Использование Mosfet и P-V N-канал

25

Я пытаюсь использовать Arduino для включения / отключения 12V соленоида. Я использовал H-мост и получил, что работает нормально. Затем я решил упростить вещи и получить один Mosfet вместо многоканального H-моста и очень запутался. Я пытаюсь понять, как правильно использовать Mosfet с P-каналом (или N-каналом) в этой настройке, и наткнулся на этот пример схемы в Google:

образец схемы

Почему задействован другой транзистор (2N3904) и почему на нагрузке имеется диод?

Я понимаю , что Р-канал активируется , когда Vgate доводятся высокими (выше Vsource + Vdrain ), следовательно, подтягиванием, но почему дополнительный транзистор? Разве MCU (в данном случае PIC) не должен делать то же самое?

Кроме того - в сценарии, когда все, что я делаю, включает или выключает нагрузку (как мой соленоид), есть ли причина использовать N-канал против P-канала?

kolosy
источник
1
Я новичок в этом - какое программное обеспечение вы используете для создания этих изображений?
Андрей Мао
просто
погуглил мосфец
1
Используемое программное обеспечение, скорее всего, Proteus.
Rrz0

Ответы:

29

Сравните действия P и N канала MOSFET в вашей цепи.

(Я оставил переходный транзистор, чтобы облегчить сравнение.)

введите описание изображения здесь

Выход PIC не любит подключения к 12 В, поэтому транзистор действует как буфер или переключатель уровня. Любой выходной сигнал от PIC более 0,6 В (выход) включит транзистор.

КАНАЛЬНЫЙ МОП-транзистор . (Нагрузка подключена между стоком и землей)

Когда выход PIC НИЗКИЙ, транзистор ВЫКЛ, а затвор МОП-транзистора P ВЫСОКИЙ (12 В). Это означает, что P MOSFET выключен.

Когда выходной сигнал ПИК ВЫСОКИЙ, транзистор включается и тянет затвор полевого МОП-транзистора. Это включает МОП-транзистор и ток протекает через нагрузку.

КАНАЛЬНЫЙ МОСФЕТ . (Нагрузка подключена между стоком и + 12В)

Когда выход PIC НИЗКИЙ, транзистор ВЫКЛ, а затвор МОП-транзистора P ВЫСОКИЙ (12 В). Это означает, что N MOSFET включен, и ток будет течь через нагрузку.

Когда выходной сигнал ПИК ВЫСОКИЙ, транзистор включается и тянет затвор полевого МОП-транзистора. Это выключает МОП-транзистор.

«Улучшенная» схема MOSFET .

Мы могли бы исключить транзистор, используя цифровой тип N-МОП-транзистора - для его работы требуется только сигнал 0-5 В с выхода PIC, и он изолирует выходной контакт PIC от источника питания 12 В.

введите описание изображения здесь

Когда выход PIC ВЫСОКИЙ, МОП-транзистор включается, а когда он НИЗКИЙ, МОП-транзистор выключается. Это точно так же, как оригинальная схема P MOSFET. Последовательный резистор был уменьшен для облегчения включения, выключения за счет более быстрой зарядки или разрядки емкости затвора.

Выбор устройства в основном зависит от ваших требований к дизайну, хотя в этом случае цифровой MOSFET типа N выигрывает с точки зрения простоты.

