interruptor MOSFET de canal p

Quiero usar un MOSFET como interruptor accionado por mi microcomputadora.

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El circuito original que usa MOSFET de canal N está en el lado izquierdo. Sinceramente, no entiendo la elección del IRLZ44. El circuito está diseñado para Arduino, que tiene una lógica de 5V. Lo que significa que para GPIO = True = 5V, MOSFET se abre y deja que la corriente entre en la carga.

Sin embargo tengo dos problemas:

  • Estoy usando Raspberry Pi, que tiene una lógica de 3.3V. Según la información disponible, 3,3 V no son suficientes para abrir completamente el MOSFET.
  • Quiero que mi carga esté conectada a tierra (tuve que hacer algunas mediciones de voltaje).

Sé lo suficiente de electrónica como para suponer que el uso de MOSFET de canal P, como se muestra en el lado derecho, podría resolver mis dos problemas de un solo golpe. Para GPIO=False=0V MOSFET estará completamente abierto, mientras que GPIO=True=3.3V pone -1.7V en la puerta MOSFET y prácticamente la cierra. Si eso no es suficiente, también podría poner GPIO en el modo de escucha y, por lo tanto, llevar la puerta MOSFET a 5V.

¿Podrías decirme si la idea funcionará? ¿Y qué MOSFET de canal P equivalente a IRLZ44 debo usar?

"MOSFET se abre y deja pasar la corriente a la carga". Quiere decir que se cierra, es lo contrario a un grifo que deja pasar el agua.
¿Cuánta corriente necesita su carga? Además, ¿con qué frecuencia va a encender/apagar la carga?
@dirac16 La corriente máxima es ciertamente inferior a 2 A. La velocidad de encendido/apagado es irrelevante, se encendería/apagaría una vez en unas pocas horas.

Respuestas (5)

En primer lugar, las reglas del sitio establecen que no se deben solicitar recomendaciones de productos, por lo que me saltearé esa parte. Simplemente lea las hojas de datos ya que todo se explicará allí. Si hay algo en una hoja de datos que no comprende, publique una pregunta por separado al respecto.

Ahora, a tu problema. Por lo que creo que está tratando de hacer, es posible que no pueda alternar el PMOSFET por completo, o que tenga alguna dificultad a menos que comprenda las hojas de datos correctamente. Lo que puede ser una idea más fácil es usar un par de MOSFET, donde alterna un MOSFET de canal N para llevar la puerta del canal P a 0V, así:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

He usado este circuito varias veces sin problemas. Sin embargo, como siempre, asegúrese de leer las hojas de datos para asegurarse de que sus componentes puedan hacer lo que desea. No siempre tiene que usar los mismos componentes que se muestran en los circuitos de ejemplo. Base sus componentes en sus propias necesidades. Los circuitos de ejemplo son excelentes para aprender cómo funcionan las cosas, pero no siempre son los más prácticos. Cuando se trata de diseñar su propio circuito basado en un ejemplo, siempre debe considerar sus propias necesidades y basar su elección de componentes en eso, en lugar de simplemente usar lo que sea que tenga el ejemplo.

Este enfoque también tiene la ventaja de que es insensible a la variación de la oferta y los componentes.
Necesita una resistencia de puerta en M1....
Gracias por la respuesta. Como mencioné en mi pregunta, existe la posibilidad de convertir GPIO en modo de escucha (resistencia interna muy alta). ¿Eso no llevaría el voltaje de la puerta a 5V incluso sin el uso de M1 MOSFET? Otro problema es el voltaje de umbral de fuente de puerta del MOSFET M2. Según la hoja de datos, esto está entre -2V y -4V (peligrosamente cerca de -5V). AFAIK para el voltaje umbral de IRLZ44 es de 1 V a 2 V, y aún así 3.3 V no lo abrirá correctamente.
@Trevor_G, ¿hay una resistencia de compuerta en M1?
Quise decir una resistencia en serie, debería haber sido más específico.
@Pygmalion, simplemente elija un MOSFET diferente. Lea las hojas de datos y elija las que se adapten a su aplicación. No tienes que usar los ejemplos de tu circuito es diferente
@Trevor_G ¡Ya veo! ¡Estoy en mi teléfono ahora, así que no puedo editar! pero buen grito
Esto no funcionará para GPIO lógico de 3.3V. Revisé la hoja de datos y también CircuitLab.
Funcionará para la lógica 3V3 si selecciona el NMOSFET actual. Es por eso que agregué a la respuesta que no tiene que usar las partes de ejemplo en el circuito de ejemplo. Encuentre un componente diferente que coincida con sus necesidades. Este circuito funciona. Tienes que dejar de estar tan concentrado en las partes que pareces pensar que tienes que usar. Los NMOSFETS son muy baratos. Obtenga otro y lea la hoja de datos para asegurarse de que se adapte a sus necesidades. lo he dicho un par de veces

El problema con el uso de un MOSFET de canal P del lado alto impulsado por una señal que no se acerca (menos de 0,5 voltios) al voltaje del lado alto es que existe una probabilidad decente de que parezca que todavía está activo cuando cree que tenerlo apagado.

