क्या एक माइक्रोकंट्रोलर के आउटपुट पिन से MOSFET को चलाना सुरक्षित है?

Question

मैंने अपने MCU से "संतृप्ति मोड" में उन्हें संचालित करके स्विच के रूप में आमतौर पर उपलब्ध BJT जैसे 2N2222 और 2N3904 का उपयोग किया है। हालांकि, मेरा मानना ​​है कि इन प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए, MOSFET एक अधिक उपयुक्त उपकरण है। हालाँकि मेरे कुछ सवाल हैं।

1) क्या MOSFET में "संतृप्ति मोड" है जैसा BJT करता है? क्या यह "संतृप्ति" केवल आधार पर एक उच्च पर्याप्त वोल्टेज प्रदान करके प्राप्त किया गया है जो कि MOSFET पूरी तरह से "चालू" है?

2) क्या MCU से सीधे MOSFET को चलाना सुरक्षित है? मैं समझता हूं कि MOSFET का द्वार एक संधारित्र की तरह व्यवहार करता है, और इसलिए "चार्ज" करते समय कुछ वर्तमान खींचता है, और फिर उसके बाद कोई भी नहीं। क्या यह चार्जिंग चार्ज एमसीयू पिन को नुकसान पहुंचाने के लिए पर्याप्त उच्च है? गेट के साथ श्रृंखला में एक रोकनेवाला रखकर, मैं पिन की रक्षा कर सकता हूं, लेकिन यह स्विच को धीमा कर देगा, जिसके परिणामस्वरूप संभवतः MOSFET द्वारा उच्च गर्मी अपव्यय हो सकता है?

3) विभिन्न कम-बिजली की स्थिति के लिए उपयुक्त एक आम "हॉबीस्ट" MOSFET क्या है? IE, MOSFET 2N2222 या 2N3904 के बराबर क्या है?

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"अधिक उपयुक्त" मुझे मूर्खतापूर्ण लगता है। आमतौर पर BJT सस्ते होते हैं, इसलिए मैं FET का उपयोग केवल तभी करूंगा जब BJT नहीं करेगा।

— Starblue

मैंने आमतौर पर इसके विपरीत किया है: जब तक मुझे BJT की आवश्यकता न हो, MOSFET का उपयोग करें। वे दोनों सस्ते हैं। MOSFET के R_DSON द्वारा बर्बाद की गई शक्ति आमतौर पर BJT के V_CESAT से कम होती है। आप केवल एक MOSFET को स्विच करने के लिए बिजली का भुगतान करते हैं, न कि इसे चालू रखने के लिए, जो ट्रांजिस्टर और इसे चलाने वाले भाग दोनों में बिजली की अपव्यय को कम करता है, खासकर अगर स्विचिंग की कमी हो। MOSFETs आम तौर पर रेल के लिए सभी रास्ते जाते हैं क्योंकि कोई V_CESAT नहीं है। नकारात्मक पक्ष यह है कि एक MOSFET पूरे किनारे पर वर्तमान की निरंतर मात्रा को नहीं खींचता है, क्योंकि यह एक अवरोधक जैसा दिखता है; यह एक कैपेसिटिव लोड स्विचिंग को धीमा कर देता है।

— माइक डेनिमोन

Answer 1

कई बिजली MOSFETs को उच्च-वर्तमान भार के लिए एक उच्च गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे पूरी तरह से चालू हैं। हालांकि तर्क-स्तर के इनपुट के साथ कुछ हैं। डेटा शीट भ्रामक हो सकती है, वे अक्सर सामने वाले पृष्ठ पर 250 एमए वर्तमान के लिए गेट वोल्टेज देते हैं, और आप पाते हैं कि उन्हें 5 ए के लिए 12 वी की आवश्यकता है, कहते हैं।

यदि MOSFET को MCU आउटपुट द्वारा संचालित किया जाता है, तो गेट पर जमीन को रोकने के लिए एक अवरोधक लगाना अच्छा होता है। MCU पिन आमतौर पर रीसेट पर इनपुट होते हैं, और यह गेट को क्षण भर में तैरने का कारण बन सकता है, शायद डिवाइस को चालू करने तक, जब तक कि प्रोग्राम चलना शुरू न हो जाए। आप इसे सीधे MOSFET गेट से जोड़कर MCU आउटपुट को नुकसान नहीं पहुंचाएंगे।

