Le MOSFET évalué à 1,5 V ne réagit pas à une entrée de grille de 1,8 V

Je ne suis pas vraiment un spécialiste de l'électronique, mais un ingénieur logiciel (donc excuses si je pose des questions stupides).

J'essaie d'utiliser une sortie GPIO de microcontrôleur évaluée à 1,8 V. Lorsque cette broche devient haute, je veux activer un relais 12V. J'utilise un MOSFET à canal N de freetronics

Les spécifications du MOSFET peuvent être trouvées ici .

Pour une raison quelconque, le 1,8 V semble insuffisant pour piloter le MOSFET bien qu'il soit spécifié pour 1,5 V min. J'ai essayé une configuration autonome en utilisant une pile AA de 1,5 V et cela ne fonctionne pas non plus. Mais si j'applique 3,3 V avec la même configuration, cela fonctionne (juste pour que vous sachiez que mon câblage est OK).

Malheureusement, mon microcontrôleur (Intel Edison) ne dispose que de GPIO 1,8V.

Suis-je en train de manquer quelque chose? Comment puis-je faire fonctionner cela? Dois-je utiliser un MOSFET différent? Et si oui, lequel?

Votre aide est très appréciée.

Malheureusement, cette configuration ne fonctionnera pas. Si vous examinez attentivement la fiche technique, elle indique que le MOSFET a une tension de seuil qui est garantie d'être comprise entre 1,5 V et 2,5 V, avec 1,8 V typique.

Même en supposant que vous avez de la chance et que vous avez un échantillon dont le seuil est à 1,5 V (le meilleur des cas pour vous), cela ne signifie pas que le MOSFET s'allume comme par magie lorsque sa tension Vgs atteint cette valeur. C'est la tension minimale nécessaire pour que le MOSFET soit à peine conducteur: dans cette ligne de la fiche technique, vous pouvez remarquer que la tension de seuil est spécifiée à peu près 250 μA d'Id. Ce niveau de courant est insuffisant pour faire fonctionner un relais commun de manière fiable.

Remarque: (comme souligné par @SpehroPefhany dans un commentaire) ce sont les valeurs à 25 ° C. Si la température ambiante est plus basse (par exemple hiver, climat froid, circuit placé dans des chambres froides), le courant à ce niveau de Vgs sera encore plus petit jusqu'à ce que le MOSFET se réchauffe!

Pour utiliser un MOSFET comme interrupteur fermé, vous devez le conduire dans la région ON, et spécifiquement dans la région ohmique , c'est-à-dire la partie des caractéristiques de sortie où il se comporte comme une résistance (de petite valeur):

Comme vous pouvez le voir, les courbes affichées correspondent à des valeurs plus élevées de Vgs (~ 2,8 V ou plus). Vous pouvez mieux apprécier le problème en regardant le graphique Rds (on), c'est-à-dire "la résistance du commutateur":

Sur le graphique de droite, vous pouvez voir que Rds (on) ne varie pas beaucoup avec le courant, mais le graphique de gauche raconte une autre histoire: si vous abaissez Vgs sous ~ 4V, vous obtenez une forte augmentation de la résistance.

Pour résumer: ce MOSFET ne peut pas être activé avec un simple 1,8V. Au moins, vous devez fournir suffisamment de Vgs pour qu'il soit conducteur dans le pire des cas , c'est-à-dire Vgs (TH) = 2,5 V. Et cela est confirmé par votre expérience à 3,3V.

@Lorenzo a expliqué pourquoi cela ne fonctionne pas pour lui, et si cela fonctionnait, ce serait marginal, ce qui pourrait être pire.

Voici à quoi ressemble une spécification pour un MOSFET approprié (AO3416):

Le Rds (activé) est garanti à 1,8 V Vgs, et à 34m même s'il est un peu plus élevé en raison de la tolérance sur l'alimentation ou la température de 1,8 V, toujours beaucoup de puissance pour un relais 12V.$\Omega$

En général, vous devez utiliser Vgs (th) pour déterminer quand le MOSFET est principalement éteint et la ou les tensions auxquelles Rds (on) est spécifié pour déterminer quand il est principalement allumé.

Les figures 2 et 3 de la fiche technique sont présentées ci-dessous.

Notez, sur la figure 2, que pour un Vgs de moins d'environ 2 volts, le courant de drain sera proche de zéro, tandis qu'avec un Vgs de 3 volts, le canal est bien amélioré.

Cela est en accord avec votre expérience et montre que vous avez besoin de plus de tension sur la grille pour faire fonctionner votre circuit,

La figure 3 montre comment le Rds (on) monte très rapidement à une valeur élevée lorsque Vgs chute, et même si elle est donnée pour un Id de 20 ampères, la pente de la courbe sera similaire dans votre circuit, avec l'effet ultime étant que lorsque Vgs devient suffisamment bas, Rds (activé) - qui est en série avec la bobine de relais et l'alimentation CC - augmentera à une valeur suffisamment élevée pour limiter le courant à travers la bobine de relais au point où il sera impossible d'actionner .

Étant donné que vous n'avez pas le lecteur de grille requis pour garantir que Rds (activé) sera suffisamment bas pour permettre au relais de fonctionner, la solution la plus simple serait sans doute de substituer un transistor bipolaire à base de gelée pour le MOSFET et de piloter la base du transistor à travers une résistance avec votre signal de 1,8 volts.

D'autres réponses ont bien expliqué pourquoi le FET dans la question ne fonctionne pas. Je vais me concentrer sur les solutions.

L'une consiste à utiliser un FET conçu à cet effet; par exemple FDN327N .

Une autre solution bon marché, facile à trouver et fiable utilise un transistor de jonction bipolaire NPN simple.

Pour déterminer la résistance appropriée, trouvez la résistance minimale Rlmin du relais et le maximum de l'alimentation 12V (disons V12max = 13,6V), vous donnant le courant maximum dans le collecteur Ic = V12max / Rlmin (en gardant la tension de saturation comme marge technique) . Trouvez le gain minimum du transistor NPN à saturation pour ce courant (soyez raisonnablement plutôt que trop conservateur sur celui-ci; à proprement parler la fiche technique du BC848Cgarantit seulement un gain minimum Gmin de 20 à saturation, mais les 420 min pour Vce de 5V pour le grade C pourraient nous donner assez de confiance pour utiliser G = 50). Le courant minimum que nous devrions viser dans la base est Ib = Ic / Gmin. Ensuite, nous devons tenir compte de la tension d'alimentation minimale V1_8min de l'appareil entraînant le port DATA, soustraire le décrochage nominal maximal Vdrop sur le FET côté haut de ce port DATA sous la charge Ib, 0,75 V environ pour V _{BE (ON)} à la saturation à Ic, et la résistance maximale apparaît comme Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Si V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} devient négatif, nous avons besoin d'estimations moins conservatrices des trois valeurs de la somme, ce qui pourrait être aidé par un Gmin moins conservateur (augmenté), qui diminue Ib.

Nous devons également nous assurer que le courant dans le port DATA ne dépasse pas sa valeur nominale maximale (pour cela, nous devons considérer le maximum V1_8, le minimum de coupure côté haut et V _BE ). Si cela est dépassé, il faut augmenter la résistance et justifier des estimations moins conservatrices (de Gmin notamment).