Conmutar fuente de 15V con MOS por digital 0/5V (cc)

Estoy tratando de encender y apagar algunos dispositivos de 15V desde los puertos digitales Arduino Uno (0/5V). Cada puerto debe controlar un grupo de cargas resistivas (luces) de un modelo de tren. Hay alrededor de 10 grupos de cargas y me gustaría simplificar los circuitos de conmutación. De ahora en adelante consideraré solo una unidad de conmutación, un grupo de luces.

Quiero que la fuente de alimentación (V CC) encienda mis luces tanto como sea posible cuando el puerto digital esté alto (5 V) y las apague cuando esté bajo (0 V).

Mi primer intento ha sido usar un MOSFET común, el 2N7000, con una resistencia desplegable para obligar a las luces a apagarse y asegurar el transistor en caso de que la carga se desconecte accidentalmente. R1 tiene un valor alto en comparación con la carga, por lo que la mayor parte de la corriente fluye hacia la carga y el umbral Vgs de 2N7000 es de alrededor de 2V; parece que 5V debería encenderlo. Decidí que cada carga estaría compuesta hasta por 10 luces, de 1'5k Ohm cada una, de modo que los 150 Ohm R equivalentes drenaran 100mA de VDC, por debajo de los 200mA Id máximos para el MOSFET. Todos los terrenos son comunes.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Así que este fue mi breve estudio. Sin embargo, una vez en el campo, las luces no eran tan brillantes, y después de hacer algunas pruebas teóricas, obtuve alrededor de 3 V en el nodo de salida en lugar de los ~14 V esperados de la fuente de alimentación (VCC - Vds_on)

Después de buscar en línea, descubrí que este transistor puede no ser apropiado para este trabajo, aunque no lo consideraría un trabajo de "electrónica de potencia". Debo agregar que no necesito una frecuencia de conmutación alta; tal vez alrededor de 100 Hz para un efecto de encendido/apagado PWM regido por software, pero nada más.

Turno de preguntas (las más importantes primero):

  1. ¿Cómo puedo obtener los 14V en la salida?
  2. ¿Es 2N7000 inapropiado (y por qué)? ¿Qué [familia de] transistor podría usar en su lugar?
  3. ¿Crees que el circuito está bien? ¿Podría recomendarme algún mecanismo de seguridad (actual) para el lado de Arduino?

¡Muchas gracias!

Respuestas (3)

Tiene un MOSFET de canal N conectado como seguidor de fuente. Un seguidor de fuente (al igual que un seguidor de emisor para BJT) no puede tener, ya que emite un voltaje más alto que el que se coloca en la puerta. De hecho, para un MOSFET, el voltaje de la fuente será un par de voltios menos que el que hay en la puerta; es por eso que ve 3V. El acto de conectar su carga a la fuente asegura que no pueda lograr un encendido completo a menos que la puerta se eleve a más de 17 o 18 voltios desde tierra. Pero no todo está perdido....

Pregúntese: qué enciende el FET; responda: el voltaje de la puerta a la fuente debe ser de un par de voltios o incluso más en algunos fets. Esto solo puede significar que el fet está parcialmente encendido.

Debería considerar conectar a tierra la fuente y poner las luces del tren en el desagüe. Como esto: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Rd es donde conectarías las luces. Ahora, con la puerta mosfet a 5V con respecto a la fuente conectada a tierra, el fet se enciende mucho mejor.

Otra forma es usar un P ch MOSFET impulsado desde un BJT: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Debido a que la fuente del FET del canal P está a la altura del suministro positivo, bajar la compuerta a GND garantiza que se encienda con la resistencia más baja. Sin embargo, no ejecute este circuito a más de aproximadamente 15 voltios porque el voltaje máximo de la puerta FET puede estar limitado a 15 voltios; lea las hojas de datos: muchos mosfets están bien para una fuente de puerta de +/- 20 voltios, pero algunos son solo clasificado a un máximo de 12 voltios.

El problema aquí es que está utilizando un MOSFET de canal N como interruptor lateral alto.

Sí, el umbral puede ser de 2 V, pero esa es la diferencia de voltaje entre la puerta y la fuente. Su 5V está entre la puerta y el suelo. Entre el suelo y la fuente, tienes tu carga. Entonces, el voltaje en la puerta, con respecto a la fuente, será mucho menor de lo que piensas.

Pruébelo: mida el voltaje entre la puerta y la fuente con un multímetro, vea qué es.

Para el cambio de lado alto, debe usar un MOSFET de canal P y usar un NPN BJT para cambiarlo. Este es un circuito que uso en todas partes:ingrese la descripción de la imagen aquí

Estás obteniendo exactamente lo que uno esperaría de ese circuito. No ha hecho un interruptor, ha hecho un seguidor de fuente (también conocido como un amplificador de drenaje común). Recientemente tuvimos otra pregunta en este sentido; las respuestas allí pueden ayudarte.

Para resumir, el transistor solo se enciende cuando Vgs = 2V. Si Vg es 5V, eso significa que Vs no puede ser más de 3V o el transistor se apagará. Para solucionar esto, debe conectar a tierra la fuente. Esto corrige tanto Vg como Vs, dando Vgs = 5V. Conecte su carga entre el drenaje y el suministro de 15V.

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