Est-il sûr de piloter un MOSFET à partir d'une broche de sortie d'un microcontrôleur?

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J'ai utilisé des BJT couramment disponibles tels que les 2N2222 et 2N3904 comme commutateurs en les faisant fonctionner en "mode de saturation" à partir de mon MCU. Je pense cependant que pour ces types d'applications, un MOSFET est un appareil plus approprié. J'ai cependant quelques questions.

1) Un MOSFET a-t-il un "mode de saturation" comme le BJT? Cette "saturation" est-elle obtenue en fournissant simplement une tension suffisamment élevée sur la base pour que le MOSFET soit complètement "allumé"?

2) Est-il sûr de piloter le MOSFET directement à partir du MCU? Je comprends que la grille du MOSFET se comporte comme un condensateur, et consomme donc un peu de courant pendant la "charge", puis aucune par la suite. Ce courant de charge est-il suffisamment élevé pour endommager la broche MCU? En plaçant une résistance en série avec la grille, je peux protéger la broche, mais cela ralentira le commutateur, ce qui entraînera peut-être une forte dissipation thermique par le MOSFET?

3) Qu'est-ce qu'un MOSFET "amateur" commun adapté à diverses situations de faible puissance? IE, quel est le MOSFET équivalent à un 2N2222 ou 2N3904?

microcontroller mosfet marque
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"plus approprié" me semble idiot. Habituellement, les BJT sont moins chers, donc j'utiliserais un FET uniquement si un BJT ne fait pas l'affaire.
starblue
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J'ai généralement fait le contraire: utilisez un MOSFET sauf si j'ai besoin d'un BJT. Ils sont tous les deux bon marché. La puissance gaspillée par un R_DSON d'un MOSFET est généralement inférieure à celle d'un V_CESAT d'un BJT. Vous ne payez que pour commuter un MOSFET, pas pour le garder allumé, ce qui réduit la dissipation de puissance à la fois dans le transistor et dans la partie qui le commande, surtout si la commutation est peu fréquente. Les MOSFET vont généralement jusqu'au rail car il n'y a pas de V_CESAT. L'inconvénient est qu'un MOSFET ne tire pas une quantité constante de courant sur tout le bord, car il ressemble à une résistance; cela ralentit la commutation d'une charge capacitive.
Mike DeSimone

Réponses:

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De nombreux MOSFET de puissance nécessitent une tension de grille élevée pour les charges à courant élevé, afin de garantir qu'ils sont complètement sous tension. Il y en a cependant avec des entrées de niveau logique. Les fiches techniques peuvent être trompeuses, elles donnent souvent la tension de grille pour un courant de 250 mA sur la première page, et vous constatez qu'elles ont besoin de 12V pour 5A, par exemple.

C'est une bonne idée de mettre une résistance à la terre sur la grille si un MOSFET est piloté par une sortie MCU. Les broches MCU sont généralement des entrées lors de la réinitialisation, ce qui peut faire flotter momentanément la porte, peut-être en allumant l'appareil, jusqu'à ce que le programme démarre. Vous n'endommagerez pas la sortie MCU en la connectant directement à une porte MOSFET.

Les BS170 et 2N7000 sont à peu près équivalents aux BJT que vous avez mentionnés. Le Zetex ZVN4206ASTZ a un courant de drain maximum de 600 mA. Je ne pense pas que vous trouverez un petit MOSFET pouvant être piloté à partir de 3,3 V.

