Как подключить мосфет: Подключение мосфета к Ардуино — RadioRadar

Содержание

Мосфет как подключить

Мосфеты — разновидность полевых транзисторов, очень полезная штука, если правильно его подобрать, подключить и использовать. Я их люблю применять в поделках. Маломощные в основном для экономичности потребления тока, мощные для коммутации амперных нагрузок и для силовых ключей в ШИМ- схемах и генераторах. В отличие от простых биполярных транзисторов управляются они не током а напряжением. Управляющий электрод — затвор по сути является одним контактом простого неполярного конденсатора малой емкости.


Поиск данных по Вашему запросу:

Мосфет как подключить

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Mosfet транзистор + Ардуино. Повелеваем электричеством.

Primary Menu


Не знаю, как вы, а я лично постоянно забываю, где у полевых МОП-транзисторов a. Поэтому я решил сделать себе небольшую шпаргалку, ну и заодно поделиться ею с вами. Я также подготовил упрощенную PDF-версию этого поста , которую можно распечатать на половине листа A4 и повесить на стену. Итак, у МОП-транзисторов три ноги, называемые затвором gate , истоком source и стоком drain :. При использовании незнакомого полевика, естественно, следует свериться с его даташитом.

Транзистор с N-каналом подключается, что называется, в нижнем плече low-side , а с P-каналом — в верхнем плече high-side. По такой схеме полевые транзисторы используются для нагрева паяльника, управления двигателями , и так далее.

Fun fact! На самом деле, полевые транзисторы разделяют еще на две категории : enhancement mode и depletion mode. Последние встречаются существенно реже и обычно являются N-канальными. При работе с незнакомым полевым транзистором, стоит проверить, к какому типу он относится.

В приведенной схеме падение напряжения практически нулевое, чего нельзя достичь при помощи обычных блокирующих диодов. Это может быть особенно важно в проектах, питающихся от аккумулятора. Заметьте, что сток и исток располагаются с точностью до наоборот по сравнению с тем, как их хочется расположить, исходя из предыдущей схемы. В этом случае ничто не мешает взять несколько штук и соединить их параллельно.

Тогда ток будет автоматически распределен между ними поровну. Такая вот получилась шпаргалка. Если вам есть, что к ней добавить, не стесняйтесь оставлять комментарии. Дополнение: Простая схема защиты от перенапряжения и переполюсовки. Для отображения комментариев необходимо включить JavaScript! Копирование представленных на данном сайте материалов любыми способами не возбраняется.

Указание ссылки на оригинал приветствуется. Записки программиста. Блог о программировании, операционных системах, СУБД, девайсах, сетях, алгоритмах, электронике, радио и пр.

Типичное использование: Транзистор с N-каналом подключается, что называется, в нижнем плече low-side , а с P-каналом — в верхнем плече high-side. Также МОП-транзисторы могут быть использованы для защиты от переполюсовки: В приведенной схеме падение напряжения практически нулевое, чего нельзя достичь при помощи обычных блокирующих диодов.

Дополнение: Простая схема защиты от перенапряжения и переполюсовки Метки: Электроника. Понравился пост? Узнайте, как можно поддержать развитие этого блога. Коротко о себе Всем привет! Мой контактный e-mail — mail eax. Если вы хотите мне написать, прошу предварительно ознакомиться с этим FAQ. Если у вас технический вопрос, просьба адресовать его на форум forum.


MKS MOSFET CONTROLLER — как подключать

Программируемый микроконтроллер Arduino идеально подходит для создания нестандартных устройств. А имеющиеся в избытке готовые модули, расширения и скетчи значительно облегчают задачу. Однако, всегда находятся проекты, в которых к Arduino необходимо подключить мощный узел или устройство. Микроконтроллер будет отвечать за логику работы, а узел или устройство — выполнять простую работу. С одной стороны — ничего сложного, с другой — Arduino обеспечивает на выходе только небольшой ток и напряжение U — не более 5В, I — 40 мА.

Мощные транзисторы MOSFET хорошо известны своей исключительной скоростью А так будет в этой схеме работать транзистор MOSFET: и отличий друг от друга, в подключении нагрузки, и чем и как управляются каждый.

Arduino + N-Channel MOSFET = Управляем высоким напряжением

Не знаю, как вы, а я лично постоянно забываю, где у полевых МОП-транзисторов a. Поэтому я решил сделать себе небольшую шпаргалку, ну и заодно поделиться ею с вами. Я также подготовил упрощенную PDF-версию этого поста , которую можно распечатать на половине листа A4 и повесить на стену. Итак, у МОП-транзисторов три ноги, называемые затвором gate , истоком source и стоком drain :. При использовании незнакомого полевика, естественно, следует свериться с его даташитом. Транзистор с N-каналом подключается, что называется, в нижнем плече low-side , а с P-каналом — в верхнем плече high-side. По такой схеме полевые транзисторы используются для нагрева паяльника, управления двигателями , и так далее.

roboforum.ru

Добрый день, уважаемые форумчане. Начали с другом осваивать ардуинку, столкнулись с проблемой подключения высокомощной нагрузки. Реле не подошло по требованиям, попробовали мосфеты, раз их советуют во всех мануалах. Проблема мануалов оказалась в том, что все они в режиме ключа подключают светодиодную ленту со смешным амперажем в 0.

Порой наступает такой момент, когда пользователь хочет управлять мощным устройством с помощью Arduino.

Подключение контроллера к IRF540N

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы например, микроконтроллера каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи. Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой. Части схем, решающие эту задачу, называют ключами.

Arduino и MOSFET. Схема подключения

Привет, Друзья! Хочу с вами посоветоваться, на тему как подключить mosfet-транзистор к микроконтроллеру Arduino. Вернее я его уже подключил и он работает, но я хочу максимально обезопасить вывод Arduino от возможных пробоев тока если такое вообще возможно , и добавить плюшек для наглядности работы транзистора в виде светодиодов. У меня есть интересное дельцо, собираю инкубатор для яиц на шт. Придумал его сделать на базе контроллера Arduino, чтобы крутить моторы, регулировать нагрев и т. Хотел сделать побыстрее, но вот детали есть не все, а ждать пока приедут из Китая долго. Было парочка реле, но использовал их в проект и требовалось еще. Узнал что вместо реле можно запилить транзисторы в качестве ключа вкл.

Тем кто дружит с паяльником — посвящается! Для себя, любимого, купил в Китае, всеми обсуждаемый, выносной MOSFET. Цена его в.

Подключение Mosfet к Aрдуино

Мосфет как подключить

В нашем предыдущем уроке мы рассмотрели работу с фоторезистором для управления LED. Выходы Arduino не могут обеспечить питание столь мощной нагрузки и большого напряжения. К примеру в робототехнике, часто используются двигателя на 12В, 24В, 36В и т. К тому же выходной ток вывода Arduino ограничен как правило 40 мА.

Подскажите пожалуйста как поставить Hotbed MOSFET

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Уроки Ардуино #9 — управление нагрузкой MOSFET транзистор

Со временем каждый пользователь Arduino задумывается об управлении не только светодиодами и устройствами с напряжением до 5 вольт, но и об управлении соленоидами, моторами, светодиодными лентами и т. Транзисторы имеют 3 вывода, которые имеют 2 простые функции, первая — переключение, вторая — усиление в данном примере рассматривается первая функция — переключатель. При отправке сигнала высокого уровня к Gate управляющий вывод , транзистор включается и позволяет току течь от источника Source к стоку Drain. Землю мы подключаем к стоку Drain транзистора. Когда наш Arduino посылает сигнал высокого уровня на Gate транзистора, он переключает транзистор соединяет Source и Drain и замыкает цепь для двигателя, соленоида, или лампы. Эта схема довольно проста.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал.

Arduino UNO урок 9 — Нагрузка

Тут проблема не столько в белых проводах, которые вы можете не использовать, сколько в самой плате. Сила тока не должна превышать 10А, в то время как процесс работает, если он большой, чем 10A, то он будет Сгорела легко, мы не советуем емуНе превышает 10А, иначе это опасно. При подключении 12 В, мощность будет меньше Вт неПревышать Вт При подключении 24 В, мощность будет в пределах Вт Вт Такой ток выдержат и ключи контроллера выдержат. Смысл платы пропадает. Посмотрел описание нескольких продавцов такой платы, пишут про предельный ток с нормальным охлаждением в 25А. Другой вопрос — блок питания потянет такие токи? В теме ничего не сказано про то, чем управлять будут каким столом и какое напряжение питания.

Отправить комментарий. Не так давно мне нужно было подключить нагрузку к Arduino nano и я столкнулся проблемой силовых ключей. У меня было несколько IRFN, по мощности они подходили, но я сомневался можно ли их открыть 5-тью вольтами.


Mosfet подключение к микроконтроллеру

Программируемый микроконтроллер Arduino идеально подходит для создания нестандартных устройств. А имеющиеся в избытке готовые модули, расширения и скетчи значительно облегчают задачу. Однако, всегда находятся проекты, в которых к Arduino необходимо подключить мощный узел или устройство. Микроконтроллер будет отвечать за логику работы, а узел или устройство — выполнять простую работу. С одной стороны — ничего сложного, с другой — Arduino обеспечивает на выходе только небольшой ток и напряжение U — не более 5В, I — 40 мА.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Mosfet транзистор + Ардуино. Повелеваем электричеством.

Ключи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере


Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком.

Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает.

Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана. Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной , по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.

Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале.

Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.

Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод его еще называют паразитным, так как он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства. Обладая не сильно габаритным корпусом TO этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А.

Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0. Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF , способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку. Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера или цифровой схемы является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.

Тут вариантов три: На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением. Типичные примеры драйверов это, например, IR Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча или совмещенные, полумостовые. Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора.

Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных. Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.

Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRLA или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.

Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно. Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или I D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на Следующий важный для тебя параметр это V GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение.

Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. И прикидыываешь какой у тебя будет режим. Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:.

Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. При 8 амперах и 0.

Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0. Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен.

Зовется эта величина Switch Delay или t on , t off , в общем, как то так. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора C iss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать.

Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :. А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.

Да, я сейчас в Кургане и буду тут дней десять. Если кто есть с Кургана можно забухать! А то скучновато тута…. Исток на массу, сток — катушка замка — плюс. Параллельно катушке замка — диод 1N Подается импульс — замок открывается, а вот когда импульс выключается, происходит постепенное падение напряжения на катушке. Замок медленно закрывается, что не есть хорошо.

Как увеличить скорость выключения индуктивной нагрузки? Например поставить 1. Будет ли такое решение оптимальным или есть другие варианты? Тут только каким то образом помешать току течь, в частности через тот самый обратный диод. Туда можно воткнуть подобие стабилитрона, на напряжение ниже напряжения пробоя транзистора. И это должно помочь.

Но они были без упаковки и фактор статического электричества я не учитывал… Можно ли проверить, рабочие они или нет? Подключи по простейшей схеме да замеряй мультиметром сопротивление.

N канальные более живучие, так что может быть с ними все ок будет. Хотя я когда натырил до дома донес только половину :. А я вот буквально недавно прикупил с помощью корефана из Питера ирф энд ирл -ок в со8 корпусе : каждого с десяток : 30 вольт на 4 — 6 А тока … Буду делать из них мини- Н-бридж ;.

В принципе всё работает , главное соблюсти соотношение сопротивления , примерно по отношению запирающего сопротивления к ограничевающему… я так думаю. Да, его надо ставить максимально близко к затвору.

Просто я в самый последний момент добавил ограничительное сопротивление :. Опять же, на этот диод целиком и полностью полагаться нельзя, так как через него мощность из индуктивности рассеивается на шину питания, и что она там натворит — ещё неизвестно.

Так что, если есть индуктивность, то её надо отдельным диодом шунтировать. При наличии мощных коммутируемых нагрузок, тем более индуктивных, в электронных схемах, шины питания должны быть зашунтированы конденсаторами достаточной емкости, это аксиома…. Любой выброс в цепи питания — лишний.

Особенно, если вспомнить, какую паразитную индуктивность имеют конденсаторы достаточной емкости. От одного поставленного диода никому хуже не станет. А еще есть интеллектуальные ключи от той же IR. Сам не использовал, но люди из соседней конторы говорят что неубиваемые ключи. Насчёт статики по-моему опасения слишком преувеличены. Современные Мосфеты её не боятся. В разумных пределах, конечно.

И встроенный внутри диод достаточно мощный. Дублировать его может понадобится с целью уменьшения нагрева корпуса или если не удовлетворяют временные характеристики этого диода а они действительно стрёмные….


Управление мощной нагрузкой. Отличие полевого транзистора от биполярного. Сфера их применения

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы например, микроконтроллера каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи. Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой. Части схем, решающие эту задачу, называют ключами.

Нагрузка. MOSFET. Подключение нагрузки к Arduino через мосфет кратковременных выбросов тока и защиты вывода микроконтроллера.

Подключение Mosfet к Aрдуино

Тема в разделе » Силовая электроника «, создана пользователем Climber , 19 дек Войти или зарегистрироваться. Искать только в заголовках Сообщения пользователя: Имена участников разделяйте запятой. Новее чем: Искать только в этой теме Искать только в этом разделе Отображать результаты в виде тем. Быстрый поиск. Метки: транзисторы mosfet. У меня есть несколько проектов, по управлению светодиодными лентами, в которых используются полевые mosfet транзисторы.

СРО-4/16-433. Разработка блоков коммутации

В прошлый раз мы разработали схему пульта дистанционного управления нашей системы управления дистанционными объектами. В этот раз мы продолжим развлекаться схемотехникой и разработаем сразу 3 схемы блоков управления. Более того, в этой статье мы затронем один из распространенных подходов при проектировании серийных электронных изделий — модульные схемотехнические решения. А начнем мы, как и в предыдущей статье, с выбора ключевой элементной базы для будущих блоков коммутации. Пройдемся по его характеристикам:.

Коллеги, что-то я не понимаю в полупроводниковой электронике, просветите меня Делаю схему, в которой микроконтроллер управляет свечением вольтовой светодиодной ленты.

Primary Menu

Публиковать посты на тему: как сделать полноценный бюджетный умный дом? Просмотреть результаты. Mosfet или МОП-транзистор это такая штука для управления нагрузкой. Типа как реле, но лучше. Картинку надо запомнить чтобы потом не путаться в документации.

Силовой ключ (5 А; 24 В) на полевом транзисторе (IRF520 MOSFET) для Arduino

Привет, Друзья! Хочу с вами посоветоваться, на тему как подключить mosfet-транзистор к микроконтроллеру Arduino. Вернее я его уже подключил и он работает, но я хочу максимально обезопасить вывод Arduino от возможных пробоев тока если такое вообще возможно , и добавить плюшек для наглядности работы транзистора в виде светодиодов. У меня есть интересное дельцо, собираю инкубатор для яиц на шт. Придумал его сделать на базе контроллера Arduino, чтобы крутить моторы, регулировать нагрев и т. Хотел сделать побыстрее, но вот детали есть не все, а ждать пока приедут из Китая долго. Было парочка реле, но использовал их в проект и требовалось еще. Узнал что вместо реле можно запилить транзисторы в качестве ключа вкл.

Привет, Друзья! Хочу с вами посоветоваться, на тему как подключить mosfet- транзистор к микроконтроллеру Arduino. Вернее я его уже.

Помигав светодиодам, изучив что и как происходит в микроконтроллере обычно думаешь: » В данном случаи нагрузка относительно мощная, так как порты микроконтроллера по документации выдерживают до 50мА ток нагрузки поверьте оно так и есть горят порты аж бегом! Для примера возьмем микромощный коллекторный двигатель, который использовался в статье про регулятор скорости вращения двигателя. Варианты построения выходного каскада устройств на микроконтроллерах: 1.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком.

Содержание [ Показать ] 1. Двигатель постоянного тока 2.

Чтобы двигатель постоянного тока начал вращаться, ему необходимо обеспечить нужное количество энергии. Как правило, для маломощных двигателей достаточно несколько ватт. Блок управления микроконтроллер , который принимает решения о запуске двигателя, не может непосредственно управлять двигателем, то есть обеспечить необходимую мощность со своего вывода. Это связано с тем, что порты микроконтроллера имеют очень ограниченную нагрузочную способность максимальный ток на выходе микроконтроллера обычно не более 20 мА. Поэтому нужен усилитель мощности — устройство, которое может на своем выходе генерировать сигнал мощностью большей, чем мощность на его входе.

Отправить комментарий. Не так давно мне нужно было подключить нагрузку к Arduino nano и я столкнулся проблемой силовых ключей. У меня было несколько IRFN, по мощности они подходили, но я сомневался можно ли их открыть 5-тью вольтами.


062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? — GetChip.net

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы  что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1-включено, 0-выключено. Начнем.

 

1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (Одна Загрузка)

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (17967 Загрузок)

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (Одна Загрузка)

 

2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны  напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.


Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы  типа BT138.
BT138.pdf (6686 Загрузок)

2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.

Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.

Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (14755 Загрузок)

 

(Visited 156 739 times, 18 visits today)

Переключатель MOSFET с использованием оптопары

С частями по почте, не было времени для тестирования, но простой вопрос: это будет работать, или какие улучшения необходимы?

Что он должен делать: переключатель MOSFET для нагрузок 12 В, 0,5–3 А, управляемый логическим уровнем 3,3 В (что оказалось слишком низким даже для моих MOSFET на логическом уровне). Чип запускается с высокими портами, MOSFET выключен. Установка низкого уровня булавки включает его.

Тогда фон.

Я использую плату NodeMCU с логическим уровнем 3.3 В для своего проекта. Для этого я взял себе горстку МОП-транзисторов IRL540N (после прочтения форумов, и все дешево). Из спецификации я понял, что она будет работать при 3,3 В, но не повезло. На уровне затвора 5-6 В он открывается нормально (для подключения я подключил 12 В светодиодов мощностью 21 Вт, работал как шарм, IRL540N даже не нагревался). Но при 3,3 В не повезло, светодиоды еле-еле загорелись.

Использование транзистора с драйвером работало, но затем оно стало инвертированным: порт низкого уровня был включен, поэтому по умолчанию включен, и это небезопасно для моего проекта. Он должен быть выключен по умолчанию, поэтому при запуске (низкие контакты) он просто выключен.

Тогда я понял, что должен использовать более высокое напряжение, и именно здесь оптопара вступает в действие. Это позволяет мне тянуть затвор полевого МОП-транзистора до уровня 12 В, используя всего 3,3 В.

Приведенная ниже схема, которую я разработал для комбинации с расширителем порта PCF8574. Его контакты должны по умолчанию выводить, высокий. В высоком состоянии он может выдавать только 0,3 мА или около того, очень мало, достаточно для возбуждения транзистора, но не светодиода. Тем не менее, он может потреблять не менее 20 мА, так что этого достаточно для питания светодиода или оптопары.

Идея, лежащая в основе этой схемы: при включении порты высокие, тока через светодиод нет, затвор MOSFET опущен, и он выключен.

Затем, когда я делаю порт низким, он потребляет ток для светодиода в оптопаре, затвор поднимается до высокого уровня, и MOSFET включается. 12 В обеспечивает насыщенность.

Нагрузка может быть лампами или двигателем или даже соленоидом, D1 находится там, чтобы предотвратить сгорание цепи при выключении.

MOSFET модуль на IRF520 за 90р на fixfly.ru

Вы получите : 6 бонусов Можно посмотреть и потрогать в магазине на Стачек.

Профессиональные консультации. Обращайтесь.

Проверяем все модели перед отправкой.

Описание

Доставка и оплата

Описание

Модуль MOSFET транзистора IRF520. Силовой ключ. Позволяет коммутировать силовую нагрузку. Управлять работой нагрузки ШИМ сигналом.

