Ayuda para validar el circuito MOSFET

Estoy buscando usar un MOSFET de lado alto de canal P para habilitar/deshabilitar algunos sensores y periféricos conectados a un ESP32. Los periféricos utilizan 3,3 V y el ESP32 se ejecuta en un nivel lógico de 3,3 V.

No soy ingeniero eléctrico, y probablemente estoy un poco fuera de profundidad en la selección de las partes en este esquema. Pude ver algunos circuitos diferentes que me permitieron usar un MOSFET de canal P. Algunos circuitos usan un transistor NPN de uso general para bajar la puerta MOSFET a tierra cuando se aplica la señal a la base del transistor, mientras que otros circuitos conectan directamente el pin GPIO de la MCU a la puerta MOSFET.

¿Podría alguien ayudarme a comprender cuándo se necesita este transistor y si se necesitará el transistor para este caso particular (MCU de 3,3 V, encender/apagar un suministro de 3,3 V usando un MOSFET AO3401A ). Un número de pieza alternativo disponible fácilmente es SI2301DS . Desafortunadamente, estoy limitado a estos 2 números de pieza porque JLCPCB los usa en su biblioteca de piezas básicas.

Editar: he agregado algunos puentes (JP6 / JP8) para poder omitir el MOSFET y el transistor, en caso de que surja la necesidad. Los periféricos consumen hasta 200 mA de corriente según el consumo máximo de corriente especificado en las hojas de datos. El consumo "promedio" es inferior a 50mA. No estoy seguro si esto importa, ya que los números de pieza específicos parecen admitir corriente en un amperio de un solo dígito bajo.

.

esquema con mosfet de canal p en el lado alto

Pull-up de 100 k, ¿es eso lo suficientemente rápido para su aplicación? En caso afirmativo, ¿cuál es el Vgsth de Q2?
No estoy buscando un cambio rápido. Probablemente se encenderá y apagará varias veces por hora. Vgs(th) para Q2 (AO3401A) está entre -0,5 V y -1,3 V.
Eso ayuda, pero aún podría haber razones para no ir demasiado lento, SOAR o su carga lo requiera. Si no, entonces estás bien.
No necesitas el transistor. Debe considerar qué sucederá cuando se encienda el FET . Usted dice que su carga 'solo' consume hasta 200 mA, pero ¿qué pasa con la sobrecorriente? Si es demasiado para su fuente de alimentación, puede fallar o restablecer el ESP32. Entonces, ¿qué 'sensores y periféricos' está alimentando y desde qué está alimentando el sistema?
@BruceAbbott: La fuente de alimentación del ESP32 es una SY8008B que puede proporcionar hasta 1A de corriente. Los periféricos consisten en: 1. un módulo GPS (valor nominal de 100 mA máx., 25 mA típico) 2. MS5611 baro (pico de 1,4 mA) 3. MPU9250 (pico de 10 mA) 4. un par de LED (30 mA)
¿Por qué no usas un IC que haga el trabajo por ti? Como este: analog.com/en/products/adg842.html#product-overview
¿Hay alguna razón por la que no pueda usar la conmutación de lado bajo con un N-MOSFET? Este sería un circuito más simple que es más fácil de entender y diseñar.
Soy muy novato en esto, por lo que creo que un canal P de lado alto es mejor. Tampoco estoy seguro de si los periféricos tendrán problemas, especialmente porque las líneas de datos I2C de la MCU pueden estar en un estado indeterminado durante el inicio. Entonces, dada esta información, ¿sería más apropiado un canal P o un canal N y por qué?

Respuestas (2)

El transistor es necesario cuando el voltaje de la fuente del MOSFET de canal P es más alto que el nivel lógico que está usando para controlarlo.

Para apagar un MOSFET de canal P, la puerta debe ser impulsada a un voltaje cercano al de la fuente de alimentación. Eso es lo que hace la resistencia R8 de 100 kΩ en su esquema. Luego se enciende tirando de esa puerta por debajo de ese voltaje de umbral.

Si está controlando, digamos, un dispositivo de 12 V y usa una lógica de 3,3 V, no puede conducir la puerta hasta 12 V ya que su ALTO es solo de 3,3 V. Entonces, el transistor se agrega para que actúe como un interruptor que se puede accionar con solo 3,3 V para encenderlo.