Джим Дирден
источник
В «улучшенной» схеме не должен ли быть резистор между затвором и землей, чтобы гарантировать, что FET снова понижается после того, как микроконтроллер возвращает напряжение обратно к 0?
Captcha
1
@captcha Выходной контакт рис эффективно заземляет затвор через резистор 100R и выключает MOSFET. Добавление дополнительного резистора не будет иметь никакого эффекта.
Джим Дирден
Вау, это отличная новость, так как я всегда включал этот резистор в свои конструкции MCU. Когда пространство дороже, каждый помогает. Благодарность!
Captcha
Каналы P-канала имеют более высокое сопротивление ON из-за подвижности нижнего отверстия
Autistic
2
@diegoreymendez Нет. Источник затвора фактически является «конденсатором», поэтому небольшой последовательный резистор (в данном случае 100 Ом) ограничивает начальный ток зарядки / разрядки с / на выход ПИК. Это также предотвращает любые возможные колебания из-за индуктивности в дорожке печатной платы / соединительном проводе. Игнорирование сопротивления ввода / вывода (которое увеличило бы значение резистора) пикового тока является простым расчетом по закону Ома. 5/100 = 50 мА. После 5 постоянных времени это практически ноль. Если входная емкость составляет 2000 пФ, постоянная времени = (CR) = 0,2 мкс. Как и большинство расчетных расчетов, это упрощение и компромисс.
Джим Дирден
5

Биполярный транзистор присутствует в качестве драйвера для MOSFET. Несмотря на то, что для постоянного тока, полевые транзисторы имеют очень высокое сопротивление и поэтому выглядят как открытые цепи, они на самом деле емкостные. Для того, чтобы включить, заряд должен быть передан в них, и для этого требуется текущее вождение.

BJT (и общая схема) также имеет следующие преимущества: небольшое и предсказуемое напряжение при включении. Вы можете заменить различные BJT там, и поведение будет аналогичным.

Еще одним преимуществом дополнительного транзистора является то, что дополнительный транзисторный каскад имеет усиление по напряжению, что помогает создать более резкий переход от выключенного к включенному с точки зрения входа.

Чтобы использовать небольшой положительный сигнал для включения цепи, необходимо использовать NPN-транзистор. Но выход этого инвертирован, с нагрузкой высокой стороны, и поэтому используется МОП-транзистор с P-каналом. Это имеет еще одну приятную особенность, которая заключается в том, что нагрузка контролируется с положительной стороны, и поэтому остается заземленной, когда транзистор отключен.

Схематический символ для MOSFET выглядит как устройство истощения (так как канал отображается сплошным, а не как три секции). Это, вероятно, просто ошибка. Схема выглядит как обычная установка режима улучшения.

P-канал MOSFET активируется, когда затвор понижается. Он нарисован "с ног на голову". Думайте об этом как аналог PNP BJT.

Диод «маховик» замыкает цепь индуктивной нагрузки, когда транзистор / переключатель размыкается. Индуктор пытается поддерживать постоянный ток в одном и том же направлении. Обычно этот ток протекает через петлю транзистора. Когда он внезапно отключается, он протекает через петлю диода, так что его направление через нагрузку одинаково, и это означает, что он течет в противоположном направлении через диод. Для этого продолжения тока индуктор должен генерировать «обратную ЭДС»: напряжение, направление которого противоположно тому, которое было ранее приложено к нему.

Kaz
источник
2

Вы должны добавить 4k7 от затвора к земле, чтобы избежать того, чтобы ваш FET проводил, когда ваш io-pin высокоимпедансный или не подключен. В этом случае простой заряд от вашей руки может активировать mosfet, и есть вероятность, что он будет непрерывно управлять вашей цепью, даже если на выводе затвора нет питания.

отметка
источник
2
Когда вы говорите «вы», кого вы имеете в виду: Колосы (ОП) или Джим? Обратите внимание, что схема в OP имеет МОП-транзистор с P-каналом (в противоположность N-каналу) и подтягивающее усилие 10 тыс. В затворе. Это подтягивание делает именно то, что вы описываете.
Ник Алексеев
2
  1. Почему задействован другой транзистор (2N3904)? - чтобы драйвер затвора не видел сопротивление менее 10 кОм (сопротивление). Резистор 10 кОм и BJT на самом деле не являются обязательными, но элегантно, если их добавить. Редактировать: Ой, важно, чтобы ШИМ работал правильно. он инвертирует цифровой сигнал, который необходим для работы PNP так, как вы хотите. вы все равно можете опустить BJT, если вы можете инвертировать управляющий сигнал до выхода.