Спецификация

  • MOSFET: IRF520
  • Размер: 26×33мм
  • Напряжение нагрузки: до 24VDC
  • Ток нагрузки без радиатора: 1А
  • Ток нагрузки с охлаждением: 5А
  • Управляющий сигнал: 5В

Подключение:

  • V+ и V- — нагрузка
  • Vin и GND — питание нагрузки
  • SIG — управляющий сигнал
  • GND — земля управляющего сигнала
  • Vcc — не используется


Москва. Варианты доставки:

Стоимость доставки одной единицы товара. Стоимость доставки нескольких единиц смотрите в корзине.


Курьерская доставка СДЭК. Строго в пределах МКАД. Доставка с 10 до 18.

376p

Варианты оплаты:

Картами Visa, Mastercard и Мир. В том числе Сбербанк Онлайн, Альфа-Клик, ВТБ24-Онлайн, PSB On-Line, Русский Стандарт.

Наличными в магазине, курьеру, в пунктах выдачи.

Этот товар можно купить только в магазине по адресу Санкт-Петербург, пр.Стачек, д.72. ДК Газа правый вход.
Мы не можем отправить его курьером или в пункты выдачи заказов.

MOSFET

MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляемый электрическим полем).

Или по русски, MOSFET – это полевой транзистор с изолированным затвором. MOSFET имеет 3 вывода (ножки): сток (Drain), исток (Source), затвор (Gate). Между истоком и стоком в полевом транзисторе сформирован полупроводниковый канал. Канал может быть с n или p проводимостью. Снаружи канал покрыт изолятором. На изолятор нанесён металлический затвор. Затвор управляет проводимостью канала, при этом управляющий ток через изолятор под затвором протекать не может. Электрическое поле (напряжение) поданное на затвор управляет проводимостью канала. У MOSFET с n-каналом исток подключают к минусу источника питания, а у MOSFET с p-каналом исток подключают к плюсу источника питания.

Сравним MOSFET и биполярный транзистор. Важнейшей характеристикой биполярного транзистора является коэффициент усиления по току и напряжению, а из произведения этих величин получаем коэффициент усиления по мощности. У MOSFETкоэффициент усиления по напряжению может быть меньше 1 или больше 1 в зависимости от напряжения питания схемы, но вот коэффициент усиления по току может приближаться к бесконечности так как у MOSFET нет входного тока (ток затвора), ток сток-исток у некоторых моделей может достигать сотен ампер. 100/0 = ∞. Соответственно и коэффициент усиления по мощности приближается к бесконечности.

У MOSFET огромное входное сопротивление постоянному току, но между затвором и каналом (стоком и истоком) имеется электрическая ёмкость (конденсатор), поэтому с ростом частоты управляющего сигнала входное сопротивление MOSFET быстро падает. У MOSFET очень большое сопротивление канала в закрытом состоянии и оно же составляет сотые доли Ома в открытом состоянии канала. Эти свойства MOSFET делают его идеальным ключевым элементом в электронных схемах. Но у MOSFET очень тонкий изолятор под затвором, поэтому пробой изолятора может наступить при напряжениях на затворе всего в 2 раза выше рабочего напряжения (смотрите datasheet). Если MOSFET выполняет роль ключевого элемента в электронной схеме, очень важно открывать канал оптимальным напряжением на затворе для полного отпирания канала. Достаточное для полного отпирания канала напряжение на затворе, обычно составляет несколько вольт и отлично согласуется с TTL (5 Вольт) логикой.

Так как у MOSFET затвор изолирован, у него практически нет управляющего (входного тока). Это свойство MOSFET делает его особенно привлекательным в некоторых схемах.

Например, возьмём транзистор SI2302. Имея размер менее спичечной головки, этот транзистор может пропускать ток до 3,6 Ампер, при этом не греется и не потребляет управляющий ток, он управляется напряжением. А тут есть некоторое ограничение, для полного открытия канала сток — исток на затвор необходимо подать напряжение 4,5 Вольт. Но можно работать с открывающим напряжением на затворе 2,5 Вольт, при этом ток в нагрузке может достигать 3,1 Ампера.

Что это даёт в схемах робототехники и автоматики? MOSFET SI2302 можно подключать к выходам Arduino (м-к AVR) и управлять мощной нагрузкой, при этом совершенно не нагружая микроконтроллер. А вот подключить MOSFET к выходам м-к с 3,3 Вольт питанием напрямую не удастся.

Рис. 1. Схема включения полевого транзистора с n-каналом.

На рис. 1 через резистор R1 на затвор транзистора Q1 (SI2302) подаётся закрывающее канал сток-исток напряжение низкого уровня. R1 — входное сопротивление этой схемы. R2 — ограничивает входной ток на высоких частотах переключения и, к сожалению, ограничивает быстродействие транзистора.

Благодаря высокому входному сопротивлению полевых транзисторов с изолированным затвором, на основе схемы рис. 1 легко собрать прибор для проверки работоспособности конденсаторов см. рис. 2.

Рис. 2. Схема пробника для конденсаторов.

Пробником, собранным по схеме на рис. 2 можно проверять конденсаторы ёмкостью от 1 нФ до 1 мкФ. Если заменить резистор R1 на резистор с сопротивлением 5 кОм, можно будет проверять электролитические конденсаторы от 1 мкФ до 100мкФ. Для проверки конденсаторов большей ёмкости необходимо ещё уменьшить сопротивление резистора R1.

Рис. 3. Пробник для проверки конденсаторов собранный на макетной плате.

Работает пробник следующим образом: когда Вы подключаете исправный конденсатор в схему, светодиод вспыхивает на короткое время. Если электролитический конденсатор высох или в нём обрыв, светодиод не горит. Если в конденсаторе короткое замыкание или большой ток утечки, светодиод горит постоянно.

В следующей схеме рис. 4, благодаря высокому входному сопротивлению MOSFET, заряд конденсатора, подключённого к затвору транзистора не меняется длительное время. Мы можем коротким импульсом зарядить конденсатор, канал транзистора откроется и светодиод будет гореть. Если разрядить конденсатор, канал транзистора закроется и светодиод погаснет. Схема работает как ячейка памяти на 1 бит, запоминает состояния 1 (включено), 2 (выключено).

Рис. 4. Переключатель с памятью.

В схеме переключателя рис. 4 мы использовали конденсатор C1 ёмкостью 2,2 мкФ.

Рис. 5. Макет переключателя с памятью.

Рис. 6. Схема с кнопками Пуск/Стоп.

Рис. 7. Макет схемы с кнопками Пуск/Стоп.

Управление мощной нагрузкой через транзистор

Электронный выключатель нагрузки – это устройство, не имеющее движущихся частей, которое работает как реле. Обычно два полевых МОП-транзистора действуют как переключающий элемент, один из которых является N-канальным, а другой – P-канальным.

Пусковой ток при включенном переключателе нагрузки

Когда переключатель нагрузки (транзистор Q1 на схеме) включен, временно протекает большой ток, намного превышающий установившийся. Если заряд конденсатора близок к нулю, возникает большой бросок тока, напряжение подается на выход Vo, что приводит к мгновенному и большому заряду в протекающем токе. Этот чрезмерный ток часто называют пусковым.

Пик пускового тока в значительной степени определяется входным напряжением Vi, сопротивлением Rds (on) полевого МОП-транзистора Q1, ESR емкости CL на стороне нагрузки и увеличивается вместе с входным напряжением Vi. Чрезмерно большой пусковой ток может вызвать сбои или неисправности схемы. Превышение максимального номинального тока также может привести к повреждению.

Но добавляя конденсатор C2 параллельно резистору R1, подключенному между затвором и истоком полевого МОП-транзистора Q1, можно замедлить снижение напряжения затвора, что постепенно уменьшит Rds (on) и сгладит пусковой ток.

Противодействие пусковому току (когда переключатель нагрузки Nch MOSFET включен)

Переключателем нагрузки тут выступает MOSFET RSQ020N03, Vin = 5 В, Io = 1 А.

  • Переключатель Q1 включен, когда Q2 выключен (напряжение затвора Q1 будет больше, чем Vo (Q1 Vgs)).
  • Переключатель нагрузки Q1 выключен, когда Q2 включен.
  • В качестве контрмеры был добавлен C2 для минимизации пускового тока при включении Q1.

Эквивалентная схема переключателя нагрузки

Даже когда переключатель нагрузки Q1 переключается с ВКЛ на ВЫКЛ, напряжение на выходном выводе Vo будет всё-ещё оставаться в течение определенного периода времени в зависимости от емкости CL нагрузки на выходной стороне.

Если напряжение на Vi ниже чем Vo, обратный ток может течь с выхода Vo на вход Vin через паразитный диод, образованный между стоком и истоком полевого МОП-транзистора Q1. Необходимо убедиться, что номинальный ток полевого транзистора Q1 не превышается ни при каких обстоятельствах. Кроме того, при определении значения емкости входного шунтирующего конденсатора CIN, следует учитывать время нарастания с учетом условий нагрузки.

Вот эквивалентная принципиальная схема переключателя нагрузки:

А теперь перейдём к практике и соберём реально работающий переключатель нагрузки на силовом полевом транзисторе MOSFET. Тут обычный небольшой ползунковый переключатель будет управлять функцией включения / выключения питания.

Схема переключателя силового полевого МОП-транзистора

Эта схема является альтернативой мощным тумблерам, поскольку в ней используется небольшой ползунковый переключатель слабого тока коммутации для управления полевым МОП-транзистором, который может держать уровень рассеиваемой мощности примерно до 50 Вт. Схема также имеет встроенную оптопару, которая упрощает управление полевым МОП-транзистором с помощью гальванически изолированного внешнего сигнала или цифрового выхода микроконтроллера (Ардуино например). Более того, поскольку основной ток не проходит через механический ползунковый переключатель / оптопару, можно использовать различные, даже самые слабые компоненты.

Ключевой частью схемы, предназначенной в первую очередь для работы с 12 В постоянного тока, является силовой МОП-транзистор IRF9540 с P-каналом (T1). Питание может подаваться на разъем CN1 (DC-IN), при этом ползунковый переключатель управляет питанием на разъеме CN2 (DC-OUT). Чтобы использовать внешний сигнал для управления T1, установите ползунковый переключатель (S1) в положение «выключено», а затем подайте управляющий сигнал от Arduino через 2-х контактный разъем CN3.