BS170 और 2N7000 आपके द्वारा उल्लिखित BJTs के लगभग बराबर हैं। Zetex ZVN4206ASTZ में 600 एमए की अधिकतम नाली है। मुझे नहीं लगता कि आपको एक छोटा MOSFET मिलेगा जो 3.3V से संचालित हो सकता है, हालांकि।

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2N7000 की अधिकतम धारा 200mA है, जहाँ 2N2222 की अधिकतम धारा ~ 600mA है। क्या उस पड़ोस में कुछ है जो 3.3v MCU के साथ ड्राइव करना आसान है?

— मार्क

@ बरखा यह एक BJT पर दहलीज वोल्टेज के ऊपर से गुजरने जैसा है। दुर्भाग्य से MOSFET के साथ आप घातीय विशेषता नहीं है।

— jpc

मैं SC-70 पैकेज MOSFETs को वर्षों से काम पर 1.8 V चला रहा हूं। जाँच करने के लिए पहला पैरामीटर V_GS (th) है, जैसे मार्क नोट किया गया है। यदि यह n-चैनल या P-चैनल के लिए V_IL है तो यह CMOS इनपुट के लिए V_IH के बराबर है। दूसरे शब्दों में, उस मान को पास्ट करें । एक 2222 समकक्ष की तलाश में, AO3422 (डिजी-की 785-1015-1-एनडी) पाया। 55 V, 2.1A, SOT-23, V_GS (th) का 2.0 V अधिकतम, 1.3 V प्रकार, 3.3 V पर r_DSON का 3.3 V. लागत P2N2222AG जैसी ही है। 500 mA लोड के लिए, 2222 में V_CESAT = 1.0 V (500 mW विच्छेदित) है, और AO3422 में V_DS = 0.065 V (32.5 mW विच्छेदित) है। FET से ठंड

— माइक डेनिमोन

MOSFETs के लिए खरीदारी करते समय याद रखने वाली बात समय से पहले V_DS या I_D को खोजते समय सीमित नहीं है! ये संख्या FET के लिए बहुत अधिक है, क्योंकि आप BJTs के लिए देखने के लिए उपयोग किया जाता है जो एक निश्चित संचालित भार दिया जाता है। ध्यान दें कि AO3422 (V_DS = 55 V, I_D = 2.1 A) समान 2N2222 (V_CE = 50 V, I_C = 0.8 A) के चश्मे की तुलना में बहुत अधिक है; यह दक्षता के कारण है! कारण यह है कि आप "विशिष्ट MOSFETs" नहीं देखते हैं, जैसे आप BJTs या डायोड (1N4148 इत्यादि) के लिए करते हैं, यह है कि MOSFETs बाद में साथ आए, जब अधिक कंपनियां उन्हें बना रही थीं, और प्रतियोगियों के मानक भागों को कॉपी करने के लिए बहुत कम मकसद था। ।

— माइक डिमिसोन

@MikeDeSimone: "चेक करने के लिए पहला पैरामीटर V_GS (th) है, जैसा कि मार्क ने उल्लेख किया है। यह लगभग एक CMOS इनपुट के लिए V_IH के बराबर है यदि n- चैनल, या V -IL एक p- चैनल के लिए। दूसरे शब्दों में, उस मान को ड्राइव करें। " नहीं नहीं नहीं। सभी V_GS (th) का अर्थ है कि आप एक निर्दिष्ट वर्तमान से अतीत प्राप्त करें। MOSFET को "चालू" नहीं माना जाता है जब तक कि डिवाइस में निर्दिष्ट धाराओं पर पूरी तरह से प्रतिरोधक व्यवहार न हो। इसके लिए V_GS (th) की तुलना में अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है, और आमतौर पर यह निर्दिष्ट नहीं किया जाता है जब तक कि गारंटीकृत रेन स्पेक्स, कहीं 4.5V-10V रेंज (कभी-कभी कम वोल्टेज पर) में निर्दिष्ट नहीं होता है।

