Conduciendo un motor de CC con un solo MOSFET, ¿por qué gira el motor sin aplicar un voltaje de compuerta?

Por "no se aplica voltaje de puerta", asumo que no lo está manejando, está desconectado o conectado a una alta impedancia, como un pin de entrada.

La puerta de un MOSFET tiene una impedancia extremadamente alta, de cientos de megaohmios a gigaohmios, y por lo tanto se necesita muy poca corriente para cambiar el voltaje en ella. Los campos EM ambientales pueden afectarlo fácilmente, y sin nada conectado, el voltaje puede fluctuar y tomar cualquier valor. En su caso, es probable que esté por encima del voltaje de umbral de Vgs, encendiendo el MOSFET.

Esta es la razón por la que siempre debe tener una resistencia pullup o pulldown en la puerta de su MOSFET si existe alguna posibilidad de que no esté activada.

Necesita una resistencia desplegable en el pin que impulsa la puerta. Mire la resistencia de 10K en las siguientes imágenes:

Cito de KyranF:

La resistencia mantiene la puerta baja cuando el arduino no envía una señal alta. Esto está aquí en caso de que el arduino se suelte, o el cableado sea malo, se apagará de manera predeterminada. No desea que este pin flote nunca, ya que se activará y desactivará.

Los MOSFET flotantes son malos, y debido a que el control de "encendido" del FET es esencialmente solo un capacitor con una capacitancia muy baja, es bastante fácil que flote y se encienda solo.

Esta situación solo ocurrirá realmente en su programa arduino si convierte el pin de salida en una entrada por error, o durante los estados de apagado/encendido/reinicio. El ATMEGA328P en el Uno hace que todos sus pines entren en un estado de alta impedancia durante el ciclo de encendido, lo cual es una excelente oportunidad para que la compuerta de ese FET flote alto.

La resistencia garantiza que siempre haya un estado conocido, y solo una salida activa ALTA del Arduino hará que se encienda.

Para su tercera pregunta: las puertas MOSFET solo "usan" corriente durante un breve tiempo durante el período de ENCENDIDO, para cargar el capacitor de la puerta. El máximo de salida de 40 mA de Arduino por pin no será un problema. SERÍA un problema si el FET fuera un transistor BJT en su lugar, ya que estos atraerán constantemente corriente a la base para poder operar. Los MOSFET funcionan de manera diferente y no consumen corriente para que estén "encendidos" constantemente.

Poner una resistencia de 10K ohm también es demasiado alto en general, ralentizará considerablemente el tiempo de encendido/apagado del FET y causará grandes pérdidas de conmutación si está haciendo un PWM de frecuencia razonable. Use algo como 100 ohmios si quiere poner una resistencia allí. Es posible que no sea necesario colocar una resistencia allí para un MOSFET, pero se recomienda reducir la posibilidad de retroalimentación inductiva en el microcontrolador y otras formas de negocios sucios relacionados con la conmutación de una carga inductiva como un motor.

¡Agregue el diodo como protección flyback o tendrá que agregar un nuevo diodo MOSFET + muy pronto!

Amigo, te enfrentas al 100% a una falla de MOSFET. No creo que sea un problema de cableado. puede verificar fácilmente su MOSFET por el DMM. Simplemente colóquelo en el modo Diodo y vea si emite un pitido al colocar sus pines en el drenaje y la fuente. Por lo tanto, se acortan debido a la contracorriente que proviene del motor cuando se apaga y, sin embargo, gira... y esta es exactamente la función del diodo que subestimaste...