나는 실제로 전자 전문가가 아니라 소프트웨어 엔지니어입니다 (따라서 바보 같은 질문을하는 경우 변명).
1.8V 정격의 마이크로 컨트롤러 GPIO 출력을 사용하려고합니다. 이 핀이 높아지면 12V 릴레이를 활성화하고 싶습니다. 프리 트로닉스 의 N 채널 MOSFET을 사용하고 있습니다.
MOSFET의 사양은 여기에서 확인할 수 있습니다 .
어떤 이유로 1.8V가 1.5V 분으로 지정되었지만 MOSFET을 구동하는 데 1.8V가 충분하지 않은 것 같습니다. 1.5V AA 배터리를 사용하여 독립형 설정을 시도했지만 작동하지 않습니다. 그러나 동일한 설정으로 3.3V를 적용하면 작동합니다 (배선이 정상임을 알 수 있습니다).
불행히도 내 마이크로 컨트롤러 (Intel Edison)에는 1.8V GPIO 만 있습니다.
뭔가 빠졌습니까? 이 작업을 어떻게 수행 할 수 있습니까? 다른 MOSFET을 사용해야합니까? 그렇다면, 어느 것입니까?
도와 주셔서 감사합니다.
답변:
슬프게도이 설정이 작동하지 않습니다. 데이터 시트를주의 깊게 살펴보면 MOSFET의 임계 값 전압이 1.5V ~ 2.5V이며 1.8V가 일반적입니다.
운이 좋으며 임계 값이 1.5V (최상의 경우) 인 표본이 있다고 가정하더라도 Vgs 전압이 해당 값에 도달 할 때 MOSFET이 마술처럼 켜지는 것은 아닙니다. 이는 MOSFET이 간신히 작동하는 데 필요한 최소 전압입니다. 데이터 시트의 해당 라인에서 임계 값 전압이 스캔 250μA의 Id로 지정되어 있음을 알 수 있습니다. 이 레벨의 전류는 공통 릴레이를 안정적으로 작동하기에 충분하지 않습니다.
참고 : (주석에서 @SpehroPefhany가 지적한 바와 같이) 이들은 25 ° C의 값입니다. 주변 온도가 더 낮 으면 (예 : 겨울, 추운 기후, 추운 방에 배치 된 회로) MOSFET이 예열 될 때까지 해당 레벨의 Vgs 전류가 훨씬 작아집니다!
MOSFET을 폐쇄 스위치로 사용하려면 ON 영역, 특히 옴 영역, 즉 (작은 값) 저항으로 동작하는 출력 특성의 일부로 MOSFET을 구동해야합니다 .
보시다시피, 표시된 곡선은 더 높은 Vgs 값 (~ 2.8V 이상)에 해당합니다. Rds (on) 그래프를보고있는 문제, 즉 "스위치의 저항"을보다 잘 이해할 수 있습니다.
오른쪽 그래프에서 Rds (on)은 전류에 따라 크게 달라지지 않지만 왼쪽의 그래프는 또 다른 이야기를 보여줍니다. ~ 4V 미만에서 Vgs를 낮추면 저항이 급격히 증가합니다.
요약하면 :이 MOSFET은 1.8V만으로 켤 수 없습니다. 최소한 최악의 상황에서 작동 할 수 있도록 충분한 Vgs를 제공해야합니다. , 즉 Vgs (TH) = 2.5V . 그리고 이것은 3.3V에서의 실험에 의해 확인됩니다.
@Lorenzo는 이것이 왜 자신에게 효과가 없는지 설명했으며, 그것이 효과가 없다면 한계가 있기 때문에 더 나빠질 수 있습니다.
적합한 MOSFET (AO3416)의 사양은 다음과 같습니다.
Rds (on)는 1.8V Vgs 및 34m 에서 보장됩니다. 1.8V 공급 또는 온도에 대한 허용 오차로 인해 조금 더 높더라도 되지만 12V 릴레이를위한 충분한 드라이브입니다.
