MOSFET para conmutación de 12 V, 17 amperios con señal de 3 V [cerrado]

Estoy tratando de encontrar un transistor MOSFET que pueda usar para encender/apagar un dispositivo que tenga una corriente de ~17 amperios y un voltaje de 12 V. Me gustaría poder tomar la señal de 3 V de Raspberry Pi para cambiar encendido/apagado. ¿Alguien tiene alguna sugerencia?

¿No pudo encontrar ninguno de los proveedores habituales o buscando MOSFET de conmutación de 3V? Realmente no veo una pregunta aquí, aparte de compras.
Probablemente hay cientos de opciones. digikey.com/products/en/discrete-semiconductor-products/… Primero, suponiendo que se trata de CC de lo que está hablando, lo más probable es que desee un FET de canal N, y debe seleccionar algo que sea 'nivel lógico', es decir, con Vgs (th) por debajo de 2,5 V más o menos. Reduzca al rango de voltaje y corriente que desee. El resto depende esencialmente del tipo de paquete que estés buscando y del precio.
Resulta que hay más de 3000 en DigiKey que cumplen con esos criterios: digikey.com/short/32tr92 Además, asegúrese de no calificar la corriente o el voltaje demasiado cerca de sus necesidades. Si la corriente y el voltaje reales esperados son 17 A y 12 V, obtenga algo más como 30 A y 25 V. De lo contrario, es más probable que lo dañes.
El voltaje de umbral normalmente se compara con una corriente de drenaje de cientos de microamperios; para una carga de 17A, necesitará mucho más, probablemente más que la salida de 3V del pi. Probablemente necesitará usar un MOSFET de canal P impulsado por un emisor común NPN.
¿17 amperios? Guau. ¿Qué es exactamente lo que estás tratando de conducir aquí?
Esta es una repetición de una pregunta anterior realizada con un nombre diferente (carga = 200 W, calentador de 12 V = 16,7 A)
@Finbarr, no necesariamente, pero es por eso que sugirió Vgs (th) 2.5V o menos y OP debe verificar los gráficos para asegurarse de que la parte seleccionada funcione. Toma este por ejemplo. 3V en la puerta saturarían fácilmente el transistor en 17A.

Respuestas (3)