Обратите внимание, что схема не имеет функций защиты входа от обратной полярности, поэтому напряжение постоянного тока и внешний управляющий сигнал следует вводить в схему с правильной полярностью. Кроме того, может потребоваться изменить значение резистора R3 ограничителя тока оптопары (по умолчанию 220 Ом), если планируется использовать нестандартный внешний управляющий сигнал.

Идеи по проектированию устройства

Переключатель нагрузки состоит из двух основных элементов – транзистора и механизма управления, как показано на схеме. Проходной транзистор чаще всего представляет собой полевой МОП-транзистор (N-канальный или P-канальный), который передает напряжение на заданную нагрузку, когда он открыт. Выбор P-канального или N-канального MOSFET зависит от конкретных потребностей устройства. Но P-канальный MOSFET имеет явное преимущество перед N-канальным в простоте механизма управления включением / выключением. Здесь N-канальный MOSFET требует дополнительной шины напряжения для затвора (P-канальный не требует).

Базовая схема переключателя нагрузки силового полевого МОП-транзистора

На рисунке показан пример схемы переключателя нагрузки с P-канальным силовым МОП-транзистором. Здесь внешний переключатель / управляющий сигнал включает и выключает MOSFET через слабый транзистор. Когда вход переключателя / управления имеет низкий уровень, тот транзистор выключен, а затвор полевого МОП-транзистора подтягивается до VIN. Но когда вход переключателя / управления высокий по уровню, малосигнальный транзистор включается, затвор полевого МОП-транзистора опускается, и он включается тоже. Пока входное напряжение на шине выше порогового напряжения полевого МОП-транзистора, он будет включаться, когда вход переключателя / управления находится в состоянии высоком, без необходимости в дополнительном источнике напряжения. Подтягивающий резистор выбирается таким образом, чтобы через него проходил небольшой ток, когда малосигнальный транзистор включен (стандартный диапазон сопротивления от 1 кОм до 10 кОм).

Проще говоря, полевой МОП-транзистор можно рассматривать как переменный резистор, сопротивление сток-исток которого (Rds) является функцией разности напряжений на выводах затвор-исток (Vgs). Если нет разницы потенциалов между затвором-истоком, тогда сопротивление сток-исток очень велико и ток не течет. С другой стороны, если имеется соответствующее напряжение затвор-исток, сопротивление сток-исток очень низкое и действует как замкнутый переключатель, таким образом ток течет через него в нагрузку.

Транзистор MOSFET должен иметь номинальный постоянный ток превышающий максимальный ток нагрузки предлагаемого применения.

Тестирование на макетной плате переключателя нагрузки с силовым полевым транзистором показано на фото.

В общем предлагаемое схемное решение уже много раз доказало свою ценность в различных проектах (в том числе в автомобиле), как надёжный, безопасный и долговечный коммутатор.

Анализ MOSFET как переключателя с принципиальной схемой, пример

В этом уроке мы узнаем о работе MOSFET в качестве переключателя. В учебнике по МОП-транзисторам мы рассмотрели основы МОП-транзистора, его типы, структуру, а также несколько вариантов применения МОП-транзистора.

Одним из важных применений MOSFET в области силовой электроники является то, что его можно настроить как простой аналоговый переключатель. С помощью таких аналоговых переключателей цифровые системы могут управлять потоком сигналов в аналоговых цепях.

Прежде чем вдаваться в подробности того, как МОП-транзистор работает в качестве переключателя, позвольте мне рассказать вам об основах МОП-транзистора, областях его работы, внутренней структуре и т. д. Для получения дополнительной информации о МОП-транзисторах прочитайте Учебное пособие по МОП-транзисторам.

Введение в МОП-транзистор

МОП-транзистор или полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника, в отличие от транзистора с биполярным переходом (BJT), является униполярным устройством в том смысле, что он использует только основные носители в проводимости.

Это тип полевого транзистора с изолированным затвором от канала (поэтому его иногда называют полевым транзистором с изолированным затвором или IGFET), а напряжение на выводе затвора определяет проводимость.

Говоря о выводах, МОП-транзистор обычно представляет собой устройство с 3 выводами: затвор (G), исток (S) и сток (D) (даже несмотря на то, что есть 4-й вывод, называемый подложкой или корпусом, он обычно не используется в входное или выходное соединение).

МОП-транзистор Обозначение

МОП-транзистор

можно разделить на МОП-транзистор с улучшенным типом и МОП-транзистор с истощением. Каждый из этих типов далее делится на N-канальный MOSFET и P-канальный MOSFET.

Символы для каждого из этих типов МОП-транзисторов показаны на изображении ниже.

Основное различие между MOSFET режима расширения и MOSFET режима истощения заключается в том, что в режиме истощения канал уже сформирован, т. е. он действует как нормально замкнутый (NC) переключатель, а в случае режима расширения канал изначально не формируется, т. е. Нормально разомкнутый (НО) переключатель.

Структура МОП-транзистора

Структура полевого МОП-транзистора варьируется в зависимости от области применения, т. е. полевые МОП-транзисторы в технологии интегральных схем имеют довольно поперечный характер, в то время как структура силовых полевых МОП-транзисторов представляет собой скорее вертикальный канал.Независимо от приложения, полевой МОП-транзистор имеет в основном три вывода, а именно: затвор, сток и исток.

Если мы рассмотрим N-канальный МОП-транзистор, то и исток, и сток состоят из n-типа, которые находятся на подложке P-типа.

Работа МОП-транзистора

Давайте теперь попробуем понять, как работает n-Channel Enhancement Mode MOSFET. Чтобы проводить ток стока, должен быть канал между стоком и истоком MOSFET.

Канал создается, когда напряжение между выводами затвора и истока V GS превышает пороговое напряжение V TH .

Когда V GS > V TH , говорят, что устройство находится в области триода (или постоянного сопротивления) или области насыщения в зависимости от напряжения на выводах стока и истока V DS .

Для любого V GS , если V DS < V GS – V TH , то устройство находится в области триода (также известной как область постоянного сопротивления или линейная область). Если V DS > V GS – V TH , то прибор входит в область насыщения.

Когда V GS < V TH , устройство находится в выключенном состоянии. Ток затвора в обеих областях работы очень меньше (почти равен нулю). Следовательно, MOSFET известен как устройство, управляемое напряжением.

Кривая характеристик МОП-транзистора

На изображении ниже показана характеристическая кривая MOSFET в трех рабочих областях. Он изображает ток стока I D в зависимости от напряжения сток-исток V DS для заданного напряжения затвор-исток V GS .

MOSFET Регионы эксплуатации

Основываясь на вышеупомянутой работе MOSFET, можно сделать вывод, что MOSFET имеет три области работы. Они:

  • Зона отсечки
  • Линейная (или триодная) область
  • Область насыщения

МОП-транзистор работает в области отсечки, когда V GS < V TH . В этой области полевой МОП-транзистор находится в выключенном состоянии, поскольку между стоком и истоком нет индуцированного канала.

Для индуцируемого канала и работы полевого МОП-транзистора либо в линейной области, либо в области насыщения V GS > V TH .

Напряжение смещения затвора – стока В GD определяет, находится ли полевой МОП-транзистор в линейной области или в области насыщения. В обеих этих областях полевой МОП-транзистор находится во включенном состоянии, но разница заключается в линейной области, канал является непрерывным, а ток стока пропорционален сопротивлению канала.

При переходе к области насыщения, т.к. V DS > V GS – V TH , происходит отсечение канала, т.е.е., он расширяется, что приводит к постоянному току стока.

Переключение в электронике

Переключение полупроводников в электронной схеме является одним из важных аспектов. Полупроводниковые устройства, такие как BJT или MOSFET, обычно работают как переключатели, т. Е. Они находятся либо в состоянии ON, либо в состоянии OFF.

Характеристики идеального переключателя

Чтобы полупроводниковое устройство, такое как полевой МОП-транзистор, действовало как идеальный переключатель, оно должно иметь следующие характеристики:

  • Во включенном состоянии не должно быть никаких ограничений на величину тока, который он может пропускать.
  • В выключенном состоянии не должно быть ограничения напряжения блокировки.
  • Когда устройство находится во включенном состоянии, падение напряжения должно быть нулевым.
  • Сопротивление в состоянии ВЫКЛ должно быть бесконечным.
  • Скорость работы устройства не имеет ограничений.

Практические характеристики переключателя

Но Мир не идеален и применим даже к нашим полупроводниковым переключателям. В практической ситуации полупроводниковое устройство, такое как полевой МОП-транзистор, имеет следующие характеристики.

  • Во включенном состоянии возможности регулирования мощности ограничены, т. е. ток проводимости ограничен. Напряжение блокировки в выключенном состоянии также ограничено.
  • Конечное время включения и выключения, ограничивающее скорость переключения. Максимальная рабочая частота также ограничена.
  • Когда устройство включено, сопротивление во включенном состоянии будет ограничено, что приведет к падению напряжения в прямом направлении. Также будет иметь место конечное сопротивление в выключенном состоянии, что приведет к обратному току утечки.
  • Практический коммутатор испытывает потери мощности во включенном состоянии, выключенном состоянии, а также во время переходного состояния (из включенного в выключенное или из выключенного во включенное).

Работа МОП-транзистора в качестве переключателя

Если бы вы понимали принцип работы MOSFET и области его действия, вы, вероятно, догадались бы, как MOSFET работает как переключатель. Мы поймем работу MOSFET в качестве переключателя, рассмотрев простую схему.

Это простая схема, в которой полевой МОП-транзистор N-Channel Enhancement Mode включает или выключает свет.Чтобы использовать MOSFET в качестве переключателя, он должен работать в области отсечки и линейной (или триодной) области.

Предположим, что устройство изначально выключено. Напряжение на затворе и истоке, то есть V GS , становится соответственно положительным (технически говоря, V GS > V TH ), полевой МОП-транзистор входит в линейную область, и переключатель находится в положении ON. Это заставляет Свет включиться.

