Cómo arreglar un MOSFET de canal N que está siempre encendido, sin usar resistencias

Lo primero es lo primero: soy muy nuevo en electrónica.

Entrando directamente en esto: estoy tratando de usar un MOSFET de canal N como un interruptor de luz de tira LED, con 12V a 1.5A suministrados a la fuente y 4.5V de una batería suministrada a la puerta:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sin embargo, encuentro que incluso sin conectar los cables a mi batería, mi mosfet parece permitir el flujo desde la fuente hasta el drenaje.

Espero que alguien pueda decirme qué está mal y cómo puedo solucionarlo. El MOSFET que tengo es un FQU13N10L .

Además, también tengo algunos detalles sobre las respuestas:

  • Este circuito es solo una prueba para un proyecto más grande que involucra alrededor de 60 MOSFET en una placa de pruebas, lo que acalambra mi placa de pruebas. Necesito una solución que no involucre resistencias o capacitores que ocupen mucho espacio en mi tablero;
  • En segundo lugar, si es necesario, puedo cambiar los 4,5 V a 3 V o 3,3 V usando baterías diferentes;
  • En tercer lugar, puede ser importante tener en cuenta que el voltaje de la puerta de 4,5 V está controlado por un pin GPIO en un microcontrolador PIC. No sé si eso importa pero no necesito nada para pasar por las 4.5 líneas que pueden dañar el microcontrolador, que no puede manejar 12V.

Pido disculpas si sueno exigente en esto, solo estoy tratando de ser lo más claro posible en mi propósito, gracias por todas sus respuestas.

Una resistencia es la respuesta obvia, así que tal vez explique por qué su título dice "sin usar resistencias".
@Andyaka Porque no los quiero, si necesita una explicación, consulte mi primer punto
@KidWithComputer "No los quiero" no es realmente una razón suficiente. Sí, pueden ocupar algo de espacio, pero si son necesarios, la búsqueda de atajos puede dejarte con un proyecto que no funciona correctamente. Lo mejor es hacerlo correctamente desde el principio y encontrar una manera de lidiar con el espacio reducido. Siempre puede conectar placas de prueba para tener más espacio. Pero las resistencias serán la forma correcta de hacerlo.
@MCG, ¿me está diciendo que no hay absolutamente ninguna otra solución que usar una resistencia?
Voto para cerrar esta pregunta porque no tener resistencias de puerta a fuente hará que la puerta flote y, una vez encendida, el MOSFET tardará años en apagarse.
@Andyaka ¿Qué significa que una puerta flote?
@KidWithComputer flotante significa que no es alto ni bajo, puede "flotar" en cualquier lugar entre esos 2 puntos, por lo que no está definido. Es por eso que usamos resistencias para subir o bajar el voltaje para que sepamos con certeza el estado del pin para detener el comportamiento indefinido.
@KidWithComputer no existe una solución adecuada que le brinde resultados consistentes. Las resistencias son la forma de hacerlo.
@MCG ¿Qué pasa con las soluciones propuestas en las dos respuestas a esta pregunta? Además, ¿qué pasa si lo conecto a tierra a través de un cable en lugar de una resistencia?
Un interruptor ocupará más espacio que una resistencia, y el uso de resistencias internas de un microcontrolador no siempre funciona de manera consistente para subir/bajar, ya que generalmente son bastante débiles, y no todos los pines de cada microcontrolador tienen esa capacidad. En cuanto a usar un cable, eso funcionará. Pero tan pronto como se cierra ese interruptor, esencialmente estás cortocircuitando lo que sea que esté conduciendo la puerta a tierra, así que eso no funcionará.
@MCG Ok, gracias por la explicación detallada.
@MCG solo como prueba para mí mismo, intenté conectar el cable a -12V y la puerta, desconectando completamente la batería de la placa de prueba, ¡pero la cosa aún se encendía! ¿Qué podría estar haciendo mal?
Nadie más comentó sobre esto, así que yo lo soy. Usted dice en su pregunta "Creo que incluso sin conectar los cables a mi batería, mi mosfet parece permitir el flujo desde la fuente hasta el drenaje". Eso puede ser un error tipográfico. Pero un MOSFET de canal N tiene un diodo incorporado que siempre permitirá que la corriente fluya de la fuente al drenaje (siempre que el voltaje sea más de medio voltio). En su esquema, muestra el MOSFET conectado correctamente de modo que la corriente fluya del drenaje a la fuente.
El voltaje de la puerta en un mosfet siempre debe controlarse (Vgs, quiero decir). No siempre necesita una resistencia. Por ejemplo, si controla la compuerta desde la salida de un microcontrolador y la salida siempre se activa alta o baja, entonces no necesariamente necesita una resistencia de la compuerta a la fuente. Puede haber un momento durante el encendido del microcontrolador en el que la salida no se active y eso podría causarle problemas. Tienes que evaluar caso por caso.
"está controlado por un pin GPIO en un microcontrolador PIC" ¿ Qué PIC?
@BruceAbbott a 16F15345
@mkeith si la corriente siempre fluye, ¿cómo la detengo?
Primero intente conectar la fuente a la puerta. Eso debería apagar tu MOSFET. Si eso no funciona, tal vez su MOSFET esté defectuoso. O tal vez lo tienes conectado al revés. En un MOSFET de canal N, la corriente siempre puede fluir de la fuente al drenaje, pero no fluirá del drenaje a la fuente a menos que el voltaje de la puerta sea alto (en comparación con la fuente). Entonces, si conectó la fuente al LED y drenó a tierra, eso es un error.
¿Cómo pretende controlar 60 MOSFET con una MCU que solo tiene 18 pines de E/S?