Sin embargo, con un poco de cuidado, puede poner un diodo zener en serie con el voltaje de la unidad GPIO de 3,3 voltios para que esto funcione mejor: -

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Ahora, la puerta se apagará y también se podrá bajar a 2,7 voltios sobre el suelo, lo que significa que habrá 3,3 voltios entre la puerta y la fuente y, con suerte, elegirá cuidadosamente un MOSFET que funcione. Creo que podría elegir un zener de 2,4 voltios, pero está empezando a llegar al punto en que las corrientes de fuga a través del zener aún pueden activar el MOSFET. Mantenga R2 bajo (1 k ish) para evitar que esto suceda.

Alternativamente, use este circuito de dos transistores: -

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Si el suministro del lado alto excede los 15 voltios, se necesita un cuidado adicional para evitar voltajes de ruptura de la fuente de la puerta.

Gracias por la respuesta. El problema es que el voltaje de la fuente es de solo 5V. Además, el MOSFET propuesto tiene un voltaje de umbral de -2V a -4V, peligrosamente cerca del máximo de -5V.
@Pygmalion El segundo circuito que mostré con el circuito adicional funcionará bien desde menos de 5 voltios hasta más de 15 voltios (con el MOSFET apropiado). No estoy proponiendo el MOSFET en la segunda imagen; es un ejemplo del uso del BJT para encender correctamente un MOSFET de canal P (en estas circunstancias).
Realmente me gusta la configuración de su diodo Zener porque es simple, lo cual es realmente importante cuando solo está haciendo electrodomésticos simples en la placa prototipo. Con una corriente de fuga inversa de 50 uA (según la hoja de datos), esto significa que el voltaje de la puerta debe ser de aproximadamente 4,95 V (según mis cálculos), lo que parece ser razonable. Ya pedí un MOSFET NDP6020P y cuando tenga todo junto informaré sobre el resultado.
Personalmente, no me gusta ir demasiado bajo en Vgs. Entonces, la solución zener no es lo que usaría. Si es espacio, puedes encontrar NPN con resistencias integradas (aquí las llaman "NPN digitales"). En caso de SOT23 son iguales o más pequeños que los diodos zener, y el pMOS te lo agradecerá por no "ahogarlo"
@ frarugi87 Pero si usara un microcontrolador lógico de 5 V (por ejemplo, Arduino), pondría GPIO directamente en la puerta y ahogaría aún más al MOSFET. Todo el mundo parece hacerlo. (por ejemplo, respuesta a electronics.stackexchange.com/questions/306243/… )
@Pygmalion, lo que quise decir es que el zener está bien cuando tienes que apagar el mos, pero cuando quieres encenderlo, los Vgs que obtienes son alrededor de 2-2.3V. Esta no es una polarización muy fuerte y su rendimiento se verá afectado (el Rdson será mayor y también lo serán las pérdidas térmicas, mientras que la corriente disponible disminuirá). Si tiene un uC de 5V, obtendrá un Vgs de 5V, lo que suponiendo un Vgs-th de 1V le dará una polarización 4 veces más fuerte que la de 2V, IIRC. Mire la figura 1 en la hoja de datos del [...]
[...] MOS que eligió: las diferencias entre un Vgs de -2.0V y un Vgs de -5.0V son bastante grandes...
@frarugi87 Por supuesto *facepalm*. Olvidé que la caída de voltaje existe en el diodo zener incluso después de la avería. NDP6020P no funcionará en absoluto. Supongo que voy por un convertidor de nivel.
@Andyaka Mis disculpas, revisé demasiadas publicaciones similares usando NFET en la entrada y me perdí ese BJT. Borré mi comentario para no contaminar el hilo. Pero mientras estamos en eso, ¿hay algún beneficio de usar BJT en lugar de un FET? Lo pregunto porque estaba planeando usar un par N+P en un solo paquete (DMG6601LVT-7) para ahorrar espacio en la PCB en la que estoy trabajando.
@Maple debería funcionar bien con un MOSFET.

Aquí hay otro enfoque que usa un N-MOSFET en una configuración de cambio de nivel que no invierte la polaridad de la señal de control.

esquemático

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Debe elegir MOSFET con umbrales de puerta inferiores a 1 V, M1 debe tener un Rds-ON bajo. M2 puede ser un pequeño dispositivo de señal.

