额定1.5V的MOSFET对1.8V的栅极输入无反应


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我并不是真正的电子专家,而是软件工程师(如果我问的是愚蠢的问题,请谅解)。

我正在尝试使用额定值为1.8V的微控制器GPIO输出。当此引脚变为高电平时,我要启用12V继电器。我正在使用FreetronicsN沟道MOSFET

MOSFET的规格可在此处找到。

出于某种原因,尽管指定的最小电压为1.5V,但1.8V似乎不足以驱动MOSFET。我尝试了使用1.5V AA电池的独立设置,但也无法使用。但是,如果我在相同的设置下施加3.3V,它就可以工作(只是这样您就可以知道我的接线是可以的)。

不幸的是我的微控制器(Intel Edison)只有1.8V GPIO。

我想念什么吗?我该如何工作?我应该使用其他MOSFET吗?如果是这样,哪一个?

非常感谢您的帮助。

Answers:


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遗憾的是,此设置无法正常工作。如果仔细检查数据表,它会指出MOSFET的阈值电压保证在1.5V至2.5V之间,典型值为1.8V。

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即使假设您很幸运,并且您有一个阈值为1.5V的标本(最适合您),这并不意味着MOSFET在其Vgs电压达到该值时就神奇地导通。这是使MOSFET几乎不能导通所需的最低电压:在数据手册的那一行中,您会注意到阈值电压的指定值为Id的不足250μA。该电流水平不足以可靠地操作普通继电器。

注意:(如@SpehroPefhany在评论中指出的),这些是25°C时的值。如果环境温度较低(例如,冬天,寒冷的气候,放置在冷室中的电路),则该Vgs的电流将更小,直到MOSFET预热!

要将MOSFET用作闭合开关,必须将其驱动到ON区域,尤其是在欧姆区域,即,输出特性中表现为(小值)电阻的那部分:

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如您所见,所示曲线对应于较高的Vgs值(约2.8V或更高)。您可以通过查看Rds(on)图更好地理解该问题,即“开关的电阻”:

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从右边的图表中,您可能会看到Rds(on)随电流变化不大,但是左边的图表讲述了另一个故事:如果将Vgs降低到〜4V以下,电阻会急剧增加。

总结:此MOSFET不能仅以1.8V导通。至少您应提供足够的Vgs以使其在最坏的情况下导通,即Vgs(TH)= 2.5V。您的3.3V实验证实了这一点。


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+1值得一提的是,仅保证2.5V电压可为您提供250uA(冷时就更少了!),这远远不足以可靠地操作继电器。
Spehro Pefhany 2015年

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@SpehroPefhany感谢您的反馈,这使我意识到我可以更加强调这件事,因为它很重要。我将更新我的答案。
Lorenzo Donati-Codidact.org

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@Lorenzo解释了为什么这对他不起作用,如果它起作用了,那将是微不足道的,这可能会更糟。

合适的MOSFET(AO3416)的规格如下所示:

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Ω

通常,您应该使用Vgs(th)来确定MOSFET何时大部分关闭,并使用指定Rds(on)的电压来确定何时大部分打开。


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数据表中的图2和图3如下所示。

请注意,在图2中,对于小于约2伏特的Vgs,漏极电流将接近于零,而对于3伏特的Vgs,通道将得到很好的增强。

这与您的实验一致,表明您需要在栅极上施加更多电压才能使电路正常工作,

图3显示了Rds(on)如何随着Vgs的下降而迅速上升到很高的值,即使Id为20安培,曲线的斜率在您的电路中也将相似,最终效果是当Vgs变得足够低时,与继电器线圈和直流电源串联的Rds(on)将上升到足够高的值,从而将通过继电器线圈的电流限制到无法激活的地步。

由于您不需要栅极驱动来确保Rds(on)足够低以允许继电器工作,因此可以说,最简单的解决方法是用豆形双极晶体管代替MOSFET并驱动晶体管的基极。晶体管通过带有1.8伏信号的电阻器。

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其他答案很好地解释了为什么问题中的FET不起作用。我将专注于解决方案。

一种是使用为此目的而设计的FET。例如FDN327N

另一种廉价,易于获取且可靠的解决方案是使用普通的NPN双极结型晶体管。

原理图

为了确定合适的电阻,请找到继电器的最小电阻Rlmin和12V电源的最大值(例如V12max = 13.6V),从而得出集电极中的最大电流Ic = V12max / Rlmin(将饱和电压作为工程裕度) 。求出该电流下处于饱和状态的NPN晶体管的最小增益(在合理的范围内而不是过于保守;严格来说,BC848C数据表仅保证饱和时的最小增益Gmin为20,但是C级5V的Vce 420分钟可能给我们足够的信心以使用G = 50。我们应该以基极为目标的最小电流为Ib = Ic / Gmin。然后,我们必须考虑最小电源电压V1_8min装置驱动DATA端口的,减去额定压差Vdrop时上下负载1b中,另一个0.75V左右当V数据端口的高侧FET的最大BE(ON)在Ic达到饱和,最大电阻为Rmax =(V1_8min-Vdrop-V BE(ON))/ Ib。

如果V1_8min-Vdrop-V BE(ON)为负,则我们需要对总和中的三个值进行较不保守的估计,这可以由较不保守(增加)的Gmin来帮助,该I减小Ib。

我们还必须确保DATA端口中的电流不超过其最大额定值(为此,我们必须考虑最大V1_8,最小高端压降和V BE)。如果超过该值,我们必须增加电阻,并证明不那么保守的估计值(尤其是对Gmin的估计值)。


你错过了我回答的最后一句话吗?
EM Fields 2015年

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@EM Fields:我承认我确实错过了您的建议,并继续解释了您的建议;详细信息。俗话说,重复是网络的本质。
fgrieu
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