Dado que está alimentando dispositivos de 3,3 V y tiene un nivel lógico de 3,3 V, el NPN (o MOSFET de canal N, como prefiero) no es realmente necesario. Solo sepa que ALTO está apagado y BAJO está encendido.

Por cierto, el NPN a menudo se puede reemplazar con un pin GPIO en modo de drenaje abierto (si la MCU lo admite).

Si entiendo bien, el transistor Q3 (BC847) no es necesario ya que el nivel lógico de MCU es el mismo que el voltaje de fuente de Q2 (AO3401A). La eliminación de Q3 hará que la entrada lógica se invierta: enviar un nivel alto PWR_ENhará que el MOSFET se apague y enviar un nivel bajo PWR_ENhará que el MOSFET se encienda.
@KetanPadegaonkar eso es correcto.

No puedo hablar de su aplicación específica, pero reconozco un circuito BiCMOS cuando lo veo

Solía ​​diseñar estas cosas. Este es simple y se basa en la permisibilidad de que Q2 se filtre solo un cabello. Esto es lo que está pasando.

Q2 es ENORME. Según su ficha técnica , tiene una capacidad de entrada de 645 pF. Para cambiarlo rápidamente, debe descargar la carga de esa tapa lo más rápido posible, y toda la situación empeora con el uso de una simple resistencia de extracción resistiva. Esto significa que está drenando esa corriente (V = IR entonces I = 33uA) y la carga en la entrada de Q2. Es por eso que se usa el transistor NPN. Es la forma más rápida de drenar esa corriente posible.

Nota al margen: que NPN solo drenará el nodo hasta Vbe o ~ 0.5v. En un mundo de lógica completa, necesitaría drenar completamente el nodo a 0v. En ese caso, un diseño BiCMOS incluiría un dispositivo NMOS paralelo al transistor NPN con un Rds<100K. Sería demasiado pequeño para cambiar rápidamente Q2, pero llevaría el nodo a (o cerca de) cero.

El uso de la resistencia pull-up R8 sugiere que a la aplicación no le importa qué tan rápido se apaga el PMOS, pero le importa mucho qué tan rápido se enciende. Sin embargo, eso podría no importar. Esto parece ser nada más que un interruptor de luz: un circuito que enciende y apaga otra cosa.

En realidad, no diría que esto fue BiMOS. Claro, se parece a BiMOS y contiene un BJT y un MOSFET, pero BiMOS elige esos componentes específicamente por sus características. Esto es más un inversor RTL que controla la mitad de una etapa de salida push-pull CMOS. La elección de BJT o MOSFET es en gran medida irrelevante, y la velocidad de conmutación tiene poca importancia.
@Majenko Tal vez. Se necesita un FET grande para descargar una gorra grande. Es la razón por la que BiCMOS existe. El circuito no usaría un BJT con la desventaja de la caída de Vbe si la velocidad de conmutación fuera irrelevante. Y creo que la pista aquí es el paso de 3,3 V a 3,3 V a través del FET. Interruptor de luz. Mi conjetura es que querían un ciclo de apagado lento (R8) para contrarrestar y proporcionar una transición predecible, pero un complemento porque la gente tiende a ser impaciente. De lo contrario, podrían haber abofeteado un pequeño inversor CMOS y ahorrado la consecuencia de Vbe.
La mayoría de las veces que veo un NPN, está ahí simplemente porque es lo que está ahí. Si eso tiene sentido. El diseñador de circuitos no sabe nada mejor, y es el dispositivo predeterminado que han visto en la red. Y los 100kΩ serán para reducir la corriente de reposo mientras el NPN está encendido. Después de todo, el propósito del circuito es ahorrar energía.
@Majenko Ah. Entiendo tu argumento. No tengo experiencia con el diseño de circuitos FET bipolares fuera de BiCMOS, y estaba diseñando chips donde los procesos son restrictivos, por lo que la idea de que alguien pudiera simplemente colocar una NPN en su lugar no tenía sentido para mí. Veo su punto con un diseño como este donde los componentes son discretos. Sí, es posible que el diseñador no tuviera nada más y funcionó.
Ayuda para validar el circuito MOSFET
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v