El solenoide no actúa cuando se conduce a través de MOSFET

Estoy tratando de manejar un solenoide con un GPIO en una Raspberry Pi. Aquí está el esquema:

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La corriente a través del solenoide y el MOSFET debe ser:

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Entonces, la caída de voltaje en el MOSFET debería ser:

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dejándonos con 13.8Vtodo el solenoide, que debería ser suficiente para accionar el 12Vsolenoide.

Naturalmente, he intentado activarlo directamente:

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Esto funciona bien.

Sospechando que tal vez el MOSFET no estaba completamente encendido, saqué el Raspi de la mezcla e intenté aplicarlo 4Vdirectamente a la puerta:

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pero no acciona...

También intenté reemplazar el solenoide/diodo con un simple combo de LED/resistencia y se enciende como se esperaba en las configuraciones Raspi/no Raspi, por lo que el MOSFET parece estar cambiando como se esperaba...

¿¿Que me estoy perdiendo aqui?? ¿Por qué no se activa el solenoide cuando tengo el MOSFET en la mezcla?

Partes:

Solución

Como señalaron Respawned Fluff y The Photon, estaba fundamentalmente confundido acerca de algunos de los parámetros de mi MOSFET. Específicamente, V gramo s ( t h r mi s h o yo d ) no es el punto en el que R d s se convierte R d s ( o norte ) . V gramo s ( t h r mi s h o yo d ) en este MOSFET es 2-4V, así que pensé que podría encenderlo con 3.3V. Sin embargo, el valor que necesitaba para encender a este tipo es en realidad 10V (leer del R d s ( o norte ) fila en la hoja de datos).

Según la sugerencia de Respawned Fluff, agregué un controlador MOSFET entre mi salida lógica y el MOSFET y, por supuesto, todo comenzó a funcionar perfectamente. Probablemente también podría haber cambiado mi MOSFET por uno de nivel lógico. Aquí está el circuito de trabajo final:

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El controlador MOSFET es MIC4452YN .

Debe aplicar voltajes más altos a sus Vgs. En una regla de pulgar, debe aplicar 0.5 VCC para una mejor acción en régimen de saturación.

Respuestas (2)

Bueno, la hoja de datos de su MOSFET intenta explicarle cómo usarlo correctamente (como un interruptor):

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Necesita 10 V Vgs para obtener ese Rds (encendido). ¿Le estás dando 4V Vgs y esperando el mismo Rds (encendido)? Por desgracia, no funciona de esa manera. Me parece que ha usado el valor Vgs(th) en su diseño, pero eso solo le garantiza 250uA en el drenaje:

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Eso realmente se traduce (en las condiciones de prueba de la hoja de datos con Vds=Vgs) a 4V/250uA=16Kohm Rdson en el umbral. Entonces, la mayor parte de la caída de voltaje estaría en el MOSFET y casi nada en la bobina del solenoide si ese es el Rdson que realmente está recibiendo. (Ponga su solenoide en serie con una resistencia de 10K o 15K, directamente a la fuente sin MOSFET y vea si todavía se enciende. Apuesto a que no lo hará). Por supuesto, este Rdson es el peor de los casos ya que Vgsth es el máximo [ =peor caso] valor. Más información sobre cómo navegar por una hoja de datos MOSFET se encuentra en mi respuesta anterior a una pregunta muy similar . Esperar increíbles Rds (on) en Vgs (th) es un problema perenne para los novatos, al parecer.

Su solenoide de Amazon no tiene nada que se parezca a una hoja de datos, pero puede medir la caída de voltaje en la bobina del solenoide y/o la corriente a través de ella para ver exactamente qué está pasando.