— जेसन एस

Answer 2

यह सुरक्षित है - सामान्य रूप से - और यह काम करेगा यदि आप "तर्क स्तर" MOSFET का चयन करते हैं। ध्यान दें कि "तर्क स्तर" बिल्कुल मानकीकृत शब्द नहीं लगता है, और यह आवश्यक रूप से विक्रेता साइटों पर पैरामीट्रिक खोज में एक पैरामीटर के रूप में दिखाई नहीं देगा, और न ही यह आवश्यक रूप से डेटा शीट में दिखाई देगा । हालाँकि, आप पाएंगे कि तर्क-स्तर MOSFETs में अक्सर भाग संख्या में एक "L" होता है, उदा: IR540 (गैर तर्क स्तर) बनाम IRL540 (तर्क स्तर)। बड़ी बात यह है कि डेटा शीट में देखें और वीजीएस (थ्रेसहोल्ड) मान की जांच करें और उस ग्राफ को देखें जो वर्तमान प्रवाह बनाम वीजीएस दिखाता है। यदि VGS (थ्रेशोल्ड) 1.8V या 2.1V या ऐसा ही है, और ग्राफ पर "घुटने का झुकाव" लगभग 5 वोल्ट पर है, तो आपके पास मूल रूप से एक तर्क-स्तर MOSFET है।

एक तर्क-स्तर MOSFET पर चश्मा कैसा दिखता है, इस उदाहरण के लिए, इस डेटाशीट की जाँच करें:

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

चित्र 3 वह ग्राफ है जिसका मैं उल्लेख कर रहा था।

उस सभी ने कहा, मैं देखता हूं कि बहुत से लोग अभी भी माइक्रो-नियंत्रक और MOSFET के बीच ऑप्टो-आइसोलेटर का उपयोग करने की सलाह देते हैं, बस अतिरिक्त सुरक्षित होने के लिए।

Answer 3

पुन: संतृप्ति: हाँ, लेकिन यह भ्रामक रूप से संतृप्ति नहीं कहा जाता है (जो वास्तव में द्विध्रुवी संक्रमण में रैखिक क्षेत्र से मेल खाती है)। इसके बजाय, डेटाशीट्स और रेटेड ऑन-रेससन को देखें, जो प्रत्येक भाग के लिए एक निश्चित गेट-सोर्स वोल्टेज पर निर्दिष्ट है। MOSFET आमतौर पर निम्नलिखित में से एक या अधिक पर निर्दिष्ट होते हैं: 10V, 4.5V, 3.3V, 2.5V।

मैं सर्किट में दो रेसिस्टर्स लगाता हूं : एक गेट से जमीन तक, जैसा कि लियोन ने उल्लेख किया है (वास्तव में मैं इसे एमसीयू आउटपुट से ग्राउंड में डालूंगा), और एमसीयू आउटपुट और गेट के बीच एक और, एमसीयू को बचाने के लिए। मामले में MOSFET की गलती है।

इस ब्लॉग प्रविष्टि पर अधिक चर्चा ।

MOSFET का उपयोग करने के लिए के रूप में, वहाँ वास्तव में 2N3904 / 2N2222 के समानांतर नहीं है।

2N7000 संभवत: वहां सबसे आम और सस्ता FET है। अन्य जेलीबीन एफईटी के लिए, मैं फेयरचाइल्ड FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P को देखूंगा।

अगले चरण के लिए (उच्च शक्ति स्तर), मैं TO-220 में दोनों IRF510 (100V), या IRFZ14 (60V) को देखूंगा, हालांकि ये 10V गेट-सोर्स पर बेसिक FETs स्पेक हैं। लॉजिक-लेवल FETs (IRL510, IRLZ14) में RSS 4.5V गेट-सोर्स पर निर्दिष्ट किया गया है।

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MCU पिन से गेट तक के अवरोधक का उपयोग स्विचिंग एज को धीमा करने, रिंगिंग, ओवरशूट और EMI को कम करने के लिए भी किया जाता है। 10 ओम एक विशिष्ट मूल्य है।

— माइक डेनिमोन

Answer 4

प्रश्न 3 के उत्तर में, मैंने पाया कि फेयरचाइल्ड FQP30N06L तर्क स्तर पर MCU से उच्च शक्ति डिवाइस को चलाने के लिए आदर्श है। यह सस्ता नहीं है (0.84 GPB) लेकिन मेरे जैसे आलसी n00bs के लिए बहुत अच्छा है। मैं उन्हें 12V आरजीबी एलईडी लाइट स्ट्रिप्स की आपूर्ति के लिए उपयोग कर रहा हूं।