Los MOSFET de alta potencia no se pueden cambiar directamente a través de 3,3 V. Por lo tanto, es necesario tener una segunda etapa que genere la señal de control. Adjunté un circuito adecuado.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La corriente no es tan alta que esto sea necesario. Este MOSFET puede hacerlo directamente desde 3V.
Gracias por tu comentario. Tiene razón, en realidad hay algunas partes que cumplen con los requisitos. Sin embargo, es una mala práctica controlar directamente los FET desde las salidas de Raspberry.
@AngeloQ En la región lineal, a 3 V, Ron destruirá el dispositivo a 17 A.
@skvery, ¿por qué dices eso? Rdson es de aproximadamente 25 mOhm a 3 V (gs). Sí, más alto de lo que podría lograrse con Vgs más altos, pero no lo destruirá, a menos que la disipación de energía no se trate adecuadamente. Pero eso también se aplicaría a Vgs más altos. Y no sabemos nada sobre el ciclo de trabajo esperado de esta aplicación. Sí, la curva Rdson es pronunciada a 3 V, y una parte diferente podría ser más adecuada si se espera un ciclo de trabajo alto, pero mi objetivo era mostrar que un MOSFET se puede controlar directamente sin otra etapa de transistor.
@auoa. ¿Por qué es una mala práctica conectar FET directamente a un Raspberry Pi GPIO? Si 'aísla' con un BJT, en condiciones de falla aún puede dañar el 'Pi.
El problema con los MOSFET de alta potencia es que tienen una capacidad parásita "grande" entre la puerta y la fuente (tierra). Por lo tanto, primero se necesita una gran corriente del pin (no es bueno para MCU) y se toma un tiempo para cargar y abrir completamente el FET. Además, el FET está en la parte lineal, donde todavía hay una gran resistencia, un voltaje tan grande, pero también una gran corriente a través de él, por lo que genera mucho calor. Cuanto más tiempo permanezca aquí, más calor y la silicona es pequeña y se enfría lentamente, por lo que no es bueno para el FET. Y mientras está medio abierto, la carga tiene solo parte de voltaje y parte de corriente (no es bueno para cargar muchas veces)
Lo mismo ocurre con el cierre del FET: también mucha corriente para MCU y calor para FET. Muchas aplicaciones son para puentes en H, más o menos, donde puede haber otro interruptor complementario abierto y en esta fase ambos están medio abiertos y hacen camino para la corriente, donde no debería ir (atajo). Entonces, incluso si enciende / apaga el pin, el FET lo sigue lentamente y también puede tener efectos secundarios negativos en otros circuitos. A las MCU no les gusta el encendido lento.
(El FET cerrado tiene voltaje completo en la fuente, pero no tiene corriente, por lo que no hay calor. El abierto tiene toda la corriente, pero casi no hay voltaje, nuevamente no hay calor. La mitad abierto tiene tanto corriente como voltaje, mucho calor)
Debe tener una resistencia entre la base del NPN y gnd. Sin él, cuando la MCU se enciende por primera vez, todos los GPIO se configuran como entradas, por lo que es posible que tenga una corriente de fuga más alta o peor si el GPIO se establece de forma predeterminada en la entrada con un pull-up. Desde el primer encendido hasta el momento en que la MCU realmente inicializa el pin para la salida y establece el estado, puede pasar bastante tiempo. Por ejemplo, en el Arduino pueden pasar 10 segundos antes de que se ejecute el código de inicialización (escucha la conexión en serie) y durante este tiempo la carga puede estar encendida o parcialmente encendida. En su caso, solo se necesitan 25 uA para encender el FET.
@gilhad. Incluso con un Ciss muy grande (1000 pf) en un FET, estamos hablando de tiempos de encendido y apagado de <20 uS (la gran mayoría de los cuales están en Vgs bajos, por lo tanto, en condiciones de corriente baja). Cuando considera que la mayoría de los FET de potencia muestran una disipación en cientos de vatios en la SOA para pulsos individuales de 10 uS a 10 mS, no puedo ver el problema. Para el FDP8870 que mostré arriba, la SOA es de 1 kW a 100 us y 100 W a 1 mS. Dudo que esto sea un problema para este dispositivo cambiando un máximo absoluto de 200W (12 * 17) por menos de 20 uS.
@auoa. Lo sentimos, necesita aumentar su resistencia Vbe a 1 kOhm. Con 100 Ohm no puedes encender el transistor.

Mouser tiene una gran tabla para encontrar piezas como esta, y se puede encontrar aquí: gráfico MOSFET

-- editado en base a un comentario de @auoa - solo use una segunda etapa de transistor para activar el MOSFET

¡No debe usar un relé o un convertidor Boost para generar una señal de control para el FET! Solo usa una segunda etapa de transistor.
Edité mi respuesta para reflejar este comentario. Gracias, @auoa

Inicialmente, debe comprender que muchas de las personas en Stack Exchange son profesionales y simplemente no responderán (o peor aún, lo castigarán seriamente por) una pregunta mal formulada.

Mi elección de dispositivo sería BSC019N02KS-G.

Pero no es realmente una respuesta útil a una pregunta no muy bien pensada o formulada, por supuesto. ¿Por qué es una buena elección de dispositivo y qué parámetros lo hacen viable para ti?

Puede comenzar por ser más útil y ampliar la información relevante que proporciona en su pregunta:

  1. Al menos describa la carga, ¿es resistiva, inductiva, un poco de ambas? ¿Tiene sobretensión (como un motor) cuando se enciende?
  2. Si es un aficionado, es probable que tenga limitaciones físicas, como el paquete del dispositivo con el que lidiar. Si está construyendo en una placa de prueba, los dispositivos de montaje en superficie (la mayoría de los dispositivos más nuevos y de alto rendimiento) pueden ser un desafío. En este caso, sabemos que no usará una placa de prueba ya que los contactos no están clasificados para 17 A... ¿verdad?
  3. ¿Necesita un interruptor de lado bajo o lado alto? Esto tendrá un impacto en la arquitectura de conmutador utilizada. Un interruptor del lado bajo podría ser un solo dispositivo, un interruptor del lado alto requeriría más componentes impulsados ​​desde un sistema de 3,3 V.