Leon Heller
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le 2N7000 a un courant maximum de 200mA, alors que le 2N2222 a un courant maximum de ~ 600mA. y a-t-il quelque chose dans ce quartier qui est facile à conduire avec un MCU 3.3v?
Mark
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@Mark Barely. C'est comme passer juste au-dessus de la tension de seuil sur un BJT. Malheureusement, avec le MOSFET, vous n'avez pas la caractéristique exponentielle.
jpc
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Je conduis des MOSFET SC-70 avec 1,8 V au travail depuis des années. Le premier paramètre à vérifier est V_GS (th), comme l'a noté Mark. C'est à peu près équivalent à V_IH pour une entrée CMOS si canal n, ou V_IL pour un canal p. En d'autres termes, dépasser cette valeur. À la recherche d'un équivalent 2222, nous avons trouvé l'AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND). 55 V, 2,1 A, SOT-23, V_GS (th) de 2,0 V max, 1,3 V typ, r_DSON de 130 mOhms à 3,3 V. Coût identique au P2N2222AG. Pour une charge de 500 mA, le 2222 a V_CESAT = 1,0 V (500 mW dissipés) et l'AO3422 a un V_DS = 0,065 V (32,5 mW dissipés). Les FET sont froids.
Mike DeSimone
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La chose à retenir lors de l'achat de MOSFET n'est pas de limiter prématurément le V_DS ou l'I_D lors de la recherche! Ces chiffres sont beaucoup plus élevés pour les FET que ceux auxquels vous êtes habitué pour les BJT étant donné une certaine charge entraînée. Notez que l'AO3422 (V_DS = 55 V, I_D = 2,1 A) est beaucoup plus élevé que les spécifications du 2N2222 similaire (V_CE = 50 V, I_C = 0,8 A); cela est dû à l'efficacité! La raison pour laquelle vous ne voyez pas de "MOSFET typiques" comme vous le faites pour les BJT ou les diodes (1N4148, etc.) est que les MOSFET sont arrivés plus tard, quand il y avait plus d'entreprises qui les fabriquaient, et il y avait beaucoup moins de raisons de copier les pièces standard des concurrents .
Mike DeSimone
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@MikeDeSimone: "Le premier paramètre à vérifier est V_GS (th), comme Mark l'a noté. Il est à peu près équivalent à V_IH pour une entrée CMOS si canal n, ou V_IL pour un canal p. En d'autres termes, dépasser cette valeur. " Non non Non. Tout V_GS (th) signifie que vous avez dépassé un courant spécifié. Le MOSFET n'est pas considéré comme "activé" jusqu'à ce que l'appareil ait un comportement complètement résistif sur une plage spécifiée de courants. Cela nécessite une tension plus élevée que V_GS (th), et n'est généralement pas spécifié avant les spécifications Rdson garanties, quelque part dans la plage 4,5V-10V (parfois à des tensions plus faibles).
Jason S
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Il est sûr - en général - et il fonctionnera si vous sélectionnez un MOSFET de "niveau logique". Notez que le "niveau logique" ne semble pas être un terme exactement standardisé, et il n'apparaîtra pas nécessairement comme paramètre dans la recherche paramétrique sur les sites des fournisseurs, ni n'apparaîtra nécessairement dans la fiche technique. Cependant, vous constaterez que les MOSFET de niveau logique ont souvent un "L" dans le numéro de pièce, par exemple: IR540 (niveau non logique) vs. IRL540 (niveau logique). La grande chose est de regarder dans la fiche technique et de vérifier la valeur VGS (seuil) et de regarder le graphique qui montre le flux actuel vs VGS. Si le VGS (seuil) est de 1,8 V ou 2,1 V environ, et que le «genou de la courbe» sur le graphique est d'environ 5 volts, vous avez essentiellement un MOSFET de niveau logique.

Pour un exemple de ce à quoi ressemblent les spécifications d'un MOSFET de niveau logique, consultez cette fiche technique:

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

La figure 3 est le graphique auquel je faisais référence.

Cela dit, je vois que beaucoup de gens recommandent toujours d'utiliser un opto-isolateur entre le microcontrôleur et le MOSFET, juste pour être encore plus sûr.

crime mental
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Re: saturation: oui, mais ce n'est pas confondu avec saturation (ce qui correspond en fait à la région linéaire des transistors bipolaires). Au lieu de cela, regardez les fiches techniques et la Rdson de résistance nominale, qui est spécifiée à une certaine tension grille-source pour chaque partie. Les MOSFET sont généralement spécifiés à un ou plusieurs des éléments suivants: 10V, 4,5V, 3,3V, 2,5V.

Je mettrais deux résistances dans le circuit: une de la porte à la terre, comme Leon l'a mentionné (en fait, je la mettrais de la sortie du MCU à la terre), et une autre entre la sortie du MCU et la porte, pour protéger le MCU dans cas où le MOSFET a un défaut.

