¿Conducir dos MOSFET con una puerta AND?

Vamos a desglosarlo:

1. ¿Puede la puerta AND controlar dos MOSFET?

Como regla general, cualquier dispositivo puede controlar cualquier FET siempre que A) pueda exceder la corriente de fuga de la fuente de la puerta (100 nA en su caso, no hay problema) y B) obtenga el voltaje por encima del umbral (yo llamaría 2V encendido de forma segura, mirando la página 7 de la hoja de datos FET). La única pregunta es ¿cuánto tiempo lleva?

Para un controlador, un FET se parece mucho a un condensador: la tabla 7 dice que esto es alrededor de 635pF. 100 Ω de resistencia de puerta hacen que su tiempo R*C sea constante 100*635e-9 = 64us. El voltaje de su capacitor aumenta al 63 % del voltaje de la fuente (63 %*5 V ~ 3,15 V, más que suficiente para encender su FET) dentro de una constante de tiempo, por lo que se necesita menos de un latido para encender el FET, suponiendo que su conductor puede mantener un voltaje constante...

Pero puede? Según la Tabla 5 en la hoja de datos del chip, la compuerta AND puede generar 50 mA en un corto a tierra. Al encender, un capacitor parece un cortocircuito total, por lo que en realidad solo está tratando con sus límites de 100 Ω en paralelo, para 50 Ω a tierra. A 5 V, esto es 100 mA, que es más de lo que su chip puede suministrar. ¿Es esto un problema? No, el chip suministrará felizmente 50 mA hasta que se enciendan sus FET, lo que sucederá en menos de 1 ms.

2. ¿Funcionan las resistencias de compuerta y los pulldowns MOSFET?

Hay dos razones principales por las que se usan las resistencias de compuerta: una es para evitar el timbre que causa EMI y la otra es para ralentizar ("girar") el encendido del dispositivo. Dado que probablemente no te interese ninguno de estos, es seguro dejarlos apagados, pero puedes dejarlos encendidos si quieres. 100Ω o menos es un buen valor, realmente no puedes equivocarte en ese rango.

Los pull downs no son realmente necesarios: su puerta AND opera en "push-pull", lo que significa que "empujará" la salida hacia arriba cuando sea un 1 y la "tirará" a tierra cuando sea un 0. En algunos dispositivos, solo tirará en una dirección, lo que significa que necesita un tirón hacia arriba/abajo para contrarrestarlo cuando el dispositivo está flotando, pero ese no es el caso aquí.

Por supuesto, tenerlos allí no hará daño y 10k es un buen valor si te gustan. A veces, los dispositivos conectados a los FET pueden perder corriente y causar un comportamiento extraño si se encuentran en estados extraños (piense en un microcontrolador que tiene tirones internos que se desconectan cuando está en modo de ahorro de energía), pero una vez más, eso no es algo que usted realmente tiene. de qué preocuparse aquí.

3. ¿Se necesitan menús desplegables para la entrada de puerta AND?

Por la misma razón que la anterior, estarás bien sin ellos.

En resumen, el diseño debe estar listo para funcionar. Puede cambiar los pull-downs FET a pull-ups por seguridad, en cuyo caso su dispositivo se frenaría solo si pierde 5 V (suponiendo que el voltaje del freno todavía esté presente), no estoy seguro de si esto es deseable o no. Podría hacer lo mismo en la entrada de la compuerta AND si alguna vez existe la posibilidad de que el microcontrolador se desconecte.

Solo una nota: si es posible, los esquemas deben dibujarse con los rieles de voltaje apuntando hacia arriba. Voltee su +5V (o voltee los pines 4 y 5 en la parte) y voltee sus diodos de sujeción con las líneas de entrada del freno.

No necesita R8, R9, R10 y R11 ... si desea una resistencia limitadora de corriente para la puerta de cada mosfet, puede mantener R10 y R11 en su diseño, dependiendo de qué tan rápido desee que se encienda este mosfet. un valor más bajo para ellos, creo que 100 ohmios está bien para esta aplicación.

Segundo problema, agregaría un controlador IC entre su puerta y sus MOSFET, las puertas lógicas no están destinadas a proporcionar corrientes de conducción, aunque los MOSFET requieren pequeñas corrientes para encenderse (alrededor de unos pocos mA). Agregaría un controlador IC adecuado que toma la señal y puede conducir algo de corriente a la puerta de su interruptor. un IC de controlador MOSFET dual de 5V o algo similar hará el truco aquí para probar la corriente para ambos interruptores.

En tercer lugar, al ver la corriente y los voltajes, parece que su MOSFET estará bien, pero vea cuáles son las ventajas y desventajas de obtener uno más grande y tener más margen de maniobra en ese extremo.

Las resistencias de compuerta en serie tienen dos propósitos. Reducen la corriente de compuerta consumida al conmutar y protegen al controlador contra transitorios de la carga más allá del conector de salida.

Cuando la salida de la compuerta AND cambia de baja a alta, instantáneamente se le presenta un cortocircuito, en teoría de todos modos, por las capacitancias de la compuerta FET de 2 x 635 pF. Estos estresarán el transistor de conducción superior en la puerta AND. Esto puede afectar la confiabilidad a largo plazo de la pieza. Aunque las salidas de compuerta lógica modernas son más duras que las de hace décadas, es mejor colocar una resistencia de compuerta en serie para limitar la corriente consumida.

Según la hoja de datos, la puerta AND puede generar/disminuir hasta +/- 50 mA y una pérdida de salida de aprox. Se pueden utilizar 0,6 V, es decir, la salida de 50 mA da 4,4 V o menos (ignorando la precisión del suministro de 5 V), la salida de 50 mA da 0,6 V o más. Esto sugiere una resistencia en serie de 4.4/0.05 = 88R. Así que usaría 100R, que tienes. Cuando la compuerta AND cambia, las compuertas FET estarán completamente cargadas o descargadas dentro de 4.6RC = 584 ns. Podría obtener un tiempo de conmutación FET más preciso utilizando las características de transferencia reales, pero me imagino que este tiempo está bien de todos modos.

Cuando aparece un gran transitorio en el drenaje del FET cuando está apagado, su capacitancia Crss de la puerta de drenaje puede hacer que el transitorio haga que la salida de la puerta AND sea excesivamente alta o baja y la dañe. (He visto esto en un par de diseños de otras personas que manejaban cargas medias en entornos ruidosos. Al agregar resistencias en serie, eliminé esta falla).

Las resistencias pull-up o pull-down desvían los FET a un estado preferido cuando no están activados. La compuerta AND tiene una salida push-pull y siempre conduce. Por lo tanto, las resistencias desplegables no tienen ningún propósito y deben eliminarse.

Entonces: (1) sí, la puerta AND puede controlar los dos FET; (2) mantener R10 y R11 como están; (3) quitar R8 y R9.