  2. И почему через нагрузку диод? - потому что индуктивные нагрузки (соленоиды, двигатели и т. д.) заставляют токи течь в другом направлении после выключения. Поскольку вы используете ШИМ для управления чем-либо, оно в основном быстро включается и выключается. Вы включаете двигатель, ротор начинает вращаться, вы выключаете его, ротор все еще вращается, а затем действует как генератор, заставляя ток течь в другом направлении. Эта обратная полярность может повредить компоненты, но сразу же после того, как диод будет добавлен, он будет отменен.

cr4qsh0t
источник
Как тогда реле или соленоид создают такое обратное напряжение? Это «обратный» диод, и он предназначен для ограничения индуктивного «KICK», который транзистор (BJT или FET) будет видеть при отключении питания. Простое обращение ничего не даст, однако, когда ток обрезается, индуктор (к которому относятся двигатели, реле и соленоиды) будет генерировать намного большее отрицательное напряжение, поскольку он сбрасывает ток. Этот удар может быть НАМНОГО больше, чем напряжение источника, и это то, что наносит ущерб. См en.wikipedia.org/wiki/Flyback_diode
GB - AE7OO
1

Это непосредственно относится к теории полевых МОП-транзисторов. Диаграмма показывает полевой МОП-транзистор, который работает с уравнением Шокли: ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. Очевидно, что микроконтроллер работает с выходом 5 Вольт, и если вы используете его непосредственно в качестве напряжения затвора, вы не сможете получить максимальный ток от источника питания (12 В выше). Второй транзистор работает как буфер, а также изолятор для этой цели. И о диоде: этот диод почти всегда используется для нагрузок, которые содержат катушки (как двигатель или реле). Целью является подавление обратного тока, создаваемого катушкой в ​​качестве индуктора. Этот обратный ток может повредить ваш MOSFET.

Позвольте мне объяснить диодную часть: предположим, у нас есть переключатель, подключенный к резистору, а затем к катушке индуктивности (SW-RL-> Ground). проблема возникает, когда переключатель размыкается очень быстро, что означает внезапный нулевой ток в цепи, но мы знаем, что катушки индуктивности не пропускают внезапный нулевой ток (VL = L di / dt). Это означает, что катушка индуктивности ищет короткий путь для сброса тока, и единственный способ - создать «искру» между головками выключателя. Мы можем увидеть это явление, подключив питание постоянного тока к небольшому двигателю постоянного тока. Мы можем видеть, что хотя двигатель не работает с высоким напряжением, но при касании его проводов шнуром питания наблюдаются «очень очевидные искры». При замене переключателя на транзистор происходит тот же сценарий, и эти непрерывные искры приводят к повреждение транзистора.

август
источник
Индукторы не создают «обратный ток». Скорее наоборот: они пытаются поддерживать одинаковый ток в одном направлении.
Каз
1
Символ истощения почти наверняка является просто ошибкой выбора символа. Схема не смещена для работы в режиме истощения.
Каз
Можете ли вы уточнить, что "второй транзистор работает как буфер, а также изолятор?" более конкретно - почему я не могу просто использовать этот транзистор в качестве своего «переключателя», зачем мне нужна последовательность из двух из них?
Колосы
-1: я не думаю, что когда-либо видел ответ, который был настолько подробным, но неправильным почти по каждой важной детали.
Дэйв Твид
2
@Kaz: Давайте предположим, что вы хотите использовать только один транзистор (это должен быть N-Mosfet). Давайте создадим реальный пример с использованием IRFxxx N-Channel Enhancement. Я использую этот пример, так как такие Mosfets могут принести до 15 Ампер для нагрузки. давайте возьмем один с VGS-Threshold = 4 вольт и ID (вкл) = 14A при 10 вольт.by ID = k (VGS-VGSth) ^ 2, если вы хотите подвести его на 5 вольт от микро, у вас будет только ID = 1,2 А, но используя второй транзистор, вы управляете напряжением 0-12 В с полным диапазоном тока.
августа 13 августа