Ein 1,5-V-MOSFET reagiert nicht auf einen Gate-Eingang von 1,8 V.

Ich bin nicht wirklich ein Elektronikspezialist, sondern ein Softwareentwickler (also entschuldigt, wenn ich dumme Fragen stelle).

Ich versuche, einen GPIO-Ausgang des Mikrocontrollers mit 1,8 V zu verwenden. Wenn dieser Pin hoch wird, möchte ich ein 12-V-Relais aktivieren. Ich benutze einen N-Kanal-MOSFET von Freetronics

Die Spezifikationen für den MOSFET finden Sie hier .

Aus irgendeinem Grund scheinen die 1,8 V nicht ausreichend zu sein, um den MOSFET anzusteuern, obwohl er für 1,5 V min spezifiziert ist. Ich habe versucht, ein eigenständiges Setup mit einer 1,5-V-AA-Batterie durchzuführen, und das funktioniert auch nicht. Aber wenn ich 3,3 V mit dem gleichen Setup anlege, funktioniert es (nur damit Sie wissen, dass meine Verkabelung in Ordnung ist).

Leider hat mein Mikrocontroller (Intel Edison) nur 1,8-V-GPIOs.

Vermisse ich etwas Wie kann ich das zum Laufen bringen? Soll ich einen anderen MOSFET verwenden? Und wenn ja, welches?

Deine Hilfe ist sehr Willkommen.

Leider funktioniert dieses Setup nicht. Wenn Sie das Datenblatt sorgfältig prüfen, wird festgestellt, dass der MOSFET eine Schwellenspannung aufweist, die garantiert zwischen 1,5 V und 2,5 V liegt, wobei 1,8 V typisch sind.

Selbst wenn Sie Glück haben und eine Probe haben, deren Schwelle bei 1,5 V liegt (bester Fall für Sie), bedeutet dies nicht, dass sich der MOSFET auf magische Weise einschaltet, wenn seine Vgs-Spannung diesen Wert erreicht. Dies ist die minimale Spannung, die erforderlich ist, damit der MOSFET nur knapp leitet: In dieser Zeile des Datenblattes können Sie feststellen, dass die Schwellenspannung bei knapp 250 μA Id angegeben ist. Dieser Strompegel reicht nicht aus, um ein gemeinsames Relais zuverlässig zu betreiben.

Hinweis: (wie von @SpehroPefhany in einem Kommentar hervorgehoben) Dies sind die Werte bei 25 ° C. Wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist (z. B. Winter, kaltes Klima, Stromkreis in Kühlräumen), ist der Strom bei diesem Vgs-Wert noch geringer, bis sich der MOSFET erwärmt!

Um einen MOSFET als geschlossenen Schalter zu verwenden, müssen Sie ihn in den EIN-Bereich und speziell in den ohmschen Bereich treiben , dh in den Teil der Ausgangseigenschaften, in dem er sich als (kleiner Wert) Widerstand verhält:

Wie Sie sehen können, entsprechen die gezeigten Kurven höheren Werten von Vgs (~ 2,8 V oder höher). Sie können das Problem besser erkennen, wenn Sie sich das Rds (on) -Diagramm ansehen, dh "den Widerstand des Schalters":

Aus der Grafik auf der rechten Seite können Sie ersehen, dass Rds (on) nicht stark mit dem Strom variiert, aber die Grafik auf der linken Seite erzählt eine andere Geschichte: Wenn Sie Vgs unter ~ 4V senken, erhalten Sie einen steilen Anstieg des Widerstands.

Zusammenfassend: Dieser MOSFET kann nicht mit nur 1,8 V eingeschaltet werden. Zumindest sollten Sie genügend Vgs bereitstellen, damit es im schlimmsten Fall funktioniert, dh Vgs (TH) = 2,5 V. Und dies wird durch Ihr Experiment bei 3,3 V bestätigt.

@ Lorenzo hat erklärt, warum dies bei ihm nicht funktioniert, und wenn es funktioniert hätte, wäre es marginal, was als schlimmer angesehen werden könnte.