कुछ आँकड़े:

Vdss Drain-Source Voltage: 60 V
Id Drain Current: Continuous (TC = 25°C) 32 A
                  Continuous (TC = 100°C) 22.6 A
Vgss Gate-Source Voltage: ± 20 V
Vgs(th) Gate Threshold Voltage: 1.0--2.5 V

इसलिए, रास्पबेरी पाई का 3.3v 2.5 वी ऊपरी गेट थ्रेसहोल्ड से ऊपर है, जो यह सुनिश्चित करेगा कि नाली पूरी तरह से खुला है।

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इसे सीधे MCU से न चलाएं। गेट कैपेसिटेंस के कारण टर्नऑन / टर्नऑफ समय बहुत लंबा होगा, और आप एमसीयू को किसी भी दोष से बचा नहीं रहे हैं।

— जेसन एस

अधिक गंभीरता से, सिर्फ इसलिए कि 3.3V गेट थ्रेसहोल्ड से ऊपर है, इसका मतलब यह नहीं है कि स्विच पूरी तरह से चालू है। इसका मतलब यह है कि वर्तमान को किसी दिए गए सीमा से ऊपर होने की गारंटी है (FQP30N06L के लिए 250uA)। FQP30N06L को कम से कम 5V के वोल्टेज से संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो कि न्यूनतम वोल्टेज है जो वे प्रतिरोध पर निर्दिष्ट करते हैं। इससे कम कोई भी हो, और Vgs सीमा के 250uA वर्तमान से परे डिवाइस के व्यवहार के बारे में आपकी कोई गारंटी नहीं है।

— जेसन एस

हाय जेसन, मेरी अज्ञानता को क्षमा करें। मैं उन विनिर्देशों में नहीं देखता जहाँ 5V को न्यूनतम के रूप में दिया जाता है। ग्राफ डेटा से पता चलता है कि गेट पर ~ 3.3 वी नाली @ 25 वी पर> 10 ए के लिए अनुमति देता है, जो मेरे उद्देश्यों (5 ए @ 12 वी) के लिए आदर्श है। सुरक्षा के लिए, मैंने गेट और ग्राउंड के बीच 10KΩ का रिसिस्टर लगाया है और MCU पिन और गेट के बीच एक समान आकार के रिस्टिस्टर लगाने का इरादा है। क्या यह पर्याप्त होगा?

— एलेस्टेयर मैककॉर्मैक

"ग्राफ़ डेटा दिखाता है ..." किसी डेटा पत्रक में वर्णांकन ग्राफ़ डेटा लगभग हमेशा विशिष्ट प्रदर्शन का प्रतिनिधित्व करता है , सबसे खराब स्थिति में नहीं। दूसरे शब्दों में, यह औसत व्यवहार है, चरम नहीं है, और आप सभी उपकरणों के लिए मान्य होने पर भरोसा नहीं कर सकते। वे इसे बिल्कुल शामिल करने का कारण यह है कि रिश्तेदार व्यवहार (वर्तमान गेट वोल्टेज में वृद्धि और नाली वोल्टेज में वृद्धि के साथ ऊपर जाता है) सार्वभौमिक है ... आप केवल संख्याओं पर भरोसा नहीं कर सकते।

— जेसन एस

पृष्ठ 2 ("लक्षण पर") देखें - यह आपको RDS के लिए Vgs = 10V (35mohm अधिकतम) और Vgs = 5V (45 mohm max) के साथ दो ऐनक देता है। जहां तक सुरक्षा के रूप में अच्छी तरह से ..., मेरे आलेख देखें embeddedrelated.com/showarticle/77.php - अधोगामी बाधा काफी अधिक है, आमतौर पर 100K हो सकता है - 1 मी ठीक है। लेकिन आपको वास्तव में 3.3V तर्क से गेट ड्राइविंग सर्किट की आवश्यकता है। यह गारंटी देने के लिए आवश्यक वोल्टेज नहीं है कि FQP30N06L चालू हो जाएगा। कुछ उपकरणों में 3.3V (या अभी भी निरंतर-वर्तमान सीमा में हो सकता है) के परिणामस्वरूप काफी अधिक Rdson हो सकता है और परिणामस्वरूप गर्म हो सकता है।

— जेसन एस