Если входное напряжение затвора равно 0 В (или технически < V TH ), полевой МОП-транзистор переходит в состояние отсечки и выключается.Это, в свою очередь, приведет к выключению света.

Пример MOSFET в качестве переключателя

Рассмотрим ситуацию, когда вы хотите управлять светодиодом мощностью 12 Вт (12 В при 1 А) с помощью микроконтроллера. При нажатии на кнопку, подключенную к микроконтроллеру, должен загореться светодиод. При повторном нажатии той же кнопки светодиод должен погаснуть.

Очевидно, что напрямую управлять светодиодом с помощью микроконтроллера нельзя. Вам нужно устройство, которое перекинет мост между микроконтроллером и светодиодом.

Это устройство должно принимать управляющий сигнал от микроконтроллера (обычно напряжение этого сигнала находится в диапазоне рабочих напряжений микроконтроллера, например 5В) и подавать питание на светодиод, в данном случае от источника 12В.

Я собираюсь использовать МОП-транзистор. Настройка вышеупомянутого сценария показана на следующей схеме.

 

Когда на затвор полевого МОП-транзистора подается логическая 1 (при условии, что микроконтроллер 5 В, логическая 1 — 5 В, а логический 0 — 0 В), он включается и позволяет протекать току стока.В результате загорается светодиод.

Аналогичным образом, когда на затвор МОП-транзистора подается логический 0, он выключается и, в свою очередь, выключает светодиод.

Таким образом, вы можете в цифровом виде управлять мощным устройством с комбинацией микроконтроллера и полевого МОП-транзистора.

Важное примечание

Важным фактором, который следует учитывать, является рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора. Рассмотрим полевой МОП-транзистор с сопротивлением сток-исток 0,1 Ом. В приведенном выше случае, т. Е. Светодиод мощностью 12 Вт, питаемый от источника питания 12 В, приведет к току стока 1 А.

Следовательно, мощность, рассеиваемая MOSFET, равна P = I 2 * R = 1 * 0,1 = 0,1 Вт.

Кажется, что это низкое значение, но если вы управляете двигателем, использующим тот же MOSFET, ситуация немного отличается. Пусковой ток (также называемый пусковым током) двигателя будет очень высоким.

Таким образом, даже при RDS 0,1 Ом мощность, рассеиваемая при пуске двигателя, все равно будет значительно высокой, что может привести к тепловой перегрузке. Следовательно, R DS будет ключевым параметром при выборе полевого МОП-транзистора для вашего приложения.

Кроме того, при работе двигателя противо-ЭДС является важным фактором, который необходимо учитывать при проектировании схемы.

Одним из основных преимуществ управления двигателем с помощью полевого МОП-транзистора является то, что входной ШИМ-сигнал можно использовать для плавного управления скоростью двигателя.

Заключение

Полное руководство для начинающих по MOSFET в качестве переключателя. Вы узнали некоторые важные основы MOSFET (его внутреннюю структуру и области действия), идеальный и практический полупроводниковый переключатель, работу MOSFET в качестве переключателя и пару примеров схем.

MOSFET — Espruino

МОП-транзистор (полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника) представляет собой полупроводниковое устройство, которое можно использовать в качестве твердотельного переключателя. Они полезны для управления нагрузками, которые потребляют больше тока или требуют более высокого напряжения, чем может обеспечить вывод GPIO. В выключенном состоянии полевые МОП-транзисторы не проводят ток, а во включенном состоянии имеют чрезвычайно низкое сопротивление, часто измеряемое в миллиомах. МОП-транзисторы можно использовать только для переключения нагрузок постоянного тока.

МОП-транзисторы

имеют три контакта: исток, сток и затвор.Исток подключен к земле (или к положительному напряжению в p-канальном MOSFET), сток подключен к нагрузке, а затвор подключен к контакту GPIO на Espruino. Напряжение на затворе определяет, может ли ток течь от стока к нагрузке — ток не течет к затвору или от него (в отличие от транзистора с биполярным переходом) — это означает, что если затвор будет плавать, полевой транзистор может повернуться. включается или выключается в зависимости от окружающих электрических полей или очень малых токов.В качестве демонстрации можно подключить полевой МОП-транзистор обычным образом, ничего не подключая к выводу затвора, а затем прикоснуться к затвору, удерживая либо землю, либо положительное напряжение — даже через сопротивление вашего тела вы можете включать и выключать полевой транзистор! Чтобы убедиться, что MOSFET остается выключенным, даже если контакт не подключен (например, после сброса Espruino), между затвором и истоком можно разместить подтягивающий резистор.

МОП-транзисторы

переключают ток только в одном направлении; у них есть диод между истоком и стоком в другом направлении (другими словами, если сток (на N-канальном устройстве) упадет ниже напряжения на истоке, ток будет течь от истока к стоку).Этот диод, «телесный диод», является следствием производственного процесса. Его не следует путать с диодом, который иногда помещают между стоком и источником питания нагрузки — он отдельный и должен быть включен при управлении индуктивной нагрузкой.

Если не указано иное, в этом разделе предполагается использование полевого МОП-транзистора с N-канальным режимом расширения.

N-канал против P-канала

В N-канальном МОП-транзисторе исток соединен с землей, сток — с нагрузкой, и полевой транзистор включается, когда на затвор подается положительное напряжение.С N-канальными МОП-транзисторами проще работать, и они являются наиболее часто используемым типом. Их также легче производить, поэтому они доступны по более низкой цене и имеют более высокую производительность, чем полевые МОП-транзисторы с p-каналом.

В P-канальном MOSFET исток подключен к положительному напряжению, и FET включается, когда напряжение на затворе ниже напряжения истока на определенную величину (Vgs < 0). Это означает, что если вы хотите использовать МОП-транзистор с каналом P для переключения напряжений выше 5 В, вам понадобится еще один транзистор (какого-то рода), чтобы включать и выключать его.

Выбор МОП-транзисторов

Напряжение затвор-исток (Vgs) Одной из наиболее важных характеристик является напряжение, необходимое для полного включения полевого транзистора. Это не пороговое напряжение — это напряжение, при котором он впервые начинает включаться. Поскольку Espruino может выдавать только 3,3 В, для простейшего подключения нам нужна деталь, обеспечивающая хорошую производительность с приводом затвора на 3,3 В. К сожалению, существует не так много полевых МОП-транзисторов в удобных корпусах со сквозными отверстиями, которые будут работать с 3.3В привод ворот. IRF3708PBF — хороший выбор в большом корпусе TO-220 — его пропускной способности по току достаточно практически для любых целей, даже при напряжении 3,3 В на затворе. Для более низкого тока можно использовать 5LN01SP-AC от On Semiconductor; он поставляется в корпусе TO-92 и может работать с током до 100 мА.

В спецификации для MOSFET обычно включается график, показывающий свойства в открытом состоянии при различных напряжениях затвора. Ключевая характеристика здесь, как правило, представлена ​​в виде графика зависимости тока стока (Id) от напряжения сток-исток (Vds — это падение напряжения на МОП-транзисторе) с несколькими линиями для разных напряжений затвора.Для примера IRF3708PBF этот график показан на рис. 1. Обратите внимание, что при Id 10 ампер падение напряжения (Vds) едва превышает 0,1 В с приводом затвора 3,3 В, и едва можно различить линии для 3,3 В. и более высокие напряжения отдельно.

Существует очень широкий выбор низковольтных МОП-транзисторов в корпусах для поверхностного монтажа с отличными характеристиками, часто по очень низким ценам. Популярный корпус SOT-23 можно припаять к области прототипирования SMD Espruino, как показано на рисунках ниже, или использовать с одной из многих недорогих коммутационных плат, доступных на eBay и у многих поставщиков электроники для хобби.

Непрерывный ток Убедитесь, что номинальный постоянный ток детали достаточен для нагрузки — многие детали имеют как пиковый, так и непрерывный номинальный ток, и, естественно, первое часто является главной спецификацией.

Напряжение сток-исток (Vds) Это максимальное напряжение, которое может переключать полевой МОП-транзистор.

Максимальное напряжение затвор-исток (Vgs) Это максимальное напряжение, которое может быть приложено к затвору. Это особенно актуально в случае p-канального МОП-транзистора, коммутирующего довольно высокое напряжение, когда вы понижаете напряжение с помощью другого транзистора или полевого транзистора, чтобы включить его.

Распиновка

Здесь показана распиновка типичных полевых МОП-транзисторов TO-220 и SOT-23. Тем не менее, ВСЕГДА сверяйтесь с таблицей данных, прежде чем что-либо подключать, на случай, если вы обнаружите, что используете нестандартную деталь.

Соединение

N-канал:

Espruino используется для переключения нагрузки 100 Вт с помощью IRF3708. Обратите внимание на резистор 10k между затвором и истоком. Нагрузка представляет собой светодиодную матрицу мощностью 100 Вт, длина волны 660 нм, потребляющая ~ 3,8 А (согласно спецификациям) при 22 В (скорее 85 Вт) — это не так (это довольно ярко).

Здесь показаны два N-канальных МОП-транзистора на участке прототипирования поверхностного монтажа на Espruino, один в SOT-23 (справа), а другой в SOIC-8 (слева). Обратите внимание, что дорожки между контактными площадками SMD и контактами на Espruino довольно тонкие, поэтому их не следует использовать для токов, намного превышающих ампер.

P-канал:

Это показывает, что N-канальный MOSFET используется для включения P-канального MOSFET — эта конфигурация полезна, когда вам нужно переключить верхнюю сторону цепи, питаемой чем-то выше 5 вольт — в этом примере предполагается, что VBat Espruino является питанием источник.

Схемы

На этих схемах показаны несколько распространенных конфигураций полевых МОП-транзисторов, используемых с Espruino. Точные номиналы резисторов не важны; Резистор с более высоким значением будет работать нормально (и может быть желателен, когда энергопотребление вызывает особую озабоченность). Как видно ниже, использование P-канального МОП-транзистора для переключения напряжения выше 5 В включает более сложную схему. Это не тот случай, когда для коммутации высокого напряжения используется N-канальный полевой МОП-транзистор; поскольку исток заземлен, затвор не должен подниматься до переключаемого напряжения, как это происходит в P-канальном полевом транзисторе, где источником является положительное напряжение.

