마이크로 컨트롤러의 출력 핀에서 MOSFET을 구동하는 것이 안전합니까?

25

2N2222 및 2N3904와 같이 일반적으로 사용 가능한 BJT를 MCU의 "포화 모드"에서 작동시켜 스위치로 사용했습니다. 그러나 이러한 종류의 응용 분야에서는 MOSFET이 더 적합한 장치라고 생각합니다. 그러나 몇 가지 질문이 있습니다.

1) MOSFET에 BJT와 같은 "포화 모드"가 있습니까? 이 "포화"는 MOSFET이 완전히 "온"인베이스에 충분히 높은 전압을 제공함으로써 달성됩니까?

2) MCU에서 직접 MOSFET을 구동하는 것이 안전합니까? MOSFET의 게이트는 커패시터처럼 동작하므로 "충전"하는 동안 약간의 전류가 흐르고 그 후에는 전혀 흐르지 않습니다. 이 충전 전류가 MCU 핀을 손상시키기에 충분히 높습니까? 게이트와 직렬로 저항을 배치하면 핀을 보호 할 수 있지만 스위치 속도가 느려져 MOSFET에 의한 높은 열 방출이 발생할 수 있습니까?

3) 다양한 저전력 상황에 적합한 일반적인 "취미"MOSFET은 무엇입니까? IE, 2N2222 또는 2N3904에 해당하는 MOSFET은 무엇입니까?

microcontroller mosfet

— 표
소스

1

"보다 적절한"것은 바보입니다. 일반적으로 BJT는 저렴하므로 BJT 가하지 않을 경우에만 FET를 사용합니다.

— starblue

11

나는 일반적으로 반대를했습니다 : BJT가 필요하지 않으면 MOSFET을 사용하십시오. 둘 다 싸다. MOSFET의 R_DSON에 의해 낭비되는 전력은 일반적으로 BJT의 V_CESAT보다 적습니다. MOSFET을 스위치 온하지 않고 유지하기 위해 전력 만 지불하면, 특히 스위칭이 드물게 발생하는 경우 트랜지스터와 MOSFET을 구동하는 부품 모두에서 전력 소비가 줄어 듭니다. V_CESAT가 없기 때문에 MOSFET은 일반적으로 레일까지 연결됩니다. 단점은 MOSFET이 저항처럼 보이기 때문에 전체 에지에서 일정한 양의 전류를 끌어 당기지 않는다는 것입니다. 이로 인해 용량 성 부하 전환 속도가 느려집니다.

— Mike DeSimone

14

많은 전력 MOSFET은 고전류 부하에 대해 높은 게이트 전압을 필요로하여 완전히 켜져 있는지 확인합니다. 그러나 로직 레벨 입력이 있습니다. 데이터 시트는 오해의 소지가있을 수 있으며, 종종 첫 페이지에 250mA 전류의 게이트 전압을 제공하며 5A에는 12V가 필요하다는 것을 알 수 있습니다.

MOSFET이 MCU 출력에 의해 구동되는 경우 게이트의 저항을 게이트에 접지하는 것이 좋습니다. MCU 핀은 일반적으로 리셋시 입력이며, 이로 인해 프로그램 실행이 시작될 때까지 게이트가 순간적으로 뜨면서 장치가 켜질 수 있습니다. MCU 출력을 MOSFET 게이트에 직접 연결하여 MCU 출력을 손상시키지 않습니다.

BS170 및 2N7000은 언급 한 BJT와 거의 동일합니다. Zetex ZVN4206ASTZ의 최대 드레인 전류는 600mA입니다. 그래도 3.3V에서 구동 할 수있는 작은 MOSFET을 찾을 수 있다고 생각하지 않습니다.

— 레온 헬러
소스

2N7000의 최대 전류는 200mA이며 2N2222의 최대 전류는 ~ 600mA입니다. 근처에 3.3v MCU로 쉽게 구동 할 수있는 것이 있습니까?

— Mark

1

@ 마크 베어 리 BJT에서 임계 전압을 초과하는 것과 같습니다. 불행히도 MOSFET을 사용하면 지수 특성이 없습니다.