La única información real que proporcionó es A) 3.3 V impulsado y B) 17 A @ 12 V

Vamos a crear algunos requisitos y encontrar un dispositivo (no habrá miles de opciones). Suposiciones:

  1. Voltaje de accionamiento de 0-3,3 V
  2. Interruptor de lado bajo (objetivo para un solo FET de canal N)
  3. Carga resistiva de 17 A a 12 V (no se requiere amortiguación inductiva)
  4. Necesita pines (no montaje en superficie)

Al buscar un dispositivo adecuado, nunca buscaríamos dispositivos que solo admitieran Idss (continuación) de 17 A. Le sugiero que permita al menos un 10-20% más de capacidad actual... así que busquemos N-Channel FET con, digamos, 19-20 A de capacidad continua, luego mostraré que esto está demasiado cerca de los requisitos, y debe seleccionar una identificación mucho más alta.

Este es mi punto de partida en Digikey (podría hacer lo mismo en Mouser).
Tenga en cuenta que he ordenado la columna de Id (continuo)
Escaneo a través de los dispositivos en el rango de 19-20 A, puede notar los dispositivos con el Vdss requerido, el VGS (umbral) más bajo y el voltaje de la unidad (que afecta RDS (encendido) para satisfacer sus necesidades
Recuerde que el FET es un dispositivo analógico, por lo que aunque muchos (incluyéndome a mí) hablan de FET de nivel lógico, lo que realmente se describe es que el VGS en una corriente particular es útil para circuitos controlados por lógica.

En este caso, detecté un dispositivo que admite Idss = 19 A, VGS (umbral) = 2,5 V, voltaje de accionamiento = 4 V y en un paquete TO-220. ....el ONSemi FDP8870-F085. Su ficha técnica está aquí .

De la hoja de datos podemos encontrar las características de saturación:ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto muestra que podemos esperar que con una unidad de 3,3 V de Raspberry Pi pueda saturar el dispositivo con una carga de 17 A. Si la carga tiene características de sobretensión, por ejemplo, si estuviera manejando un motor que podría detenerse y consumir 3 o 4 veces la corriente de funcionamiento, entonces tendría muchos problemas aquí. El dispositivo dejaría la saturación y la disipación se dispararía y probablemente destruiría su dispositivo.

Pero técnicamente, este dispositivo cumple los requisitos si nunca supera los 17 A a 12 V.

Ahora, ¿cuál podría ser una mejor selección?
Si ahora seleccionamos un dispositivo con Id (cont) de, digamos, 5 * los 17 A, buscaríamos algo alrededor de 85 A ... digamos que buscamos 80-100 A.

Escaneando las tablas se puede encontrar un dispositivo de 80 A, el OnSemi FDP8860, su ficha técnica está aquí .

Las características de saturación son similares a las del FDP8870 (esta vez llamadas características de la región On), pero es capaz de generar una corriente mucho más alta con los mismos Vgs.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, con nuestra unidad de 3.3 V de Raspberry Pi, se podría esperar que estos dispositivos permanezcan saturados hasta una Id de al menos 60 A más. Mucho mejor.

Ambos dispositivos son piezas heredadas (algunos años), pero hay nuevas familias de dispositivos que tienen VGS (umbral) extremadamente bajo llamados Super Logic FET. Estos dispositivos tienen VGS (umbral) < 2 V y una capacidad de corriente de cientos de amperios.

Si busca el Infineon BSC019N02KS-G y compara su hoja de datos, verá que es capaz de conmutar 80 A CC y pulsos de potencialmente cientos de amperios. La desventaja es que la mayoría de estos dispositivos ultramodernos son exclusivamente paquetes SMT y no son muy amigables para los aficionados.

Finalmente, cómo sería el esquema para cualquiera de estos dispositivos:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Realmente debería agregar una resistencia en serie entre GPIO y Gate. ¡De lo contrario, está cargando un condensador sin limitación de corriente!
Dado el tamaño de la capacitancia de la puerta, en mi opinión, no necesita limitación de corriente. Los GPIO tienen una resistencia en serie inherente que puede medir simplemente cargando un GPOI configurado alto y midiendo la caída de voltaje con la carga. Pero si quisiera agregar una resistencia en serie de, digamos, 200 ohmios, no haría daño.
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