Microcontrolador 3v3 que controla un MOSFET que necesita 5V

Estoy diseñando un controlador de calentador que tiene un voltaje de entrada principal entre 12 y 24 V. Todo, excepto el calentador, funciona con 3V3, incluido el microcontrolador, los LED, los potenciómetros y el MOSFET.

El problema es que el MOSFET no funcionará con todo su potencial, http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/NTD5406N-D.PDF La figura 2 muestra que 3V3 limita la corriente a unos 5-6 amperios. Necesito cambiar hasta 8 amperios.

Como solución, he considerado lo siguiente:

  • El uso de un regulador de 5 V con un pin de apagado (LP2951) no es ideal para PWM.
  • Usando un regulador de 5V un cambiador de nivel.

Estoy planeando fabricar 1,000, por lo que mi objetivo es contar con un bajo número de piezas y ser confiable, el costo siempre es una consideración, pero alrededor de $ 0.50 (cualquiera de las soluciones anteriores) no es demasiado costoso.

Dado que no necesito mucha corriente (<1 mA) y solo necesito un poco más de voltaje (<4 V en total) en el MOSFET, ¿podría usar con seguridad un diodo Zener o una referencia de voltaje? ¿Cómo sería ese circuito? El par de intentos que hice para simular este tipo de circuitos no funcionó.

Editar:

Creé una simulación de lo que creo que es la respuesta de Alex. ¿Alguien podría verificar mi comprensión? Simulación del circuito de Alex Si esto funcionara en el "mundo real", me gusta. Sencillo y no requiere otro Regulador de Voltaje. FYI: El Zener en la foto es 5V1 y la entrada ("L") es 3V3.

Still del circuito en simulación

¿Necesita PWM de alta frecuencia para un calentador? Creo que será suficiente una frecuencia bastante baja, ya que el calor tardará bastante en distribuirse uniformemente.
Mi plan es 500-1kHz PWM y uso un % de ciclo de trabajo establecido para hacer funcionar el calentador. Es un elemento pequeño, por lo que una fuerte brisa puede hacer que se enfríe demasiado para usarlo. Entonces, un PWM de 1 Hz podría funcionar, pero podría ser un poco lento.
Es posible que desee considerar un MOSFET alternativo. El NTMFS4897 tiene especificaciones similares a la que seleccionó, pero puede manejar 40A Id a 3v Vgs (Figura 2 en la hoja de datos).
@tcrosley Por supuesto, más simple es mejor, si desea agregar su comentario como respuesta, lo marcaré. ¡Gracias!
Hecho. También agregué un enlace a la página de Digi-Key donde puede comprarlo.
No debe tener esa resistencia de elevación a 24 V en la base del BJT, sino subirla a su suministro lógico de 3,3 V, de lo contrario corre el riesgo de exponer alto voltaje a su señal de control. También recomendaría una resistencia de 100 ohmios o de valor similar en la entrada para limitar la corriente de base. Alternativamente, reemplace el BJT con otro MOSFET pequeño como un BS170, ya que la corriente base no es un problema.

Respuestas (3)

Es posible que desee considerar un MOSFET alternativo. El NTMFS4897 tiene especificaciones similares a la que seleccionó, pero puede manejar 40A Id a 3v Vgs (Figura 2 en la hoja de datos).

Puede obtenerlo de Digi_Key por $ 1.75.

Lo que probablemente desee hacer es agregar otro transistor pequeño (NPN o NMOS) en una configuración de drenaje abierto como búfer. Entonces, lo que haría es agregar una resistencia pull up a la puerta en su transistor actual y luego usar el nuevo transistor para tirar de la puerta a tierra para apagarlo. También querrá agregar un pull up al nuevo transistor para que apague el transistor de potencia de manera predeterminada. Puede agregar un diodo Zener para limitar el voltaje de la puerta. El voltaje de control terminará siendo invertido, pero debería poder encender el transistor por completo.

Exactamente. VGS necesita un mínimo de 5 V para la solución de operaciones y puede tomar hasta 20 V, por lo que siempre que Vin no pase eso, funcionará.
Ver pregunta Editar para seguimiento.
Sí, eso es exactamente lo que quería decir.
El único problema que se me ocurre con ese circuito podría ser la secuencia de la fuente de alimentación. Si el riel de 24 voltios sube antes que el riel del microcontrolador, entonces la base de ese transistor se mantendrá baja a través de los diodos de protección ESD en su microcontrolador. Podría ser una buena idea agregar un NPN más con un menú desplegable en la base frente a lo que tiene allí para invertirlo nuevamente y evitar este problema.
@ alex.forencich Buen punto, quizás también se podría usar un pin de salida de colector abierto en el microcontrolador (algunos PIC los tienen). El voltaje base nunca será muy alto, por lo que el pin es seguro.
El zenner en el circuito podría reemplazarse con dos alegres LED blancos o azules de 3V en serie que se encenderían con el MOSFET.

Si considera que el costo de < $ 0.50 es aceptable, una solución elegante es usar un controlador de puerta MOSFET como el Microchip MCP1401 / 2 .

Proporciona cambio de nivel, así como una salida amortiguada que puede conducir aproximadamente medio amperio a la puerta MOSFET para que cambie rápidamente.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Por supuesto, podría construir esto con transistores discretos: 3 BJT y un par de resistencias, lo que tendría una lista de materiales de unos pocos centavos.

De acuerdo, he usado estos chips en múltiples circuitos de calefacción, siempre funcionan muy bien. Es bueno tener el gatillo Schmidt integrado también.
Microcontrolador 3v3 que controla un MOSFET que necesita 5V
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v