MOSFET de canal N y caída de tensión

Question

Editar/añadir - RM: Véase la pregunta anterior de Karl del pasado 20 de diciembre DS1822 Sensor de 1 hilo, potencia parásita y circuito de pull-up fuerte que da una explicación muy clara de lo que realmente pretende conseguir. El siguiente material está relacionado con su intento de entender el requisito de tiro fuerte del lado alto del CI en cuestión. < /edit >

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He estado mirando muchos de los posts con MOSFET en ellos, pero no puedo encontrar exactamente lo que estoy buscando. Disculpas de antemano si esto es una pregunta común o duplicado.

He obtenido un MOSFET de canal N (IRLB8721PBF-ND) ( http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlb8721pbf.pdf ) para utilizarlo como MOSFET de nivel lógico.

Para probar el comportamiento que espero ver con una MCU de 3,3v, conecté la puerta a una fuente de alimentación de 3,3V con una resistencia de 10k ohmios. El Drenaje fue conectado a la misma fuente de alimentación de 3.3V y la Fuente fue conectada a una resistencia de 360 ohmios a través de un LED a tierra.

El comportamiento que vi con respecto a la tensión no era lo que esperaba. Parece que el voltaje medido en el Drenaje es de 3,3V (esperado) y en la Fuente es de 1,65V (no esperado).

Desconectando el LED y la resistencia limitadora de corriente, la fuente llega a 1,93V.

Lo que estoy tratando de determinar es si la caída de voltaje de 1V+ que estoy viendo se debe al máximo de voltaje delantero del MOSFET de 1V, o si hay algo más en juego aquí.

La intención de utilizar el MOSFET es, en última instancia, utilizarlo para conectar directamente un dispositivo parásito de 1 hilo al raíl de alimentación durante las operaciones intensivas de corriente para mantener el nivel necesario de ~2,8V.

Esto me demuestra que la configuración que tengo ahora no funcionaría. Si mi suposición es correcta, ¿existen MOSFETs de "nivel lógico" que tengan una caída de tensión hacia delante casi despreciable?

Si mi suposición es incorrecta, entonces tal vez he cableado algo incorrectamente y esta configuración todavía podría funcionar.

Además, he visto recomendaciones para colocar una resistencia limitadora de corriente entre la puerta del MOSFET y un pin de la MCU para evitar niveles altos de corriente que puedan volver a pasar. Con la resistencia pull-down de 10k ya existente desde la puerta, ¿no crearía esto un divisor de tensión? Creo que ese es el comportamiento que vi en un momento anterior de mi experimentación.

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Este esquema muestra un circuito modificado basado en la solicitud de mover el LED y la resistencia a Vcc y el drenaje. Originalmente, ambos estaban ubicados entre el Drenaje y tierra. Supongo que en este punto tengo alguna confusión sobre el lado alto / lado bajo y por qué esto ahora funciona. Mi intención real para el circuito es utilizar el mismo esquema pero en lugar de un LED / Resistor, el MOSFET se utilizará para proporcionar un aumento de la tensión para un puerto de drenaje abierto en un MCU conectado a un dispositivo parásito 1-Wire.

Este es el esquema que quiero hacer con el MOSFET. Viene de las propias hojas de datos de Maxim.

Answer 1

Ha recibido una gran cantidad de aportaciones útiles relacionadas con la pregunta que formuló y que serán de ayuda para otros que lean estas respuestas en el futuro.

Sin embargo, has hecho perder el tiempo a la gente y te has confundido a ti mismo porque has dicho lo que creías que tenías que hacer para solucionar tu problema en lugar de decirle a tu gente cuál es tu problema. Aunque hay algunas coincidencias, las respuestas que se han dado se refieren principalmente a cosas que usted no está tratando de hacer. Aunque en cierto modo se refieren a lo que usted está tratando de hacer, el diagrama que usted proporcionó no tendría casi ningún sentido en la mayoría de los contextos y NO está haciendo lo que parece estar haciendo.

Lección: "Díganos qué es lo que realmente quiere hacer y le diremos la mejor manera de hacerlo".

Una pregunta real: Ver Hoja de datos de Maxim DS1822 -
PÁGINA 5 - ALIMENTACIÓN DEL DS1822 y
página 6 ALIMENTACIÓN DEL DS1822 CON PARASITO DURANTE LA TEMPERATURA

En el diagrama relacionado abajo Vpu es un "pullup débil" y el FET es un "pullup fuerte".
Cuando el pin Vdd está conectado a tierra, la energía de la fuente de alimentación puede ser proporcionada a través de la línea DQ y se almacena en un condensador interno Cpp (alimentación parásita C). Durante la mayor parte del funcionamiento, la alimentación "parásita" proporciona suficiente corriente Ipp a un voltaje aceptable para alimentar el CI. Durante algunas operaciones Ipp es inadecuada y el iC debe ser alimentado a través de Vdd o a través de una fuente de corriente más alta (ver hoja de datos página 5). Durante estas operaciones de alta corriente, el FET se enciende para proporcionar una corriente de alimentación adicional. Esta alimentación de baja resistencia sujeta el bus a un nivel alto y evita que sea utilizado para la señalización por otros CI en el bus, por lo que el "pullup fuerte" se activa sólo durante el tiempo necesario.