So sieht eine Spezifikation für einen geeigneten MOSFET (AO3416) aus:

$\Omega$

Im Allgemeinen sollten Sie Vgs (th) verwenden, um zu bestimmen, wann der MOSFET größtenteils ausgeschaltet ist, und die Spannung (en), bei der Rds (on) angegeben ist, um zu bestimmen, wann er meistens eingeschaltet ist.

Die Abbildungen 2 und 3 aus dem Datenblatt sind unten dargestellt.

Beachten Sie in Abbildung 2, dass bei einem Vgs von weniger als etwa 2 Volt der Drainstrom nahe Null liegt, während bei einem Vgs von 3 Volt der Kanal gut verbessert wird.

Dies stimmt mit Ihrem Experiment überein und zeigt, dass Sie mehr Spannung am Gate benötigen, damit Ihre Schaltung funktioniert.

Abbildung 3 zeigt, wie der Rds (on) sehr schnell auf einen hohen Wert ansteigt, wenn Vgs fällt, und obwohl er für einen Id von 20 Ampere angegeben ist, ist die Steigung der Kurve in Ihrer Schaltung ähnlich, mit dem letztendlichen Effekt Wenn Vgs niedrig genug wird, steigt Rds (ein) - das mit der Relaisspule und der Gleichstromversorgung in Reihe geschaltet ist - auf einen Wert an, der hoch genug ist, um den Strom durch die Relaisspule bis zu einem Punkt zu begrenzen, an dem keine Betätigung mehr möglich ist .

Da Sie nicht über die erforderliche Gate-Ansteuerung verfügen, um sicherzustellen, dass Rds (on) niedrig genug ist, damit das Relais funktioniert, besteht der wahrscheinlich einfachste Ausweg darin, den MOSFET durch einen Jellybean-Bipolartransistor zu ersetzen und die Basis des MOSFET anzusteuern Transistor durch einen Widerstand mit Ihrem 1,8-Volt-Signal.

Andere Antworten haben genau erklärt, warum der FET in der Frage nicht funktioniert. Ich werde mich auf Lösungen konzentrieren.

Eine besteht darin, einen FET zu verwenden, der für diesen Zweck entwickelt wurde; zB FDN327N .

Eine andere billige, leicht zu beschaffende und zuverlässige Lösung ist die Verwendung eines einfachen NPN-Bipolartransistors.

Um den geeigneten Widerstand zu bestimmen, ermitteln Sie den minimalen Widerstand Rlmin des Relais und den maximalen Widerstand der 12-V-Versorgung (z. B. V12max = 13,6V), sodass Sie den maximalen Strom im Kollektor Ic = V12max / Rlmin erhalten (wobei die Sättigungsspannung als technischer Spielraum erhalten bleibt). . Finden Sie die minimale Verstärkung des NPN-Transistors bei Sättigung für diesen Strom (seien Sie in diesem Fall eher vernünftig als übermäßig konservativ; genau genommen das BC848C-Datenblattgarantiert nur eine minimale Verstärkung Gmin von 20 bei Sättigung, aber die 420 min für Vce von 5 V für die Klasse C geben uns möglicherweise genug Vertrauen, um G = 50 zu verwenden). Der minimale Strom, den wir in der Basis anstreben sollten, ist Ib = Ic / Gmin. Dann müssen wir die minimale Versorgungsspannung V1_8min des Geräts berücksichtigen, das den DATA-Port ansteuert, den maximalen Nennausfall Vdrop auf dem High-Side-FET dieses DATA-Ports unter Last Ib subtrahieren, weitere 0,75 V oder so für V _{BE (ON)} bei Sättigung bei Ic, und der maximale Widerstand ergibt sich als Rmax = (V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} ) / Ib.

Wenn V1_8min-Vdrop-V _{BE (ON)} negativ wird, benötigen wir weniger konservative Schätzungen der drei Werte in der Summe, was durch ein weniger konservatives (erhöhtes) Gmin unterstützt werden kann, das Ib verringert.

Wir müssen auch sicherstellen, dass der Strom im DATA-Port seine maximale Nennleistung nicht überschreitet (hierfür müssen wir das Maximum V1_8, das Minimum High-Side-Dropout und V _BE berücksichtigen ). Wenn dies überschritten wird, müssen wir den Widerstand erhöhen und weniger konservative Schätzungen (insbesondere von Gmin) rechtfertigen.