— jpc

1

저는 수년간 직장에서 1.8V의 SC-70 패키지 MOSFET을 구동 해 왔습니다. 확인해야 할 첫 번째 매개 변수는 Mark가 지적한 것처럼 V_GS (th)입니다. n- 채널 인 경우 CMOS 입력의 경우 V_IH 또는 p- 채널의 경우 V_IL과 거의 같습니다. 다시 말해, 그 가치를 넘어서십시오 . 2222 동등 물을 찾고 AO3422 (Digi-Key 785-1015-1-ND)를 찾았습니다. 55V, 2.1A, SOT-23, 최대 2.0V의 V_GS (th), 1.3V typ, 3.3V에서 130mOhms의 r_DSON. P2N2222AG와 동일한 비용. 500mA 부하의 경우 2222의 V_CESAT = 1.0V (500mW 손실) 및 AO3422의 V_DS = 0.065V (32.5mW 손실)입니다. FET가 차가워집니다.

— Mike DeSimone

3

MOSFET을 쇼핑 할 때 기억해야 할 것은 검색 할 때 V_DS 또는 I_D를 조기에 제한하지 않습니다! 이 수치는 특정 구동 부하에서 BJT에 사용되는 것보다 FET의 경우 훨씬 높습니다. AO3422 (V_DS = 55V, I_D = 2.1A)가 유사한 2N2222 (V_CE = 50V, I_C = 0.8A)의 사양보다 훨씬 높은 방법에 주목하십시오. 이것은 효율성 때문입니다! BJT 또는 다이오드 (1N4148 등)에서와 같이 "일반 MOSFET"이 표시되지 않는 이유는 MOSFET이 나중에 더 많은 회사를 만들었을 때 와서 경쟁 업체의 표준 부품을 복사 할 동기가 훨씬 적었 기 때문입니다. .

— Mike DeSimone

2

@MikeDeSimone : "확인해야 할 첫 번째 매개 변수는 Mark가 지적한 것처럼 V_GS (th)입니다. n- 채널 인 경우 CMOS 입력의 경우 V_IH 또는 p- 채널의 경우 V_IL과 거의 같습니다. 즉, 해당 값을 지나서 운전하십시오. " 아니, 아니. 모든 V_GS (th)는 지정된 전류를 지났음을 의미합니다. 디바이스가 지정된 범위의 전류에 대해 완전히 저항 동작을 갖기 전까지 MOSFET은 "온"상태로 간주되지 않습니다. 이것은 V_GS (th)보다 높은 전압을 필요로하며 4.5V-10V 범위 (때로는 더 낮은 전압)의 어딘가에서 보장 된 Rdson 사양까지 지정되지 않습니다.

— Jason S

11

일반적으로 안전하며 "논리 레벨"MOSFET을 선택하면 작동합니다. 참고 것을 "로직 레벨"은 정확히 표준화 된 용어로하지 않는 것, 그것은 반드시 공급 업체 사이트에서 파라 메트릭 검색에서 매개 변수로 표시되지 않습니다 않으며 것입니다 반드시 데이터 시트에 표시됩니다. 그러나 로직 레벨 MOSFET은 종종 부품 번호에 "L"이 있습니다. 예 : IR540 (논리 레벨이 아닌) vs. IRL540 (로직 레벨). 가장 큰 것은 데이터 시트를보고 VGS (임계 값) 값을 확인하고 전류 흐름과 VGS를 나타내는 그래프를 보는 것입니다. VGS (임계 값)가 1.8V 또는 2.1V 정도이고 그래프의 "곡선 무릎"이 약 5 볼트 인 경우 기본적으로 로직 레벨 MOSFET이 있습니다.

로직 레벨 MOSFET의 사양에 대한 예는 다음 데이터 시트를 확인하십시오.

http://www.futurlec.com/Transistors/IRL540N.shtml

그림 3은 내가 언급 한 그래프입니다.

모든 사람들은 여전히 많은 사람들이 안전을 위해 마이크로 컨트롤러와 MOSFET 사이에서 광 아이솔레이터를 사용하는 것이 좋습니다.

— 마음의 범죄
소스

7

Re : saturation : 그렇습니다. 그러나 혼동스럽게도 포화라고하지 않습니다 (실제로 바이폴라 트랜지스터의 선형 영역에 해당). 대신, 데이터 시트와 정격 온 저항 Rdson을 살펴보십시오. 각 부품에 대해 특정 게이트 소스 전압으로 지정되어 있습니다. MOSFET은 일반적으로 10V, 4.5V, 3.3V, 2.5V 중 하나 이상에서 지정됩니다.

I 넣은 것 두 가지 의 MCU를 보호하기 위해 상기 MCU의 출력과 상기 게이트 사이에 레온 언급하고있다 (실제로 I 지상에 MCU로부터 출력 넣어 것)으로,지면에 게이트로부터 하나를 다른 : 회로에 저항 MOSFET에 결함이있는 경우

이 블로그 항목에 대한 추가 토론 .