SO:

Necesitas un FET para el pullup, necesitas un FET de lado alto, esta necesidad se satisface de forma más sencilla con un FET de canal P - todo como aconsejan otros.

Como Vmicrocontrolador (Vmcu) es >= V1_wire_bus, el FET no se está utilizando como convertidor de nivel sino como interruptor de alimentación del lado alto.

Elegir un MOSFET:

La conexión de un MOSFET de canal P adecuado, como se muestra en el diagrama, cubrirá la necesidad. Muchos FETs harán el trabajo.

Rdson / Sobre la resistencia: El MOSFET debe tener una resistencia de encendido = Rdson lo suficientemente baja para la tarea.
Un MOSFET que cayera 0,1V a 2 mA probablemente sería suficiente
Rdson = Vdrop / Iload =
\= 0,1v/2 mA = 50 Ohms.
Tendrá una inmensa dificultad para comprar un FET de canal P con Rds = 50 ohmios = los disponibles normalmente son de 50 a 5000 veces MEJOR (Rdson más bajo), es decir, de 1 ohmio a, digamos, 10 miliOhmios, es decir, CUALQUIER MOSFET de canal P que cumpla con otras especificaciones tendrá un Rdson aceptable

Tensión de funcionamiento de la puerta = Vth o Vgsth:
Vth o Vgsth debe ser << Vcpu.
es decir, el uP debería conducir fácilmente el MOSFET.
Un uP de 3,3V SÓLO hará funcionar un MOSFET donde Vth = 3V.
El funcionamiento será mejor a Vgsth = 2,5V
y mejor de nuevo a 2V. Más bajo de nuevo no hace daño.

Vds_max > digamos 10V está bien - 20V o 30V mejor. > 30V OK.
Ids_máx es tan bajo que se puede cumplir con cualquier cosa.

El horrible BSS184 - hoja de datos aquí es de 20 centavos en 1 en Digikey y hace el trabajo bastante bien. Digikey y otros tienen muchos más que harán un mejor trabajo - pero no es necesario aquí.

Answer 2

Aquí hay una prueba combinatoria para la reformulación de J.M. (después de dividir $n!$ ):

$$\sum\limits_{k=0}^n \binom{n+k}{k} 2^{n-k}= 4^n.$$

Supongamos que se lanza una moneda hasta obtener $n+1$ cabezas o $n+1$ cruz. Después de que "gane" la cara o la cruz, sigue volteando hasta que tenga un total de $2n+1$ de la moneda. Los dos bandos cuentan el número de formas en que gana la cara.

Para el lado izquierdo : Condición del número de colas $k$ obtenido antes de la cabeza $n+1$ . Hay $\binom{n+k}{k}$ maneras de elegir las posiciones en las que estos $k$ colas se produjeron desde el $n+k$ opciones totales, y luego $2^{n-k}$ posibilidades para las tiradas restantes después de la cabeza $n+1$ . La suma arroja el lado izquierdo.

Para el lado derecho : Las cabezas ganan en la mitad del número total de secuencias; es decir, $\frac{1}{2}(2^{2n+1}) = 4^n$ .

Answer 3

El mosfet se controla mediante una tensión aplicada entre los pines de la puerta y la fuente.
Para un N-mosfet la puerta debe ser más positiva que la compuerta.

Ahora vamos a examinar lo que está tratando de hacer.

Cuando la puerta está conectada a tierra el mosget está apagado por lo que no hay corriente a través de R5 y la fuente está a 0v.
Cuando aplicas 3,3v a la puerta entonces aplicas un Vgs de 3,3v PERO tan pronto como el mosfet empieza a conducir el voltaje en la fuente se eleva (se vuelve más positivo) y a medida que se eleva Vgs se vuelve más y más bajo (ya que Vgs está referenciado a la fuente y no a la tierra) hasta que el mosfet alcanza un equilibrio. Ese punto de equilibrio está relacionado con Vgs-th (por lo que será diferente para cada mosfet) y mantendrá el mosfet en un estado medio abierto.
Hay dos fuerzas que mantienen este equilibrio, si el mosfet trata de conducir más entonces la fuente se volverá más positiva y Vgs disminuirá, si por el contrario trata de conducir menos entonces Vgs aumentará.

Para evitar este problema con un N-mosfet como conmutador del lado de alta hay que utilizar una fuente de alimentación aislada que se aplicará entre la fuente y la puerta y añadirá sobre la tensión existente o una tensión más alta de la que está conectada al drenaje (si no está disponible se puede generar con un circuito bootstrap).

En tu caso particular la mejor solución es simplemente usar un Pmosfet como ha sugerido Ignacio Vázquez-Abrams.

En cuanto a la resistencia de puerta, no es realmente necesaria para el funcionamiento estático (a diferencia del PWM rápido). El mosfet se comporta como un condensador, necesita cargarse para encenderse y descargarse para apagarse. En cuanto se enciende (o se apaga) no consume corriente. La capacitancia es de aproximadamente 1nF según la hoja de datos.