일반적으로 Vgs (th)를 사용하여 MOSFET이 대부분 꺼져있는시기를 결정하고 Rds (on)이 지정되어있는 전압을 결정하여 MOSFET이 주로 켜져있는시기를 결정해야합니다.
데이터 시트의 그림 2와 3은 아래와 같습니다.
그림 2에서 약 2V 미만의 Vgs의 경우 드레인 전류는 0에 가까우며 3V의 Vgs를 사용하면 채널이 크게 향상됩니다.
그것은 당신의 실험과 일치하며, 회로가 작동하게하려면 게이트에 더 많은 전압이 필요하다는 것을 보여줍니다.
그림 3은 Vgs가 떨어질 때 Rds (on)이 매우 빠르게 높은 값으로 상승하는 방법을 보여줍니다. 20 암페어의 Id에 대해 주어 지더라도 곡선의 기울기는 회로에서 비슷하며 궁극적 인 효과는 다음과 같습니다. Vgs가 충분히 낮아지면 릴레이 코일 및 DC 전원과 직렬로 연결된 Rds (on)은 릴레이 코일을 통한 전류를 작동 할 수없는 지점으로 제한하기에 충분히 높은 값으로 상승합니다. .
릴레이가 작동 할 수있을만큼 Rds (on)가 충분히 낮아질 것을 보장하는 데 필요한 게이트 구동 장치가 없기 때문에 가장 쉬운 방법은 MOSFET을 젤리 빈 바이폴라 트랜지스터로 대체하고베이스를 구동하는 것입니다. 1.8 볼트 신호의 저항을 통해 트랜지스터.
다른 답변은 질문의 FET가 작동하지 않는 이유를 잘 설명했습니다. 솔루션에 중점을 둘 것입니다.
하나는 목적을 위해 설계된 FET를 사용하는 것입니다. 예를 들어 FDN327N .
저렴하고 쉽게 구할 수 있고 신뢰할 수있는 또 다른 솔루션은 일반 NPN 바이폴라 접합 트랜지스터를 사용하는 것입니다.
적절한 저항을 결정하려면 계전기의 최소 저항 Rlmin과 12V 전원의 최대 값 (예 : V12max = 13.6V)을 찾아 컬렉터 Ic = V12max / Rlmin의 최대 전류를 제공하십시오 (포화 전압을 엔지니어링 마진으로 유지) . 이 전류의 포화 상태에서 NPN 트랜지스터의 최소 게인을 찾으십시오 (합리적으로 지나치게 보수적 인 것이 아니라 BC848C 데이터 시트를 엄격히 말해서).포화시 최소 게인 Gmin 20 만 보장하지만 C 등급의 Vce 5V에서 420 분은 G = 50을 사용하기에 충분한 신뢰를 줄 수 있습니다. 베이스에서 목표로해야하는 최소 전류는 Ib = Ic / Gmin입니다. 그런 다음 DATA 포트를 구동하는 디바이스의 최소 공급 전압 V1_8min을 고려하고로드 Ib에서 해당 DATA 포트의 하이 사이드 FET에서 최대 정격 드롭 아웃 Vdrop을 빼고 VBE (ON) 에서 0.75V 정도 Ic에서의 포화 및 최대 저항은 Rmax = (V1_8min-Vdrop-V BE (ON) ) / Ib로 나옵니다 .
V1_8min-Vdrop-V BE (ON) 이 음수이면 합의 세 값에 대한 보수적 인 추정치가 덜 필요하며, 이는 보수적 인 (증가 된) Gmin에 의해 도움이 될 수 있으며 Ib를 감소시킵니다.
또한 DATA 포트의 전류가 최대 정격을 초과하지 않도록해야합니다 (이를 위해 최대 V1_8, 최소 하이 사이드 드롭 아웃 및 V BE를 고려해야합니다 ). 그것이 초과되면, 우리는 저항을 증가시키고 (특히 Gmin의) 보수적 인 추정을 덜 정당화해야합니다.