Una hoja de datos de solenoide respetable tiene datos que le permiten saber exactamente cuánto voltaje necesita para encenderlo (y cuánta corriente consume en ese punto). Por ejemplo, esta serie :

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Si estuviera usando su solenoide de "12 V" (nominal), se necesitan al menos 9,6 V para encenderlo y extraerá al menos 1,52 mA en este punto. (También le da el voltaje de apagado). Como no tiene esos datos disponibles para su solenoide, tendrá que determinarlos experimentalmente (por ejemplo, usándolos directamente con una fuente de voltaje variable) y luego decidir qué necesita. para encenderlo.

Maldición, había leído V gramo s ( t h ) MAX=4v como "no pongas más de 4v aquí o freirás tu chip". Confirmé que aplicar 15v en la puerta hace que el solenoide se active, así que ahora solo necesito descubrir cómo cambiar eso desde mi pi. Probé algunas cosas con un BJT que tenía sentado, pero fue en vano. Aparentemente, necesito revisar mis notas de microelectrónica de la escuela, demasiado tiempo en el software parece ... :) Gracias por la respuesta detallada y definitivamente le daré una lectura a su otra respuesta.
En realidad, probablemente sea más inteligente para mí encontrar un MOSFET diferente que se ajuste mejor a mis parámetros operativos, en lugar de tratar de calzar el RadioShack en mi aplicación. Este FQP30N06L de SparkFun parece cumplir con los requisitos (en algún lugar al norte de 10A a través de I d cuando V gramo s = 3.3 V y V d s > 11 V )
@mgalgs: Ese FQP30N06L también es un MOSFET estándar de 10 V, por lo que no marcará la diferencia. SI desea cambiar el MOSFET, querrá un mosfet de 2.5V para que RPi funcione cómodamente, por ejemplo, FDN335N . También puede comprar un IC controlador MOSFET. Hay muchos en el mercado. Un controlador como ese le permite traducir voltajes lógicos de bajo nivel en el voltaje más alto necesario para un MOSFET estándar (= 10V Vgs). Un ejemplo que funcionaría aquí es MCP1402
En realidad, el FD335N no puede manejar la corriente máxima que necesita su solenoide (2,15 A) porque alcanza un máximo de 1,7 A. Algo como FDMA430NZ estaría bien, pero será muy difícil de soldar correctamente a mano (tiene almohadilla de alimentación). Por desgracia, es bastante difícil encontrar MOSFET de alta corriente y bajo voltaje que no vengan en paquetes complicados como ese. En ese sentido, es menos difícil trabajar con un controlador MOSFET.
@mgalgs: Lamentablemente, no puedo pegar aquí una URL de búsqueda paramétrica para digikey porque es demasiado larga para este cuadro, pero puede obtenerla en pastebin.com/1cwrkjD1 . El primer éxito es un ZXMN2F34FHTA que funcionaría y no es la cosa más loca para soldar. (SOT-23)
Espere, mirando la Figura 1 en la hoja de datos para el FQP30N06L parece que con V gramo s = 3.3 V y V d s =   13 V Debería poder hundirme hasta aproximadamente 15 A en el desagüe, lo que implica un R d s ( o norte ) de unos 600 metro Ω y una caída de voltaje en el MOSFET en el rango de 1-2V. No deja mucho margen pero podría funcionar, ¿no crees? ¿O todavía me estoy perdiendo algo?
@mgal Podría funcionar de hecho. Me preocupa que diga "Prueba de pulso de 250 μs" en ese gráfico, por lo que la identificación continua podría no ser tan buena. El gráfico de la figura 3 en esa hoja de datos traza Rdson a 5 V y 10 V Vgs, por lo que parece bastante utilizable a 5 V (por lo que posiblemente también a 3,3 V). Sin embargo, no estoy seguro de por qué no anunciaron esto como una característica en la primera página de la hoja de datos, es decir, podrían haberlo calificado como un MOSFET lógico de 5V como mínimo. Por desgracia, no tengo experiencia práctica con ese MOSFET. Es posible que desee hacer esto como una pregunta separada, ya que obtendrá más ojos de esa manera.
Creo que tiene algo que ver con el hecho de que se trata de un MOSFET con Vds máx. de 100 V y los MOSFET lógicos normalmente no llegan tan alto en términos de Vds. Entonces, tal vez querían evitar el caso en el que un cliente potencial vio la parte "MOSFET lógico" y la omitió debido a eso.
El nuevo RFP12N10L va a 100 V Vds y se anuncia [por el mismo fabricante] como un MOSFET de nivel lógico... así que realmente no sé por qué no pensaron que sería un buen punto de venta para FQP30N06L. En realidad, después de mirar la hoja de datos de RFP12N10L con más cuidado, creo que lo descubrí: ese se caracteriza hasta 2V Vgs, por lo que tal vez pensaron que solo 3V (para FQP30N06L) no es lo suficientemente bueno.
Pero RFP12N10L no es mucho mejor (que FQP30N06L) a 3V en términos de corriente Id. De hecho, se ve un poco peor.
En realidad, la hoja de datos anterior que vincula Sparkfun para cdn.sparkfun.com/datasheets/Components/General/FQP30N06L.pdf es diferente a la nueva Fairchild one fairchildsemi.com/datasheets/FQ/FQP30N06L.pdf en términos de lo que anuncian. ¡El anterior lo anuncia como un MOSFET de nivel lógico! Supongo que el fabricante cambió de opinión, pero no necesariamente por razones técnicas. Podría algún tipo de estrategia de ventas para mover sus otros productos también.
Otra rareza es que (hoja de datos nueva o antigua) para FQP30N06L dice en la primera página que 60 V es el Vds máximo... pero luego el gráfico muestra que sube a 100 V.
Eh, está bien. Le daré una oportunidad al FQP30N06L, pero pedí un controlador MOSFET hoy de todos modos, solo para estar seguro. Muchas gracias por todos los consejos.
@mgalgs: parece que tenía razón sobre el motivo del cambio de marca, consulte chat.stackexchange.com/transcript/message/24942030#24942030