МОП-транзисторы против реле

  • МОП-транзисторы практически не потребляют энергии, в то время как реле потребляют значительное количество энергии при включении.
  • МОП-транзисторы могут управляться с помощью ШИМ. Реле нельзя.
  • Для МОП-транзисторов
  • требуется общее заземление (или источник питания для p-канала), в то время как реле полностью изолируют управляемую цепь.
  • МОП-транзисторы
  • могут переключать только нагрузки постоянного тока, в то время как изолированные реле могут переключать и переменный ток.

МОП-транзисторы и транзисторы с биполярным переходом

  • МОП-транзисторы управляются напряжением, а не током.Ток затвора пренебрежимо мал, тогда как у биполярного транзистора пренебрежимо мал ток базы.
  • МОП-транзисторы
  • часто имеют более низкое падение напряжения во включенном состоянии.
  • МОП-транзисторы включатся сами, если затвор будет плавать, для биполярных транзисторов требуется ток, поэтому они не включатся.
  • МОП-транзисторы
  • часто дороже и исторически были более уязвимы к статическому повреждению.

Режим улучшения и истощения

Большинство используемых полевых МОП-транзисторов представляют собой так называемые устройства с расширенным режимом, и в приведенном выше описании предполагается использование полевых МОП-транзисторов с расширенным режимом.Опять же, в расширенном режиме MOSFET, когда затвор находится под тем же напряжением, что и исток (Vgs=0), MOSFET не проводит.

В режиме обеднения MOSFET, когда Vgs = 0, MOSFET включен, и на затвор необходимо подать напряжение, чтобы остановить проводимость. Подаваемое напряжение противоположно тому, которое включает полевой МОП-транзистор с режимом улучшения, поэтому для полевого МОП-транзистора с N-канальным режимом улучшения необходимо приложить отрицательное напряжение, чтобы выключить его.

Покупка

Эта страница автоматически создается из GitHub.Если вы видите какие-либо ошибки или у вас есть предложения, пожалуйста, сообщите нам об этом.

Использование полевых МОП-транзисторов в качестве переключателей общего назначения – Ресурсы IBEX

Основные правила выбора MOSFET / проверки

Максимальное номинальное напряжение стока-источника (макс. Vds) определяет максимальное напряжение, которое можно переключать.

Пороговое напряжение затвора определяет разность напряжений, которую необходимо приложить к затвору, чтобы MOSFET работал.

Максимальное напряжение затвор-исток (макс. Vgs) является критическим фактором, который не должен превышаться (даже на несколько нс), иначе полевой МОП-транзистор может выйти из строя.Будут ли скачки напряжения? Если это так, обеспечьте некоторую защиту (например, подавитель переходных процессов) или выберите устройство с более высоким номиналом. При переключении высоковольтных шин (например, 24 В из низковольтной логики) вы часто можете выполнить это требование, используя делитель потенциала, чтобы обеспечить полевой транзистор с напряжением затвора выше 0 В.

Вам нужно использовать микросхему драйвера MOSFET? Если полевой МОП-транзистор имеет высокий ток переключения затвора (например, сильноточные МОП-транзисторы) или будет переключаться быстро (чтобы обеспечить эффективную работу полевого МОП-транзистора с минимальным рассеиванием мощности), то это может быть необходимо.

См. примечания «Почему МОП-транзисторы выходят из строя» ниже

.
Общие примечания

Усовершенствованные МОП-транзисторы во включенном состоянии допускают ток в любом направлении с практически идентичным RDSON. В выключенном состоянии они блокируют ток в одном направлении.

Из-за высокого входного импеданса МОП-транзисторы уязвимы для повреждения электростатическими разрядами. Иногда они имеют встроенные защитные диоды или стабилитроны.

МОП-транзисторы с режимом расширения

включают диод между контактами истока и стока.
МОП-транзистор с двойным усилением включает два диода от катода к катоду.

МОП-транзистору требуется ток затвора только во время фронта переключения, чтобы зарядить емкость GS. Этот ток затвора может быть высоким.

Для переключения 0 В

Используйте N-канальный МОП-транзистор с источником, подключенным к 0 В (напрямую или через токоограничивающий резистор), и нагрузкой, подключенной к стоку.

Всякий раз, когда напряжение затвора превышает напряжение источника хотя бы на пороговое напряжение затвора, полевой МОП-транзистор проводит.Чем выше напряжение, тем больше может проводить Mosfet.

МОП-транзисторы с каналом N

имеют более низкое сопротивление, чем МОП-транзисторы с каналом P, поэтому они предпочтительнее, если у вас есть выбор, на какую сторону переключаться.

N-канальные полевые МОП-транзисторы

также могут переключать +V в определенных конфигурациях, при этом Drain – это Vin, а Source – Vout.

Для переключения +V с P-канальным МОП-транзистором

Используйте P-Channel MOSFET с истоком, подключенным к +V (напрямую или через токоограничивающий резистор), и нагрузкой, подключенной к стоку.

Обычно вывод источника должен быть более положительным, чем вывод стока (однако это неверно, например, при использовании МОП-транзистора типа P для обеспечения защиты от обратной полярности).

Всякий раз, когда напряжение затвора ниже, чем (напряжение источника – пороговое напряжение затвора), МОП-транзистор открывается. Если напряжение затвора выше, чем это, он не проводит. Чем больше разность напряжений от источника, тем больше может проводить полевой МОП-транзистор.

МОП-транзисторы с каналом

имеют более высокое сопротивление, чем МОП-транзисторы с каналом N, поэтому часто менее предпочтительны.

P-канальный МОП-транзистор имеет преимущество перед N-канальным МОП-транзистором для некоторых приложений благодаря простоте управления включением/выключением. Переключение N-канального МОП-транзистора + V требует дополнительной шины напряжения для затвора; P-канал — нет.

Для переключения +V с N-канальным MOSFET

Используйте N-канальный полевой МОП-транзистор со стоком, подключенным к +V, и нагрузкой, подключенной к истоку.

Однако в этом расположении есть одна загвоздка: MOSFET включается в зависимости от достижения порогового значения Vgs, а напряжение источника в этом расположении изменяется между выключенным (0 В) и включенным (Vin).Это означает, что вы не можете переключить затвор на Vin, вам нужна другая шина напряжения, которая выше, чем Vin, по крайней мере, на пороговое значение Vgs MOSFET, а также не превышает максимальную спецификацию Vgs.

Резистор затвора

Использование низкоомного резистора между драйвером МОП-транзистора и выводом затвора МОП-транзистора гасит любые колебания звонка, вызванные индуктивностью выводов и емкостью затвора, которые в противном случае могут превысить максимально допустимое напряжение на выводе затвора. Это также замедляет скорость включения и выключения полевого МОП-транзистора.Это может быть полезно, если внутренние диоды в МОП-транзисторе не включаются достаточно быстро.

Если вы управляете МОП-транзистором от прыгающей, возможно, шумной линии (например, контактов реле), вы должны использовать небольшой последовательный резистор затвора рядом с МОП-транзистором, чтобы подавить колебания УКВ. 22 Ом достаточно, можно меньше.

Если скорость/задержка распространения критичны, вам может потребоваться избегать использования резистора затвора или поддерживать его значение на низком уровне. Например, при сигнале 5 В и FDN335N резистор затвора 1 кОм может добавить около 200–400 нс задержки распространения (задержка переключения от затвора к стоку).

Для сильноточных полевых МОП-транзисторов емкость канала затвора может быть очень высокой, а быстро меняющееся напряжение на стоке может создавать переходный ток затвора в миллиамперах. Этого может быть достаточно, чтобы перегрузить и даже повредить хрупкие микросхемы драйверов CMOS. Наличие последовательного резистора является компромиссом между скоростью и защитой, при этом типичными значениями являются значения от 100R до 10K. Даже без индуктивных нагрузок существует динамический ток затвора. Кроме того, полевые МОП-транзисторы чрезвычайно восприимчивы к повреждениям, вызванным электростатическим разрядом, и могут быть необратимо повреждены в результате единичного пробоя затвора.По этой причине рекомендуется использовать последовательные резисторы затвора от 1 до 10 кОм. Это особенно важно, если сигнал Gate поступает с другой печатной платы.

Если MOSFET можно оставить плавающим, используйте подтягивающий резистор (обычно от 100 кОм до 1 МОм) от затвора к истоку.

ИС драйвера затвора
ИС драйвера

часто используются для сильноточных МОП-транзисторов и при использовании быстрых скоростей переключения из-за того, что МОП-транзисторам требуются кратковременные, но высокие токи для изменения состояния.Входы драйверов обычно имеют логический уровень. Часто МОП-транзисторам требуется привод на 1–2 А для эффективного переключения на частотах в сотни килогерц. Этот привод необходим в импульсном режиме для быстрого заряда и разряда емкости затвора MOSFET.

Параллельные МОП-транзисторы
МОП-транзисторы

могут быть размещены параллельно для улучшения пропускной способности по току. Просто соедините клеммы Gate, Source и Drain вместе. Любое количество МОП-транзисторов может быть включено параллельно, но обратите внимание, что емкость затвора увеличивается по мере того, как вы подключаете больше МОП-транзисторов, и в конечном итоге драйвер МОП-транзистора не сможет управлять ими.

Использование N-канальных МОП-транзисторов для переключения положительных напряжений

Да, можно! Пока соответствует спецификации Vgs, канал N обычно включается и позволяет току течь от источника к стоку (источник более положительный, чем сток). Диод корпуса в любом случае пропускает ток, но включение MOSFET позволяет ему течь полностью.

Использование нательного диода

Вы можете использовать внутренний диод, чтобы позволить току проходить через MOSFET, но вам нужно быть осторожным и знать, что вы делаете, чтобы гарантировать, что MOSFET не будет поврежден при этом.