Vi R3 como 10 kohm pero es la edad que sabes +1
¿Podrías aconsejarme dónde buscar? Excepto el umbral de puerta bajo y Rds bajo, también necesito corriente alta (al menos 2A). Buscarlo en Google no dio ninguna información útil. Por cierto, ¿qué es Rds y cuál debería ser su valor máximo?
@Pygmalion Visite un sitio web de distribuidores generales como Digikey , etc. Tienen listas de búsqueda parametrizadas que puede usar.
@Pygmalion R_DS (encendido) es la resistencia del drenaje a la fuente mientras el MOSFET está en el estado "encendido", generalmente con un voltaje de puerta citado (por ejemplo, V_GS = 10 V sería un voltaje "tradicional", 4.5 V entra en "lógica -nivel MOSFET"). Ese valor, combinado con la corriente que espera impulsar a través de él, le indicará cuánta energía disipará y qué tipo de enfriamiento puede necesitar.

En primer lugar, esto quería ser más como un comentario, ya que solo trata uno de los aspectos. Para la solución, mi preferida es la solución de Andy alias con NPN (los nMOS deben elegirse cuidadosamente para tener un Vgs-th inferior a 1,5 V, mientras que todos los NPN funcionan).

En cuanto a su pregunta sobre el "modo de entrada", tenga en cuenta que los pines rPI NO son tolerantes a 5V. Esto se debe a que hay un diodo parásito entre la entrada y la fuente de alimentación. En teoría, podría ignorar esto si fuerza una corriente muy pequeña dentro como

esquemático

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De esta manera, está forzando a través del diodo parásito una corriente de (5V-3.3V-0.3V)/100kOhm = 14uA, lo que debería estar bien para el rPI. Sin embargo, tenga en cuenta que el voltaje en la puerta será un poco más de 3,3 V en este caso (digamos 3,6 V).

En consecuencia, es mejor si usa otro transistor (sugiero un NPN como lo propuso Andy) para conducirlo.

En su configuración, el voltaje en la puerta sería de alrededor de 3,3 V, que no es lo suficientemente alto como para cerrar el MOSFET. ¿No sería lo suficientemente segura la solución de diodo Zener de Andy Post? La corriente de fuga inversa típica del diodo Zener es inferior a 50 uA. Desde mi perspectiva de un no profesional, mejor que la solución de transistores es simplemente usar un convertidor de nivel de 3.3V a 5V. No conozco la electrónica detrás del convertidor de nivel, pero al menos no tengo que optimizar transistores y resistencias, que sé casi nada sobre.
Solo para aclarar, generalmente dice que un circuito está "cerrado" cuando fluye la corriente y "abierto" cuando la corriente está bloqueada. Supongo que con "cerrar el MOS" te refieres a inhibir el flujo de corriente. Sí, tiene razón, 3,3 V (por lo tanto, 1,6 V de Vgs) no es suficiente para apagar el MOS. Es por eso que dije que esto era solo un comentario a su pregunta, pero tal vez no quedó claro que este circuito NO es una solución a su problema. Quizás modifique el texto para que esto quede más claro. En cualquier caso, sí, un convertidor de nivel de 3,3 a 5 V es la mejor solución, pero es más caro y más grande. Y con la NPN [...]
solución, no tiene nada que optimizar (prácticamente todos los NPN funcionan a 3,3 V, solo tiene que seleccionar los valores correctos para las resistencias, pero estos no son críticos). Supongo que desea usar el convertidor de 3,3 V a 5 V para alimentar el pMOS, no para impulsar la carga (por lo general, los traductores de nivel de voltaje pueden generar muy poca corriente)
Gracias de nuevo por la respuesta. Entonces, ¿crees que la misma elección de transistor NPN y dos resistencias, como en Andy, también conocida como respuesta, servirá? (por supuesto que cambiaría MOSFET a NDP6020P).
@Pygmalion Creo que puede aumentar el valor en la puerta pMOS a 10-50kOhms, y lo mismo ocurre con el que está en la base de la NPN. El valor no es muy importante (el de la puerta es solo como pull-up, el de la base es para limitar la corriente, byt siempre que la corriente sea mayor que 1/10 de la corriente en el colector está bien).
Por lo general, llama "parásito" a algo que no desea en su circuito, lo que no se colocó allí a propósito. Los diodos de protección ciertamente se agregan a propósito (para lidiar con corrientes inversas como usted explicó), por lo que no son parásitos.

En caso de que no esté impulsando energía para algún dispositivo, pero esté tratando de enviar algunos datos a un dispositivo de 5V, puede hacerlo un poco más fácil.

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Por supuesto, esto significa que el nivel "0" será 0,6 V y el nivel "1" 3,3 + 0,6 = 3,9 V, que es suficiente para muchas aplicaciones.

Además, en el nivel "1", se drenará algo de corriente de la fuente de 5 V a 3,3 V, a través de un diodo parásito, como se describe en "frarugi87", pero eso será solo (5-3.3-0.6)/1000 = 1.1 mA y dado que rPi consume mucho más de 1,1 mA, nunca lo notará. Tal vez si usa algunos modos de suspensión profunda y rPI consume menos de 1,1 mA, entonces debería aumentar R1 a 10k o 100k.

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