Respuestas (2)

Dejar la puerta flotando (cuando el interruptor está abierto) puede conducir a lo que está viendo; la puerta es de alta impedancia y la carga puede acumularse en ella, cambiando el FET.

Necesita una resistencia desplegable en su compuerta para hacer que las cosas sean predecibles (llevando explícitamente la compuerta a 0 V cuando el interruptor está abierto), espacio o sin espacio en su tablero.

No sé sobre el PIC que está utilizando; puede tener resistencias pull-up y/o pull-down internas que puede activar en código, o impulsar activamente sus pines hacia arriba y hacia abajo.

Puede usar esto en lugar de resistencias desplegables externas cuando maneja las puertas directamente desde los pines IO del PIC. Sin embargo, dejaría las puertas en un estado indefinido hasta que el PIC se haya iniciado y haya configurado los pines.

Gracias por el consejo
Tenga en cuenta que las resistencias pueden venir en paquetes, con 8 o más resistencias en un paquete, lo que ahorra espacio.
Tenga en cuenta que una resistencia de extracción interna generalmente solo funcionará cuando la MCU esté programada y haya completado el arranque hasta el punto en el código donde está configurada.
@Chris-Stratton: Sí, agregué eso para responder.

El problema es que al usar el MOSFET, no puedes dejar la PUERTA abierta. Es una entrada de MUY alta impedancia que controla un dispositivo de muy alta ganancia. Así que dejarlo abierto permite que le suceda cualquier cosa.

Este pin es la PUERTA:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Normalmente, lo vinculará a Vcc o GND a través de una resistencia para mantenerlo en el estado que desea cuando no lo esté manejando. En su caso, tiene un interruptor simple que lo conducirá a 4.5V. Por lo tanto, una resistencia a GND es apropiada para mantener el MOSFET APAGADO hasta que desee que se ENCIENDA.

Alternativamente, si por alguna extraña razón realmente no desea usar una resistencia que cuesta una pequeña cantidad, puede usar un interruptor SPDT que conecta la GATE a GND cuando no está conectado a su fuente de 4.5V.

Gracias por la rápida respuesta, ¿qué significa dejar una puerta abierta? ¿Eso es simplemente no conectar nada a eso? ¿Qué pasaría si simplemente lo conectara a través de un cable a tierra?
Actualicé mi respuesta con el GATE identificado.
Al OP: si la puerta está conectada directamente a tierra y la fuente también está conectada a tierra, entonces el transistor no se encenderá bajo ninguna circunstancia. Para encender el transistor, deberá quitar el cable de tierra de la compuerta y conducir la compuerta a nivel alto. Esto puede ser obvio. Es difícil decir lo que la gente sabe y no sabe. Por favor, no te ofendas.
@mkeith Realmente aprecio la ayuda, pero sobre todo aprecio la comprensión, sin ofender a mi amigo.
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