从微控制器的输出引脚驱动MOSFET是否安全？

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我通过在我的MCU的“饱和模式”下操作它们，将2N2222和2N3904等常用BJT用作开关。但是我相信，对于这类应用，MOSFET是更合适的器件。我有几个问题。

1）MOSFET是否像BJT一样具有“饱和模式”？通过仅在MOSFET完全“导通”的基础上提供足够高的电压就可以实现这种“饱和”吗？

2）从MCU直接驱动MOSFET是否安全？我知道MOSFET的栅极的行为就像一个电容器，因此在“充电”时会汲取一些电流，此后没有。充电电流是否高到足以损坏MCU引脚？通过将一个电阻与栅极串联，我可以保护该引脚，但这会降低开关的速度，可能导致MOSFET的高散热？

3）什么是适用于各种低功耗情况的常见“爱好者” MOSFET？IE，相当于2N2222或2N3904的MOSFET是什么？

microcontroller mosfet

— 标记
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“更合适”对我来说听起来很愚蠢。通常BJT便宜，所以只有在BJT不这样做的情况下，我才使用FET。

— starblue 2011年

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我通常做相反的事情：除非需要BJT，否则请使用MOSFET。他们俩都很便宜。MOSFET的R_DSON浪费的功率通常小于BJT的V_CESAT。您仅需支付功率即可开关MOSFET，而无需保持导通，这会降低晶体管和驱动它的部分的功耗，尤其是在不频繁开关的情况下。由于没有V_CESAT，因此MOSFET通常会一直到达电源轨。缺点是MOSFET不会像整个电阻一样在整个边缘上产生恒定的电流。这减慢了电容性负载的切换。

— Mike DeSimone

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许多功率MOSFET对于高电流负载都需要高栅极电压，以确保它们完全导通。但是，有些具有逻辑级别的输入。数据表可能会引起误解，它们通常在首页提供250 mA电流的栅极电压，例如，您发现5A需要12V。

如果MOSFET由MCU输出驱动，则最好在栅极上将电阻接地。MCU引脚通常是复位时的输入，这可能导致门极暂时浮空，也许会导通器件，直到程序开始运行。将其直接连接到MOSFET栅极不会损坏MCU输出。

BS170和2N7000大致相当于您提到的BJT。Zetex ZVN4206ASTZ的最大漏极电流为600 mA。不过，我认为您不会找到可以从3.3V驱动的小型MOSFET。

— 莱昂·海勒
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2N7000的最大电流为200mA，其中2N2222的最大电流为〜600mA。该社区中有什么东西可以通过3.3v MCU轻松驱动吗？

— 标记

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@马克·巴里（Mark Barely）。就像刚超过BJT上的阈值电压一样。不幸的是，使用MOSFET时，您没有指数特性。

— jpc 2011年

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多年来，我一直在以1.8 V的电压驱动SC-70封装MOSFET。就像Mark指出的那样，要检查的第一个参数是V_GS（th）。如果是n通道，则大致相当于CMOS输入的V_IH；如果是p通道，则大致等于V_IL。换句话说，超越那个值。寻找2222等效物，找到了AO3422（Digi-Key 785-1015-1-ND）。55V，2.1A，SOT-23，最大2.0V的V_GS（th），1.3V（典型值），3.3V时的r_DSON为130毫欧。成本与P2N2222AG相同。对于500 mA负载，2222的V_CESAT = 1.0 V（耗散500 mW），而AO3422的V_DS = 0.065 V（耗散32.5 mW）。FET运行冷。

— Mike DeSimone

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购买MOSFET时要记住的一点不是搜索时过早限制V_DS或I_D！对于FET，这些数字要比您在给定的驱动负载下通常看到的BJT高得多。请注意，AO3422（V_DS = 55 V，I_D = 2.1 A）远高于类似2N2222（V_CE = 50 V，I_C = 0.8 A）的规格；这是由于效率！之所以看不到像BJT或二极管（1N4148等）那样的“典型MOSFET”，是因为MOSFET后来出现了，当时有更多的公司制造它们，而复制竞争对手标准零件的动机却少得多。

— Mike DeSimone

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@MikeDeSimone：“要检查的第一个参数是V_GS（th），就像Mark指出的那样。如果是n通道，则大致等于CMOS输入的V_IH；如果是p通道，则大致等于V_IL。换句话说，驱动该值。 ” 不不不。V_GS（th）的全部意思是您超过了指定的电流。直到该器件在指定的电流范围内具有完全的电阻特性时，才将MOSFET视为“导通”。这需要比V_GS（th）更高的电压，并且通常只有在保证的Rdson规格（在4.5V-10V范围内的某个地方（有时在较低的电压下））时才指定。

