen NPN vor, wie Andy vorgeschlagen hat), um ihn anzusteuern.

In Ihrem Setup würde die Spannung am Gate etwa 3,3 V betragen, was nicht hoch genug ist, um den MOSFET zu schließen. Wäre die Zenerdiodenlösung von Andy Post sicher genug? Der typische Rückwärtsleckstrom der Zenerdiode beträgt weniger als 50 uA. Aus meiner Sicht verwendet eine nicht professionelle Lösung besser als Transistoren einfach einen Pegelwandler von 3,3 V auf 5 V - ich kenne die Elektronik hinter dem Pegelwandler nicht, aber zumindest muss ich keine Transistoren und Widerstände optimieren, die ich kenne fast nichts über.
Nur zur Verdeutlichung, Sie sagen normalerweise, dass ein Stromkreis "geschlossen" ist, wenn der Strom fließt, und "offen", wenn der Strom blockiert ist. Ich nehme an, mit "MOS schließen" meinen Sie den Stromfluss zu unterbinden. Ja, Sie haben Recht, 3,3 V (also 1,6 V von Vgs) reichen nicht aus, um den MOS auszuschalten. Deshalb habe ich gesagt, dass dies nur ein Kommentar zu Ihrer Frage war, aber vielleicht war nicht klar, dass diese Schaltung KEINE Lösung für Ihr Problem ist. Vielleicht werde ich den Text ändern, damit dies klarer wird. In jedem Fall ist ein 3,3-auf-5-V-Pegelwandler die beste Lösung, aber er ist teurer und größer. Und mit dem NPN [...]
[...] Lösung haben Sie nichts zu optimieren (so ziemlich alle NPNs arbeiten bei 3,3 V, Sie müssen nur die richtigen Werte für die Widerstände auswählen, aber diese sind nicht kritisch). Ich gehe davon aus, dass Sie den 3,3-V-zu-5-V-Wandler verwenden möchten, um den pMOS mit Strom zu versorgen, und nicht, um die Last anzutreiben (normalerweise können Spannungspegelumsetzer sehr wenig Strom liefern).
Nochmals vielen Dank für die Antwort. Sie denken also, dass die gleiche Wahl von NPN-Transistor und zwei Widerständen wie in Andy alias Antwort ausreicht? (Natürlich würde ich den MOSFET auf NDP6020P ändern).
@Pygmalion Ich denke, Sie können den Wert am pMOS-Gate auf 10-50 kOhm erhöhen, und dasselbe gilt für den Wert an der Basis des NPN. Der Wert ist nicht sehr wichtig (der am Gate ist nur ein Pull-up, der an der Basis soll den Strom begrenzen, Byte, solange der Strom größer als 1/10 des Stroms am Kollektor ist ist in Ordnung).
Normalerweise nennen Sie "Parasit" etwas, das Sie nicht in Ihrer Schaltung haben möchten, was nicht absichtlich dort platziert wurde. Schutzdioden werden sicherlich absichtlich hinzugefügt (um mit Rückströmen umzugehen, wie Sie es erklärt haben), sodass sie kein Parasit sind.

Falls Sie für ein Gerät keine Stromversorgung benötigen, aber versuchen, einige Daten an ein 5-V-Gerät zu senden, können Sie es etwas einfacher machen.

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Dies bedeutet natürlich, dass der "0"-Pegel 0,6 V und der "1"-Pegel 3,3 + 0,6 = 3,9 V beträgt, was für viele Anwendungen ausreicht.

Darüber hinaus wird auf Stufe "1" etwas Strom von der 5-V-Quelle auf 3,3 V über eine Parasitärdiode abgezogen, wie von "frarugi87" beschrieben, aber das wird nur (5-3,3-0,6) / 1000 = 1,1 mA sein und da rPi verbraucht viel mehr als 1,1 mA werden Sie das nie bemerken. Wenn Sie einige Tiefschlafmodi verwenden und rPI weniger als 1,1 mA verbraucht, sollten Sie R1 möglicherweise auf 10.000 oder 100.000 erhöhen.

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