Истинный переключатель Mosfet / двунаправленный переключатель с P-канальными МОП-транзисторами

При таком расположении мосфетов P-канала «спина к спине» при включении ток будет течь в любом направлении. В выключенном состоянии обе стороны изолированы. Вы можете использовать любой типичный MOSFET с каналом P.

Транзисторный переключатель необходим, потому что затворы должны переключаться выходом открытого стока, чтобы избежать достаточно большого Vgs от сигнала включения-выключения по отношению к шинам питания, подключенным к переключаемым стокам.Транзистор может быть потерян из-за ИС с открытым стоком, которая может выдерживать напряжения на стоке, когда для подачи сигнала используется выключенное состояние.

Обратите внимание, что это расположение подходит только в том случае, если коммутируемое напряжение > Vgs порога переключения используемого MOSFET.

Там, где это не может быть гарантировано или требуется оптоизоляция, отличным решением являются твердотельные реле с фотомосфетами. Примеры:

Avago ASSR-1218 — 200 мА, 60 В номинально. Будет успешно переключать низкие напряжения, такие как +3V3, без какого-либо падения напряжения, кроме как вызванного его сопротивлением во включенном состоянии (т.е. без падения напряжения при использовании оптоизолятора на транзисторном выходе).

Mosfet True Switch / Двунаправленный переключатель с N-канальными MOSFET

Пример:

Почему МОП-транзисторы выходят из строя
Недостаточный привод ворот
Устройства

MOSFET способны переключать только большое количество энергии, потому что они спроектированы так, чтобы рассеивать минимальную мощность при включении. Вы должны убедиться, что MOSFET включен, чтобы свести к минимуму рассеяние во время проводимости.Если устройство не полностью включено, то оно будет иметь высокое сопротивление во время проводимости и будет рассеивать значительную мощность в виде тепла.

Повышенное напряжение

Превышение номинального напряжения МОП-транзистора всего на несколько нс, и вы можете его разрушить. Выбирайте устройства MOSFET консервативно для ожидаемых уровней напряжения и убедитесь, что вы допускаете или имеете дело с подавлением любых скачков напряжения или звона.

Пиковая перегрузка по току

Кратковременные токи перегрузки могут привести к прогрессирующему повреждению полевого МОП-транзистора, часто с незначительным повышением температуры перед выходом из строя.МОП-транзисторы часто указывают высокий пиковый ток, но обычно они рассчитаны только на пиковые токи в несколько 100 мкс. При переключении индуктивной нагрузки убедитесь, что вы переоценили МОП-транзистор, чтобы выдерживать пиковые токи.

Длительная перегрузка по току

Если МОП-транзистор пропускает большой ток, его сопротивление в открытом состоянии вызовет его нагрев. Если теплоотвод плохой, полевой МОП-транзистор может быть разрушен чрезмерной температурой. Решением этой проблемы может быть параллельное подключение нескольких полевых МОП-транзисторов для распределения между ними высоких токов нагрузки.

H или полномостовая конфигурация Сквозная / перекрестная проводимость

При использовании МОП-транзисторов P и N между шинами напряжения для обеспечения выходного напряжения H или L, если управляющие сигналы на МОП-транзисторы перекрываются, они эффективно замыкают питание, и это известно как состояние пробоя. Когда это происходит, любые развязывающие конденсаторы питания быстро разряжаются через оба устройства каждый раз, когда происходит коммутационный переход, что приводит к очень коротким, но большим импульсам тока.

Чтобы избежать этого, вы должны установить мертвое время между переходами переключения, в течение которого ни один полевой МОП-транзистор не включается.

Нет пути тока свободного хода

При переключении индуктивных нагрузок должен существовать путь для обратной ЭДС, которая может свободно вращаться при выключении МОП-транзистора. МОП-транзисторы с режимом расширения содержат диод, обеспечивающий эту защиту.

Медленное обратное восстановление внутреннего MOSFET-диода
Резонансные контуры

с высокой добротностью способны накапливать значительную энергию в своей индуктивности и собственной емкости.При определенных условиях настройки это приводит к тому, что ток «свободно движется» через внутренние диоды корпуса полевых МОП-транзисторов, когда один полевой МОП-транзистор выключается, а другой включается. Проблема возникает из-за медленного выключения (или обратного восстановления) внутреннего диода корпуса, когда противоположный MOSFET пытается включиться. Диоды корпуса МОП-транзистора обычно имеют длительное время обратного восстановления по сравнению с характеристиками самого МОП-транзистора. Если внутренний диод одного полевого МОП-транзистора проводит ток при включении противоположного устройства, то возникает «короткое замыкание», подобное описанному выше состоянию сквозного замыкания.Вы можете решить эту проблему, добавив диод Шоттки, подключенный последовательно с источником MOSFET (предотвращает прямое смещение диода MOSFET в корпусе MOSFET от тока свободного хода) и высокоскоростной (быстрый возврат) диод, подключенный параллельно MOSFET. /Шоттки, так что свободный ток полностью обходит МОП-транзистор и Шоттки. Это гарантирует, что диод в корпусе MOSFET никогда не станет проводящим. Ток свободного хода управляется диодами с быстрым восстановлением, которые представляют меньшую проблему прострела.

Чрезмерный привод ворот

Если на затвор МОП-транзистора подается слишком высокое напряжение, оксидная изоляция затвора может быть пробита, что приведет к эффективному разрушению МОП-транзистора. Убедитесь, что сигнал привода затвора свободен от каких-либо узких скачков напряжения, которые могут превысить максимально допустимое напряжение затвора.

Медленные переходы переключения

Небольшая энергия рассеивается во время устойчивых включенных и выключенных состояний, но значительная энергия рассеивается во время перехода.Поэтому желательно переключаться между состояниями как можно быстрее, чтобы свести к минимуму рассеивание мощности при переключении. Поскольку затвор MOSFET выглядит емкостным, для его зарядки и разрядки за несколько десятков наносекунд требуются значительные импульсы тока. Пиковые токи затвора могут достигать ампер.

Паразитные колебания
Входы MOSFET

имеют относительно высокий импеданс, что может привести к проблемам со стабильностью. При определенных условиях высоковольтные полевые МОП-транзисторы могут колебаться на очень высоких частотах из-за паразитной индуктивности и емкости в окружающей цепи.(Частоты обычно находятся в диапазоне низких МГц.) Также следует использовать схему управления затвором с низким импедансом, чтобы предотвратить попадание паразитных сигналов на затвор устройства.

Кондуктивные помехи контроллеру

Быстрое переключение больших токов может вызвать провалы напряжения и кратковременные скачки напряжения на шинах питания, которые могут вызвать помехи в схемах управления. Следует использовать хорошие методы развязки и заземления по схеме «звезда».

Повреждение статическим электричеством

MOSFET очень чувствительны к статическому электричеству.Во избежание повреждения оксида затвора следует соблюдать меры предосторожности при обращении с антистатиком.

Другие ресурсы Mosfet

http://robots.freehostia.com/SpeedControl/Mosfets.html

ПОЛЕЗНЫЙ?

Мы получаем огромную выгоду от ресурсов в Интернете, поэтому решили, что должны попытаться вернуть часть наших знаний и ресурсов сообществу, открыв многие из внутренних заметок и библиотек нашей компании через мини-сайты, подобные этому.Мы надеемся, что вы найдете сайт полезным.

Пожалуйста, не стесняйтесь комментировать, если вы можете добавить справку на эту страницу или указать проблемы и решения, которые вы нашли, но обратите внимание, что мы не предоставляем поддержку на этом сайте. Если вам нужна помощь в решении проблемы, воспользуйтесь одним из многочисленных онлайн-форумов.

Стоит ли использовать силовые МОП-транзисторы последовательно? | Блог

Захария Петерсон

|&nbsp Создано: 19 августа 2021 г.

Мощные полевые МОП-транзисторы

позволяют использовать широкий спектр электронных систем, особенно в ситуациях, когда биполярные транзисторы бесполезны или неэффективны.МОП-транзисторы можно использовать в сильноточных системах в параллельных схемах, но как насчет их последовательного подключения? Вы не часто видите любую схему в небольших импульсных преобразователях просто потому, что есть много готовых МОП-транзисторов, которые могут обеспечить требуемый ток без сбоев. Однако, как только вы начнете рассматривать возможность подачи высокого напряжения/большого тока с помощью системы переключения с небольшой площадью основания, вам необходимо будет рассмотреть эти варианты расположения полевых МОП-транзисторов.

У обеих компоновок полевых МОП-транзисторов есть свои недостатки, которые следует учитывать разработчикам.Давайте рассмотрим полевые МОП-транзисторы последовательно, поскольку они весьма полезны в определенных системах, но будьте осторожны при проектировании схем и печатной платы с учетом надежности.

Использование мощных МОП-транзисторов в серии

Массив последовательно соединенных МОП-транзисторов будет иметь истоки и стоки, соединенные друг с другом. Эта компоновка затем может быть использована для последовательного управления нагрузкой с малым Z или параллельной нагрузкой с высоким Z. Простейшее последовательное расположение МОП-транзисторов показано на следующей принципиальной схеме:

Простейшая схема последовательного включения полевых МОП-транзисторов с компонентом нагрузки.

В этой схеме напряжение VDD распределяется между обоими полевыми МОП-транзисторами в соответствии с законом напряжения Кирхгофа. Оба должны быть включены одновременно, чтобы ток протекал через нагрузку. Это в основном работает как логический элемент И, но потенциально работает при очень высоком напряжении или токе.

Другим возможным вариантом является использование серийных полевых МОП-транзисторов в двухтактном исполнении, точно так же, как буферы CMOS:

МОП-транзисторов, включенных последовательно с нагрузкой по двухтактной схеме.

В этом типе схемы нижний МОП-транзистор (M2) может отводить ток от нагрузки путем включения или выключения, пока верхний МОП-транзистор (M1) включен. Это было бы идеально для нагрузки с высоким Z, где M2 действует просто для отвода тока, когда он не нужен на нагрузке.

