Schalten Sie die 15-V-Quelle mit einem MOS durch digitale 0/5 V (DC)

Ich versuche, einige 15-V-Geräte über die digitalen Anschlüsse von Arduino Uno (0/5 V) ein- und auszuschalten. Jeder Port muss eine Gruppe von Widerstandslasten (Lichtern) eines Zugmodells steuern. Es gibt ungefähr 10 Lastgruppen, und ich möchte die Schaltkreise einfach halten. Ab jetzt betrachte ich nur noch eine Schalteinheit, eine Gruppe von Leuchten.

Ich möchte, dass die Stromquelle (VDC) meine Lichter so weit wie möglich beleuchtet, wenn der digitale Anschluss hoch ist (5 V), und sie ausschaltet, wenn er niedrig ist (0 V).

Mein erster Versuch bestand darin, einen gewöhnlichen MOSFET, den 2N7000, mit einem Pulldown-Widerstand zu verwenden, um das Ausschalten der Lichter zu erzwingen und den Transistor zu sichern, falls die Last versehentlich getrennt wird. R1 ist im Vergleich zur Last hoch bewertet, sodass der größte Teil des Stroms zur Last fließt und die Schwelle Vgs von 2N7000 bei etwa 2 V liegt; es sieht so aus, als ob 5V es einschalten sollten. Ich entschied, dass jede Last aus bis zu 10 Lichtern mit jeweils 1,5 kOhm bestehen würde, sodass das 150-Ohm-Äquivalent R 100 mA von VDC ableiten würde, unterhalb der maximalen Id von 200 mA für den MOSFET. Alle Gründe sind gemeinsam.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das war also meine kurze Studie. Im Feld waren die Lichter jedoch nicht so hell, und nach einigen theoretischen Tests erhielt ich am Ausgangsknoten etwa 3 V anstelle der erwarteten ~ 14 V von der Stromquelle (VDC - Vds_on).

Nach einer Online-Suche stellte ich fest, dass dieser Transistor für diesen Job möglicherweise nicht geeignet ist , obwohl ich ihn nicht als "Leistungselektronik" -Job betrachten würde. Ich muss hinzufügen, dass ich keine hohe Schaltfrequenz benötige; vielleicht etwa 100 Hz für einen softwaregesteuerten PWM-Fade-On / Off-Effekt, aber sonst nichts.

Fragestunde (das Wichtigste zuerst):

  1. Wie bekomme ich die 14V am Ausgang?
  2. Ist 2N7000 ungeeignet (und warum)? Welche [Familie von] Transistoren könnte ich stattdessen verwenden?
  3. Findest du die Schaltung in Ordnung? Können Sie mir einen Sicherungsmechanismus (aktuell) für die Arduino-Seite empfehlen?

Vielen Dank!

Antworten (3)

Sie haben einen N-Kanal-MOSFET als Source-Folger angeschlossen. Ein Source-Folger (genau wie ein Emitterfolger für BJTs) kann keine Spannung haben, die höher ist als die, die an das Gate angelegt wird. Tatsächlich ist bei einem MOSFET die Source-Spannung ein paar Volt geringer als am Gate - deshalb sehen Sie 3 V. Das Anschließen Ihrer Last an die Quelle stellt sicher, dass Sie kein vollständiges Einschalten erreichen können, es sei denn, das Gate steigt über 17 oder 18 Volt von Masse an. Aber es ist noch nicht alles verloren....

Fragen Sie sich - was den FET einschaltet - antworten Sie - die Gate-Source-Spannung muss bei einigen Fets ein paar Volt oder sogar höher sein. Dies kann nur bedeuten, dass der Fet teilweise eingeschaltet ist.

Sie sollten erwägen, die Quelle zu erden und die Zugbeleuchtung in den Abfluss zu stecken. So was: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Rd ist, wo Sie die Lichter anschließen würden. Jetzt schaltet sich der Fet mit dem Mosfet-Gate bei 5 V in Bezug auf die geerdete Quelle viel besser ein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen von einem BJT angesteuerten P-Kanal-MOSFET zu verwenden: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Da die Source des P-Kanal-FET an der positiven Versorgung liegt, stellt das Herunterziehen des Gates auf GND sicher, dass es mit dem niedrigsten Widerstand eingeschaltet wird. Betreiben Sie diese Schaltung jedoch nicht höher als etwa 15 Volt, da die maximale FET-Gate-Spannung möglicherweise auf 15 Volt begrenzt ist - lesen Sie die Datenblätter - viele Mosfets sind für +/- 20 Volt Gate-Source in Ordnung, einige jedoch nur mit maximal 12 Volt ausgelegt.

Das Problem dabei ist, dass Sie einen N-Kanal-MOSFET als High-Side-Schalter verwenden.

Ja, der Schwellenwert kann 2 V betragen, aber das ist die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source. Ihre 5V liegen zwischen Gate und Masse. Zwischen Erde und Quelle haben Sie Ihre Last. Die Spannung am Gate in Bezug auf die Source ist also viel geringer als Sie denken.

Probieren Sie es aus - messen Sie die Spannung zwischen Gate und Source mit einem Multimeter, sehen Sie, was es ist.

Zum High-Side-Schalten sollten Sie einen P-Kanal-MOSFET verwenden und zum Schalten einen NPN-BJT verwenden. Dies ist eine Schaltung, die ich überall verwende:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie bekommen genau das, was man von dieser Schaltung erwarten würde. Sie haben keinen Schalter gemacht, Sie haben einen Source-Follower (auch bekannt als Common-Drain-Verstärker) gemacht. Wir hatten kürzlich eine andere Frage in dieser Richtung; die Antworten dort können dir helfen.

Zusammenfassend schaltet der Transistor nur ein, wenn Vgs = 2 V ist. Wenn Vg 5 V beträgt, bedeutet dies, dass Vs nicht mehr als 3 V betragen kann oder der Transistor abschaltet. Um dies zu beheben, müssen Sie die Quelle erden. Dies behebt sowohl Vg als auch Vs und ergibt Vgs = 5 V. Schließen Sie Ihre Last zwischen dem Drain und der 15-V-Versorgung an.

Schalten Sie die 15-V-Quelle mit einem MOS durch digitale 0/5 V (DC)
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