— 杰森·S

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一般而言，它是安全的，并且如果您选择“逻辑电平” MOSFET，它将可以正常工作。需要注意的是“逻辑电平”似乎并不为准确规范的术语，它不一定会显示为在供应商网站的参数搜索参数，也不会必然在数据表中显示出来。但是，您会发现逻辑电平MOSFET的零件编号通常带有“ L”，例如：IR540（非逻辑电平）与IRL540（逻辑电平）。最重要的是查看数据表并检查VGS（阈值）值，然后查看显示电流与VGS的关系图。如果VGS（阈值）约为1.8V或2.1V左右，并且图形上的“拐点”约为5伏，则基本上就是一个逻辑电平MOSFET。

有关逻辑电平MOSFET规格的示例，请查看此数据表：

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

图3是我所指的图形。

综上所述，我看到很多人仍然建议在微控制器和MOSFET之间使用光隔离器，以确保安全。

— 犯罪
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关于：饱和度：是的，但是没有令人迷惑的称为饱和度（实际上对应于双极晶体管中的线性区域）。取而代之的是查看数据手册和额定导通电阻Rdson，这是在每个器件的某个栅极-源极电压下指定的。MOSFET通常指定以下一项或多项：10V，4.5V，3.3V，2.5V。

我将两个电阻器放入电路中：一个电阻器（如Leon所言，从栅极接地）（实际上我将其从MCU输出接地），另一个在MCU输出与栅极之间，以保护MCU中的电阻。如果MOSFET有故障。

有关此博客条目的更多讨论。

至于要使用哪种MOSFET，实际上与2N3904 / 2N2222没有任何相似之处。

2N7000可能是最普通和最便宜的FET。对于其他豆形场效应管，我将看看Fairchild FDV301N，FDV302P，FDV303N，FDV304P。

对于下一个步骤（更高的功率水平），我将研究TO-220中的IRF510（100V）或IRFZ14（60V），尽管这些都是在10V栅极-源极规格的基本FET。逻辑级FET（IRL510，IRLZ14）的Rdson指定为4.5V栅极-源极。

— 杰森·S
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MCU引脚到栅极之间的电阻器还用于减慢开关沿，以减少振铃，过冲和EMI。典型值为10欧姆。

— Mike DeSimone

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在回答问题3时，我发现Fairchild FQP30N06L非常适合以逻辑电平从MCU驱动高功率器件。这并不便宜（0.84 GPB），但是对像我这样的懒惰n00b来说很棒。我正在使用它们提供12V RGB LED灯条。

一些统计：

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

因此，Raspberry Pi的3.3v高于2.5V的上栅极阈值，这将确保漏极完全打开。

— 阿拉斯泰尔·麦考马克
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不要直接从MCU驱动它。由于门极电容，导通/关断时间将非常长，您无法保护MCU免受任何故障的影响。

— 杰森·S

更严重的是，仅仅因为3.3V高于栅极阈值，这并不意味着开关是完全导通。这意味着电流可以保证高于给定阈值（对于FQP30N06L为250uA）。FQP30N06L设计为由至少5V的电压驱动，这是它们指定导通电阻的最小电压。低于此值的任何器件，您都无法保证超出Vgs阈值的250uA电流的任何设备行为。

— 杰森·S

嗨，JasonS，请原谅我的无知。我没有在规格中看到最低电压为5V。图形数据表明，栅极上的〜3.3V电压在25V的漏极上允许> 10A的电流，这对我而言是理想的选择（12A时为5A）。为了保护起见，我在栅极和接地之间放置了一个10KΩ电阻，并打算在MCU引脚和栅极之间放置一个类似大小的电阻。这足够了吗？

— Alastair McCormack

“图形数据显示...”数据表中的特性图形数据几乎总是代表典型性能，而不是最坏情况。换句话说，这是平均行为，而不是极端行为，您不能依靠它对所有设备都有效。它们之所以包含它，是因为相对行为（电流随着栅极电压的增加和漏极电压的增加而上升）是普遍的……您只是不能依靠数字。

— 杰森·S

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请看第2页（“特性”）-它为您提供了两个规范，分别是Vgs = 10V（最大35mohm）和Vgs = 5V（最大45mohm）。至于保护...好吧，请参阅我的文章Embeddedrelated.com/showarticle/77.php-下拉电阻可以相当高，通常100K-1M可以。但是您确实需要使用3.3V逻辑的栅极驱动电路。它没有必要的电压来保证FQP30N06L将被打开。有些设备在3.3V时的Rdson可能会高很多（或者可能仍在恒定电流范围内），结果会导致过热。

— 杰森·S