Есть много других примеров последовательно соединенных МОП-транзисторов, которые вы можете сформулировать. Некоторые приложения для этих массивов МОП-транзисторов включают:

  • Силовые инверторы с питанием от тока
  • Высоковольтные стробоскопы
  • Высоковольтные резонаторы
  • Схемы двухтактных драйверов для полевых МОП-транзисторов Vg
  • Специальные логические буферы и усилители высокого напряжения
  • Драйверы с многофазным переключением

Вы заметите, что эти приложения содержат термин «высокое напряжение» по уважительной причине, и это связано с фундаментальной причиной, по которой мы используем элементы последовательно.Чтобы понять почему, полезно сравнить эти схемы с полевыми МОП-транзисторами, включенными параллельно.

МОП-транзисторов последовательно против параллельных

В предыдущей статье я упомянул некоторые моменты о параллельном размещении и использовании полевых МОП-транзисторов, а также некоторые электрические характеристики, которые могут возникнуть в этих цепях. Основная причина, по которой МОП-транзисторы размещаются параллельно, заключается в том, чтобы получить доступ к большему току, когда все МОП-транзисторы включаются одновременно. Поскольку эти транзисторы расположены параллельно, их выходные токи складываются в соответствии с законом Кирхгофа.Это не совсем так, так как вам нужно добавить небольшое сопротивление, чтобы подавить любые паразитные колебания, особенно в системе большой мощности. Однако аналогия с параллельными цепями работает хорошо и эффективно описывает, что происходит, когда весь массив включается одновременно.

По сути, массив действует как один транзистор с гораздо большим номинальным током, но таким же номинальным напряжением. Такое расположение является стандартным способом управления сильноточными двигателями, подачи тока в сильноточный импульсный регулятор или любой другой системы, требующей большого тока от переключающего элемента.Та же идея суммарных номинальных напряжений на самом деле не применима к серийным МОП-транзисторам по нескольким важным причинам.

МОП-транзисторы серии

не всегда могут выдерживать большее напряжение

При последовательном расположении группа МОП-транзисторов будет работать как один большой МОП-транзистор с гораздо более высоким номинальным напряжением, но таким же номинальным током. Это не всегда получается на практике.

Чтобы понять почему, рассмотрим случай, когда VDD = 100 В в одной из цепей выше. Мы могли бы использовать идентичные полевые МОП-транзисторы с максимальным номинальным напряжением 50 В; при последовательном размещении каждый из них будет испытывать только 50 В, а не полные 100 В.Теперь рассмотрим, что произойдет, если M2 будет включен, а M1 выключен: M1 имеет высокое сопротивление R_off, поэтому он потребляет все 100 В и превышает номинальное значение 50 В, а затем выходит из строя.

МОП-транзисторов в последовательном соединении.

Это должно проиллюстрировать важность цепи возбуждения на первой диаграмме выше: все должно включаться точно в нужный момент. Если вы используете МОП-транзисторы последовательно для управления индуктивной нагрузкой или резонансной нагрузкой резервуара, настоятельно рекомендуется также размещать конденсаторы и некоторую защиту от электростатического разряда (например,g., диод обратного хода), чтобы предотвратить разрушение полевых МОП-транзисторов большим скачком напряжения.

Параллельно, последовательно или и то, и другое?

Не существует жестких правил относительно того, когда следует использовать параллельное или последовательное расположение МОП-транзисторов. Параллельные схемы являются стандартными для систем с высокими требованиями к подаче мощности и быстрой коммутации, например, с ШИМ. Схемы драйверов двигателей являются прекрасными примерами. Между тем, последовательные массивы потребуются для подачи высокого напряжения, а не обязательно высокого тока.Если подумать, вы, безусловно, могли бы использовать комбинацию (несколько последовательно соединенных массивов, все они размещены параллельно), хотя в результате ваша управляющая схема становится очень сложной.

Пример принципиальной схемы, показывающий комбинацию последовательного и параллельного МОП-транзисторов, показан ниже. Я оставил блок на этой диаграмме для цепей нагрузки и возбуждения, последняя из которых может быть очень сложной. Такая система возбуждения потребует некоторой логики и, возможно, быстрого контура обратной связи для правильной работы и обеспечения полного включения каждой ветви последовательности при возбуждении массива.

Пример последовательно-параллельного расположения с одним компонентом нагрузки.

Еще одна опция, которая активируется при последовательном и параллельном включении полевых МОП-транзисторов, — это многофазное переключение. Когда каждый из параллельных МОП-транзисторов управляется с одинаковой частотой ШИМ, но они разделены по фазе, массив ведет себя так, как если бы он управлялся с более высокой частотой. Это один из приемов, позволяющих добиться очень низкого уровня шума в импульсном преобразователе. Хотя вы не можете сделать это с автономным массивом МОП-транзисторов, соединенных последовательно, вы можете объединить последовательные ветви параллельно, чтобы создать фазированные драйверы, как показано выше.

Это очень эффективная уловка для снижения шума в энергосистемах при работе на высокой частоте, например, в ВЧ-источнике питания, где желательна работа на более высокой частоте. Я планирую рассказать о многофазном преобразователе мощности в следующей статье, поскольку эти преобразователи имеют решающее значение для питания малошумящих высокочастотных аналоговых систем, таких как ВЧ-усилители мощности. Это одна из областей преобразования энергии, которая редко обсуждается и требует более сложной схемы управления, но это эффективный метод и стандартная топология во многих системах.

Если вам необходимо спроектировать, смоделировать и скомпоновать ваши системы питания с полевыми МОП-транзисторами, подключенными последовательно или параллельно, используйте полный набор функций проектирования печатных плат, компоновки и моделирования SPICE в Altium Designer®. Если вам нужно изучить электромагнитные помехи от энергосистем, вы можете использовать расширение EDB Exporter, чтобы импортировать проект в полевые решатели Ansys и выполнять ряд симуляций SI/PI. Когда вы закончили свой проект и хотите передать файлы своему производителю, платформа Altium 365™ упрощает совместную работу и совместное использование ваших проектов.

Мы только поверхностно рассмотрели возможности Altium Designer на Altium 365. Начните бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.

Как использовать MOSFET в качестве переключателя

МОП-транзистор (полупроводниковый полевой транзистор с оксидом металла) представляет собой полупроводниковое устройство, которое широко используется для усиления и переключения электронных сигналов. Если мы хотим использовать MOSFET в качестве переключателей, они должны быть смещены таким образом, чтобы они переключались между состояниями насыщения и отсечки.

Это связано с тем, что в области насыщения через устройство протекает постоянный ток, а в области отсечки через устройство не будет протекать ток, просто имитируя поведение замкнутого и разомкнутого переключателя. , соответственно.

Аппаратные компоненты:

Ниже приведены необходимые аппаратные элементы, необходимые для использования MOSFET в качестве переключателя:

Рабочее объяснение

Чтобы использовать MOSFET в качестве переключателя, вы должны сделать его напряжение затвора (Vgs) выше, чем напряжение истока.Если вы подключите затвор к истоку или оба напряжения равны (Vgs = 0), MOSFET отключится. В этой схеме мы подключили клемму стока к VCC с помощью резистора и светодиода. Клемма источника подключается к земле. А к терминалу затвора мы подключили логическое состояние, которое будет постоянно переключать вход, подаваемый на затвор, между высоким и низким.

Чтобы начать симуляцию, нажмите кнопку воспроизведения, расположенную в нижней части окна. Чтобы изменить вход на логическом элементе, щелкните символ логического состояния, и он изменит свое состояние между высоким и низким.Вы также можете подключить генератор импульсов к воротам, если хотите, чтобы состояние менялось автоматически.

Соединения

  1. Откройте программное обеспечение Proteus и выберите необходимые компоненты из библиотеки.
  2. Поместите резистор и светодиод между положительной клеммой аккумулятора и клеммой Drain полевого МОП-транзистора.
  3. Подключите клемму Source MOSFET к GND
  4. Подключите Logicstate к клемме Gate MOSFET.
  5. Теперь запустите моделирование и проверьте схему.

Приложение

  • MOSFET можно использовать для переключения мощного устройства с микроконтроллера, так как мощное устройство не может управляться напрямую с микроконтроллера.

Принципиальная схема

мосфет как переключатель

Как подключить неиспользуемый MOSFET из двухканального N-канального MOSFET?

Как подключить неиспользуемый полевой МОП-транзистор к двухканальному МОП-транзистору N? — Stack Overflow на русском
Сеть обмена стеками

Сеть Stack Exchange состоит из 179 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетите биржу стека
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Зарегистрироваться

Электротехника Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для специалистов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация занимает всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Любой может задать вопрос

Любой может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются на вершину

спросил

Просмотрено 844 раза

\$\начало группы\$

Этот вопрос может быть глупым, но как мне подключить неиспользуемый FET в двухканальный MOSFET?

Я использовал его несколько раз на своей плате, но в одном случае я использовал только один MOSFET.Я хотел бы знать, как мне подключить неиспользуемый? Думаю, мне следует подключить затвор к истоку (через резистор), но как насчет вывода истока?

спросил 4 авг. 2020 г. в 15:43

РВИНРВИН

14111 серебряный знак77 бронзовых знаков

\$\конечная группа\$ 0 \$\начало группы\$

Предполагая, что вы не можете переключиться на один корпус MOSFET, который, вероятно, был бы дешевле, вы можете просто терминировать контакты.

Три варианта:

  1. Если исток используемого вами МОП-транзистора заземлен, соедините все три контакта (затвор/источник/слив) с землей (или даже только затвор и исток). Никаких резисторов не надо.

  2. Если исток другого MOSFET не заземлен, подключите затвор и исток неиспользуемого MOSFET напрямую к истоку используемого MOSFET. Опять же, резистор не требуется.

  3. Оставьте контакты плавающими, но с затвором и источником, связанными вместе.

Нет большой опасности, что что-то будет проводящим, так как схема не похожа на цифровые входы, из-за которых вы можете получить сквозные токи от плавающих входов. Хотя держать ворота и источник связанными вместе не так уж и плохо.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.