Tenga en cuenta la Figura 1 de la hoja de datos de su MOSFET:

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El valor Rds(on) se aplica a la parte izquierda de las curvas, valores bajos de V D S dónde I D depende fuertemente de V D S . Para valores más altos de V D S , entras en régimen de saturación y la corriente ahora depende principalmente de V GRAMO S en vez de V D S .

Para su dispositivo, para llegar al punto en el que pueda entregar 2 A, debe aplicar alrededor de 5,5 V a la puerta. Para un diseño robusto, probablemente deba aplicar 1 V o más por encima de esto para asegurarse de que está operando en el régimen lineal en lugar de la saturación en su punto de operación.

Creo que tu última oración es incorrecta. Creo que quiere afirmar que debería estar operando en el régimen de saturación.
@MichaelKaras Cuando entregaron la terminología, los MOSFET estaban de fiesta. La "región de saturación" en un MOSFET no está "activada con fuerza", sino ~~ región controlada de forma lineal. es decir, NO es lo mismo que la saturación del término bipolar. Altamente ilógico (creo), pero parece que nos quedamos con eso.
Hombre, mis ojos generalmente se nublan cuando veo estos gráficos en la hoja de datos. Y ahí radica mi problema :). Aplicar un voltaje más alto a la puerta funciona, como usted (y la hoja de datos) predijeron. ¡Gracias!
@MichaelKaras, vea este diagrama en Wikipedia para ver los nombres de las regiones operativas en los MOSFET.
@ThePhoton: estoy familiarizado con los términos y las regiones. Me estaba quedando en blanco y pensando en términos de un BJT de modo actual cuando leí su oración como lo señaló Russell McMahon.
@MichaelKaras, en realidad solo recuerdo "los nombres de los MOSFET son una locura" y los busco cuando necesito escribir sobre ellos.
El solenoide no actúa cuando se conduce a través de MOSFET
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