MOSFET o wartości 1,5 V nie reaguje na wejście bramki o wartości 1,8 V.

Nie jestem specjalistą od elektroniki, ale inżynierem oprogramowania (więc przepraszam, jeśli zadaję głupie pytania).

Próbuję użyć mikrokontrolera z wyjściem GPIO o napięciu 1,8 V. Kiedy ten pin stanie się wysoki, chcę włączyć przekaźnik 12 V. Korzystam z M -kanałowego MOSFET-a z freetroniki

Dane techniczne MOSFET można znaleźć tutaj .

Z jakiegoś powodu 1,8 V wydaje się niewystarczające do sterowania MOSFET-em, chociaż jest on określony na 1,5 V min. Próbowałem samodzielnej konfiguracji przy użyciu baterii AA 1,5 V i to też nie działa. Ale jeśli zastosuję 3,3 V z tą samą konfiguracją, to zadziała (po prostu wiesz, że moje okablowanie jest OK).

Niestety mój mikrokontroler (Intel Edison) ma tylko 1,8 V GPIO.

Czy coś brakuje? Jak mogę to zrobić? Czy powinienem używać innego MOSFET? A jeśli tak, to który?

Twoja pomoc jest bardzo ceniona.

Niestety ta konfiguracja nie działa. Jeśli dokładnie przejrzysz arkusz danych, zobaczysz, że MOSFET ma napięcie progowe, które gwarantuje, że będzie wynosić między 1,5 V a 2,5 V, przy typowym poziomie 1,8 V.

Nawet zakładając, że masz szczęście i masz próbkę, której próg wynosi 1,5 V (najlepszy przypadek dla ciebie), nie oznacza to, że MOSFET magicznie włącza się, gdy jego napięcie Vgs osiągnie tę wartość. Jest to minimalne napięcie potrzebne do tego, aby MOSFET ledwo przewodził: w tym wierszu arkusza danych można zauważyć, że napięcie progowe jest określone przy niewielkim 250 μA Id. Ten poziom prądu jest niewystarczający do niezawodnego działania wspólnego przekaźnika.

Uwaga: (jak wskazał @SpehroPefhany w komentarzu) są to wartości w temperaturze 25 ° C. Jeśli temperatura otoczenia jest niższa (np. Zima, zimny klimat, obwód umieszczony w chłodniach), prąd na tym poziomie Vgs będzie jeszcze mniejszy, aż MOSFET rozgrzeje się!

Aby użyć MOSFET-a jako przełącznika zamkniętego, należy wprowadzić go w region ON, a konkretnie w obszar omowy , tj. Tę część charakterystyk wyjściowych, w której zachowuje się jak rezystancja (małej wartości):

Jak widać, przedstawione krzywe odpowiadają wyższym wartościom Vg (~ 2,8 V lub więcej). Możesz lepiej docenić problem patrząc na wykres Rds (on), tj. „Rezystancja przełącznika”:

Z wykresu po prawej stronie możesz zobaczyć, że Rds (on) niewiele różni się w zależności od prądu, ale wykres po lewej opowiada inną historię: jeśli obniżysz Vg poniżej ~ 4V, otrzymasz gwałtowny wzrost oporu.

Podsumowując: tego MOSFET-a nie można włączyć za pomocą zaledwie 1,8 V. Przynajmniej powinieneś podać wystarczającą ilość Vg, aby w najgorszym przypadku przewodzić , tj. Vg (TH) = 2,5 V. Potwierdza to twój eksperyment przy 3,3 V.

@Lorenzo wyjaśnił, dlaczego to nie działa w jego przypadku, a jeśli zadziałałoby, byłoby to marginalne, co mogłoby być gorsze.

Oto jak wygląda specyfikacja odpowiedniego MOSFET (AO3416):

$\Omega$

Ogólnie rzecz biorąc, powinieneś użyć Vgs (th), aby określić, kiedy MOSFET jest w większości wyłączony, a napięcie (napięcia), przy których Rds (on) jest określone, aby określić, kiedy jest on w większości włączony.

Ryciny 2 i 3 z arkusza danych pokazano poniżej.

Należy zauważyć, na rysunku 2, że dla Vg mniejszych niż około 2 wolty, prąd drenujący będzie bliski zeru, natomiast przy Vgs 3 woltów kanał jest ładnie ulepszony.

Jest to zgodne z twoim eksperymentem i pokazuje, że potrzebujesz więcej napięcia na bramce, aby obwód mógł działać,

Rycina 3 pokazuje, w jaki sposób Rds (on) rośnie bardzo szybko do wysokiej wartości wraz ze spadkiem Vgs, i mimo że podano go dla Id 20 amperów, nachylenie krzywej będzie podobne w obwodzie, z ostatecznym skutkiem gdy Vgs będzie wystarczająco niski, Rds (włączony) - który jest szeregowo z cewką przekaźnika i zasilaniem DC - wzrośnie do wartości wystarczająco wysokiej, aby ograniczyć prąd przez cewkę przekaźnika do punktu, w którym nie będzie możliwe uruchomienie .

Ponieważ nie jest wymagany napęd bramki, aby zapewnić, że Rds (on) będzie wystarczająco niski, aby umożliwić działanie przekaźnika, prawdopodobnie najłatwiejszym sposobem byłoby zastąpienie tranzystora bipolarnego jellybean MOSFET i napędzanie podstawy tranzystor przez rezystor z sygnałem 1,8 wolta.

Inne odpowiedzi dokładnie wyjaśniły, dlaczego FET w pytaniu nie działa. Skoncentruję się na rozwiązaniach.

Jednym z nich jest użycie FET zaprojektowanego do tego celu; np . FDN327N .

Innym tanim, łatwo dostępnym i niezawodnym rozwiązaniem jest zastosowanie zwykłego dwubiegunowego tranzystora NPN.

Aby określić odpowiedni rezystor, znajdź minimalną rezystancję Rlmin przekaźnika i maksimum zasilania 12V (powiedzmy V12max = 13,6V), dając ci maksymalny prąd w kolektorze Ic = V12max / Rlmin (utrzymując napięcie nasycenia jako margines inżynierii) . Znajdź minimalne wzmocnienie tranzystora NPN przy nasyceniu dla tego prądu (bądź raczej rozsądny niż nadmiernie konserwatywny w tym; ściśle mówiąc, arkusz danych BC848Cgwarantuje tylko minimalne wzmocnienie Gmin wynoszące 20 przy nasyceniu, ale 420 minut dla Vce 5 V dla klasy C może dać nam wystarczającą pewność, aby użyć G = 50). Minimalny prąd, na który powinniśmy celować w bazie, to Ib = Ic / Gmin. Następnie musimy uwzględnić minimalne napięcie zasilania V1_8min urządzenia sterującego portem DATA, odjąć maksymalny spadek mocy Vdrop na górnym FET tego portu DATA pod obciążeniem Ib, kolejne 0,75 V dla V _{BE (ON)} przy nasycenie przy Ic, a maksymalny rezystor wychodzi jako Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Jeśli V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} staje się ujemny, potrzebujemy mniej konserwatywnych szacunków trzech wartości w sumie, co może pomóc mniej konserwatywna (zwiększona) Gmin, która zmniejsza Ib.

Musimy również upewnić się, że prąd w porcie DATA nie przekracza maksymalnej wartości znamionowej (w tym celu musimy wziąć pod uwagę maksymalną wartość V1_8, minimalne zanikanie po stronie wysokiego napięcia i V _BE ). Jeśli zostanie to przekroczone, musimy zwiększyć rezystor i uzasadnić mniej konserwatywne szacunki (w szczególności Gmin).