Plus de discussion sur cette entrée de blog .

Quant au MOSFET à utiliser, il n'y a vraiment pas de parallèle avec le 2N3904 / 2N2222.

Le 2N7000 est probablement le FET le plus courant et le moins cher du marché. Pour d'autres FET de gelée, je regarderais Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P.

Pour la prochaine étape (niveau de puissance plus élevé), je regarderais IRF510 (100V) ou IRFZ14 (60V), tous deux en TO-220, bien que ce soient des FET de base spécifiés à une source de porte de 10 V. Les FET de niveau logique (IRL510, IRLZ14) ont Rdson spécifié à 4,5 V porte-source.

Jason S
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La résistance de la broche MCU à la grille est également utilisée pour ralentir le front de commutation, pour réduire la sonnerie, le dépassement et l'EMI. 10 ohms est une valeur typique.
Mike DeSimone
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En réponse à la question 3, j'ai trouvé que le Fairchild FQP30N06L est idéal pour piloter un appareil haute puissance à partir d'un MCU à des niveaux logiques. Ce n'est pas bon marché (0,84 GPB) mais idéal pour les n00bs paresseux comme moi. Je les utilise pour fournir des bandes lumineuses LED RVB 12V.

Quelques statistiques:

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

Par conséquent, le 3,3 v du Raspberry Pi est supérieur au seuil de porte supérieur de 2,5 V, ce qui garantira que le drain est complètement ouvert.

Alastair McCormack
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Ne conduisez pas cela directement à partir d'un MCU. Le temps d'activation / désactivation sera très long en raison des capacités de la porte, et vous ne protégez le MCU d'aucun défaut.
Jason S
Plus sérieusement, juste parce que 3,3 V est au-dessus du seuil de la porte, cela ne signifie pas que le commutateur est complètement allumé. Tout cela signifie que le courant est garanti supérieur à un seuil donné (250uA pour le FQP30N06L). Le FQP30N06L est conçu pour être alimenté par des tensions d'au moins 5 V, qui est la tension minimale qu'ils spécifient sur la résistance. Plus bas que cela, et vous n'avez aucune garantie du comportement de l'appareil au-delà du courant 250uA du seuil Vgs.
Jason S
Salut JasonS, pardonne mon ignorance. Je ne vois pas dans les spécifications où 5V est donné au minimum. Les données du graphique montrent que ~ 3,3 V sur la grille permet> 10 A sur le drain à 25 V, ce qui est idéal pour mes besoins (5 A à 12 V). Pour la protection, j'ai mis une résistance 10KΩ entre la porte et la masse et j'ai l'intention de mettre une résistance de taille similaire entre la broche MCU et la porte. Sera-ce suffisant?
Alastair McCormack
"Les données du graphique montrent ..." Les données du graphique de caractérisation dans une fiche technique sont presque toujours une représentation des performances typiques , pas du pire des cas. En d'autres termes, c'est le comportement moyen, pas l'extrême, et vous ne pouvez pas compter sur sa validité pour tous les appareils. La raison pour laquelle ils l'incluent du tout est que le comportement relatif (le courant augmente avec l'augmentation de la tension de grille et l'augmentation de la tension de drain) est universel ... vous ne pouvez tout simplement pas vous fier aux chiffres.
Jason S
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Regardez la page 2 ("Sur les caractéristiques") - il vous donne deux spécifications pour Rdson avec Vgs = 10V (35mohm max) et Vgs = 5V (45 mohm max). En ce qui concerne la protection ... eh bien, consultez mon article embeddedrelated.com/showarticle/77.php - la résistance de rappel peut être assez élevée, généralement 100K - 1M est très bien. Mais vous avez vraiment besoin d'un circuit de commande de porte à partir de la logique 3,3 V. Il n'a pas la tension nécessaire pour garantir que le FQP30N06L sera allumé. Certains appareils peuvent avoir un Rdson un peu plus élevé à 3,3 V (ou peuvent toujours être dans la plage de courant constant) et surchauffer en conséquence.
Jason S