어떤 MOSFET을 사용할 지에 관해서는 2N3904 / 2N2222와 실제로 평행하지 않습니다.

2N7000은 아마도 가장 일반적이고 가장 저렴한 FET 일 것입니다. 다른 젤리 빈 FET의 경우 Fairchild FDV301N, FDV302P, FDV303N, FDV304P를 살펴 보겠습니다.

다음 스텝 업 (더 높은 전력 레벨)을 위해, TO-220에서 IRF510 (100V) 또는 IRFZ14 (60V)를 살펴 보 겠지만, 이들은 10V 게이트 소스에서 스펙 된 기본 FET입니다. 로직 레벨 FET (IRL510, IRLZ14)에는 4.5V 게이트 소스에서 Rdson이 지정되어 있습니다.

— 제이슨 S
소스

7

MCU 핀에서 게이트까지의 저항은 스위칭 에지를 느리게하여 링잉, 오버 슈트 및 EMI를 줄이기 위해 사용됩니다. 일반적인 값은 10 옴입니다.

— Mike DeSimone

0

질문 3에 대한 답으로 Fairchild FQP30N06L 은 로직 레벨의 MCU에서 고전력 장치를 구동하는 데 이상적입니다. 저렴하지는 않지만 (0.84 GPB) 나 같은 게으른 n00bs에 좋습니다. 12V RGB LED 조명 스트립을 공급하는 데 사용하고 있습니다.

일부 통계 :

Vdss Drain-Source Voltage: 60 V
Id Drain Current: Continuous (TC = 25°C) 32 A
                  Continuous (TC = 100°C) 22.6 A
Vgss Gate-Source Voltage: ± 20 V
Vgs(th) Gate Threshold Voltage: 1.0--2.5 V

따라서 Raspberry Pi의 3.3v는 2.5V 상단 게이트 임계 값보다 높으므로 드레인이 완전히 열립니다.

— 알라 스테 어 맥코맥
소스

MCU에서 직접 구동하지 마십시오. 게이트 커패시턴스로 인해 켜기 / 끄기 시간이 매우 길며 MCU를 오류로부터 보호하지 않습니다.

— Jason S

더 중요한 것은 3.3V가 게이트 임계 값보다 높다고 해서 스위치가 완전히 켜진 것은 아닙니다 . 모든 것은 전류가 주어진 임계 값 (FQP30N06L의 경우 250uA) 이상임을 보장한다는 것입니다. FQP30N06L은 5V 이상의 전압으로 구동되도록 설계되었으며, 이는 온 저항을 지정하는 최소 전압입니다. 이보다 낮 으면 Vgs 임계 값의 250uA 전류를 초과하는 장치 동작을 보장 할 수 없습니다.

— Jason S

JasonS 안녕하세요, 내 무지를 용서하십시오. 5V가 최소로 지정된 사양에는 표시되지 않습니다. 그래프 데이터는 게이트의 ~ 3.3V가 드레인 @ 25V에서> 10A를 허용하므로 내 목적에 이상적입니다 (5A @ 12V). 보호를 위해 게이트와 접지 사이에 10KΩ 저항을 배치하고 MCU 핀과 게이트 사이에 비슷한 크기의 저항을 배치하려고합니다. 이것으로 충분합니까?

— Alastair McCormack

"그래프 데이터는 다음을 보여줍니다 ..."데이터 시트의 특성 그래프 데이터는 거의 항상 최악의 경우가 아니라 일반적인 성능을 나타냅니다 . 다시 말해, 이는 극단적 인 것이 아니라 평균적인 동작이므로 모든 장치에 유효하다는 것을 의지 할 수는 없습니다. 그들이 포함하는 이유는 상대 동작 (게이트 전압이 증가하고 드레인 전압이 증가함에 따라 전류가 증가 함)이 보편적이기 때문입니다.

— Jason S

1

2 페이지 ( "특성")를 참조하십시오. Vgs = 10V (최대 35mohm) 및 Vgs = 5V (최대 45 mohm) 인 Rdson에 대한 두 가지 사양을 제공합니다. 보호에 관한 한 ... 글쎄, 내 기사 embeddedrelated.com/showarticle/77.php를 참조하십시오 -풀다운 저항은 상당히 높을 수 있습니다. 그러나 실제로 3.3V 로직의 게이트 구동 회로가 필요합니다. FQP30N06L이 켜질 것을 보장하는 데 필요한 전압이 없습니다. 일부 장치는 3.3V에서 상당히 높은 Rdson을 가질 수 있고 (또는 여전히 정전류 범위에있을 수 있음) 과열 될 수 있습니다.

— Jason S