1.5 V-nominal MOSFET no reaccionar ante una puerta de entrada de 1.8 V

Question

Yo no soy realmente un especialista en electrónica, pero un ingeniero de software (por lo de las excusas que si yo 'm de hacer preguntas estúpidas).

Estoy tratando de utilizar un microcontrolador GPIO de salida nominal de 1.8 V. Cuando este pin se convierte en alto, quiero activar un relé de 12V. Estoy usando un N-MOSFET de canal de freetronics

Las especificaciones para el MOSFET se puede encontrar aquí.

Por alguna razón el 1.8 V parecer insuficiente para impulsar el MOSFET aunque no se especifica de 1.5 V min. He intentado una instalación independiente mediante un 1,5 V AA batería y que no funciona bien. Pero si puedo aplicar 3.3 V con la misma configuración, funciona (solo para que lo sepas mi cableado está bien).

Por desgracia, mi microcontrolador (Intel Edison) sólo tiene 1,8 V GPIOs.

Me estoy perdiendo algo? ¿Cómo puedo hacer que esto funcione? Debo usar un diferente MOSFET? Y si es así, ¿cuál?

Su ayuda es muy apreciada.

Answer 1

Lamentablemente esta instalación no funcionará. Si usted examina la hoja de datos cuidadosamente indica que el MOSFET tiene una tensión umbral que está garantizado para estar entre 1.5 V y 2.5 V, 1.8 V, típico.

Incluso suponiendo que tienes suerte y tienes una muestra cuyo umbral es de 1.5 V (mejor caso), eso no significa que el MOSFET por arte de magia se enciende cuando su voltaje Vgs llega a ese valor. Esa es la mínima tensión necesaria para hacer que el MOSFET apenas conducta: en esa línea de la hoja de datos se puede observar que la tensión de umbral especificado en la escasa 250µA de Id. Ese nivel de corriente es suficiente para hacer funcionar un común relé de forma fiable.

Nota: (como se ha señalado por @SpehroPefhany en un comentario) estos son los valores a 25°C. Si la temperatura ambiente es más baja (por ejemplo, el invierno, el frío clima, el circuito se colocan en los cuartos fríos) la corriente en ese nivel de Vgs será aún más pequeño hasta el MOSFET se calienta!

Para utilizar un MOSFET como interruptor cerrado se debe conducir en la región, y específicamente en el óhmico de la región, es decir, que parte de las características de salida donde se comporta como una (pequeña) el valor de la resistencia:

Como se puede ver, las curvas que se muestran corresponden a los más altos valores de Vgs (~2.8 V o superior). Usted puede apreciar mejor el problema buscando en la Rds(on) el gráfico, es decir, "la resistencia del interruptor":

A partir de la gráfica de la derecha se puede ver que la Rds(on) no varían mucho con la actual, pero el gráfico de la izquierda se lo dice a otra historia: si baja Vgs en ~4V usted recibe un fuerte aumento en la resistencia.

Para resumir: este MOSFET no se puede activar con un simple 1.8 V., Al menos, usted debe proporcionar suficiente Vgs para hacer de la conducta en el peor de los casos, es decir, Vgs(TH)=2.5 V. Y esto es confirmado por el experimento en 3.3 V.

Answer 2

@Lorenzo ha explicado por qué no es trabajo para él, y si lo hizo el trabajo sería marginal, lo que podría considerarse peor.

Aquí es lo que una especificación para un adecuado MOSFET (AO3416) se ve así:

La Rds(on) está garantizada en el 1,8 V Vgs, y en 34m\$\Omega\$, incluso si es un poco mayor debido a la tolerancia en el 1,8 V suministro o la temperatura, todavía un montón de unidad para un relé de 12V.

En general, usted debe utilizar Vgs(th) para determinar cuando el MOSFET está en su mayoría, y el voltaje(s) en la que Rds(on) está especificado para determinar cuando es en su mayoría.

Answer 3

Las figuras 2 y 3 de la hoja de datos se muestra a continuación.

Observe, en la figura 2, que para un Vgs de menos de 2 voltios, la corriente de drenaje será cercano a cero, mientras que con un Vgs de 3 voltios el canal está muy bien mejorado.

Que de acuerdo con el experimento, y muestra que necesita más voltaje en la puerta para hacer su circuito de trabajo,

La figura 3 muestra cómo el Rds(on) sube muy rápidamente a un alto valor de Vgs se cae, y aunque ha dado un Id de 20 amperios, la pendiente de la curva será similar en su circuito, con el efecto final es que cuando Vgs se baja lo suficiente, Rds(on) - el que está en serie con la bobina de relé y el suministro de CC - subirá a un valor lo suficientemente alto para limitar la corriente a través de la bobina de relé hasta el punto donde va a ser imposible para actuar.

Puesto que usted no tiene la puerta de la unidad que se requiere para garantizar que la Rds(on) será lo suficientemente bajo para permitir que el relé de trabajo, sin duda, el camino más fácil sería para sustituir una jellybean transistor bipolar para el MOSFET y la unidad de la base del transistor a través de un resistor con el 1.8 voltios de señal.

Answer 4

Otras respuestas han finamente explicó por qué la FET en la pregunta no funciona. Me centraré en las soluciones.

Uno es el uso de un FET diseñado para el propósito; por ejemplo, FDN327N.

Otro barato, fácil de origen y fiable solución es usar una llanura NPN bipolar junction transistor.

Para determinar la adecuada resistencia, encontrar el mínimo de la resistencia Rlmin del relé y el máximo de la tensión de 12 v (decir V12max=13.6 V), dándole a usted la máxima corriente de colector Ic=V12max/Rlmin (manteniendo la tensión de saturación como la ingeniería de margen). Encontrar el mínimo de la ganancia del transistor NPN en la saturación de esta corriente (ser razonablemente, en lugar de demasiado conservador en que uno; estrictamente hablando, el BC848C hoja de datos de sólo garantiza un mínimo de ganancia Gmin de 20 en la saturación, pero el 420 min para Vce de 5V para el grado de C podría darnos la confianza suficiente como para usar G=50). El mínimo actual debemos de destino en la base Ib = Ic/Gmin. A continuación, se debe tomar en cuenta el voltaje mínimo V1_8min del dispositivo de conducción en el puerto de DATOS, restar la potencia máxima nominal de deserción Vdrop en el lado de alta FET de que el puerto de DATOS bajo carga Ib, otro 0.75 V para V_SER(EN) en la saturación en el Ic, y la máxima resistencia sale como Rmax=(V1_8min-Vdrop-V_BE(A))/Ib.

Si V1_8min-Vdrop-V_BE(A) se vuelve negativa, necesitamos un menor estimaciones conservadoras de los tres valores de la suma, que podría ser ayudado por menos conservador (aumento) Gmin, lo que disminuye Ib.

También debemos asegurar que la corriente en el puerto de DATOS no exceda de su capacidad máxima (para esto se debe considerar el máximo de V1_8, el mínimo del lado de alta de deserción escolar y V_SER). Si se excede, debemos aumentar la resistencia y menos justificar los cálculos más conservadores (de Gmin en particular).