Перейти к содержанию

Почему P-канальный MOSFET не закрывается от Arduino?

Обновлено Редакция GAW

У P-канального MOSFET в плюсовом проводе исток соединён с плюсом питания нагрузки. Открывается он, когда затвор ниже истока на величину порога, а закрывается — когда затвор поднят почти до напряжения истока. Значит, управляющее напряжение отсчитывается не от земли, а от плюса питания нагрузки, — TI в SLUA618A прямо пишет, что сигнал для такого ключа должен быть привязан к плюсу питания.

Что получается от вывода 5 В или 3,3 В

Напряжение затвор — исток при высоком уровне на выводе, когда транзистор должен быть закрыт:

UGS=Uвывода−Uпитания нагрузкиU_{GS} = U_\text{вывода} - U_\text{питания нагрузки}

Наш расчёт по порогам из даташитов (IRF9540 — от −2 до −4 В, AO3401A — от −0,5 до −1,3 В):

Высокий уровеньПитание нагрузкиU_GS «выключено»IRF9540AO3401A
5 В5 В0 Взакрытзакрыт
3,3 В5 В−1,7 Взакрыт, но без запасаоткрыт (частично): 1,7 В больше наибольшего порога 1,3 В
5 В12 В−7 Воткрытоткрыт

Прямое управление работает только тогда, когда микроконтроллер и нагрузка питаются от одного напряжения. Та же история с PNP-транзистором разобрана в ответе «Почему PNP-транзистор не закрывается от 3,3 В».

Правильная схема

  1. Резистор 10 кОм между затвором и истоком — держит ключ закрытым.
  2. NPN-транзистор или N-канальный MOSFET (2N7002, BSS138) тянет затвор к земле по сигналу с вывода. Логика инверсная: вывод в единице — нагрузка включена.
  3. Если питание нагрузки больше предельного напряжения затвор — исток, затвор опускают через делитель.

Предельное VGS у IRF9540 — ±20 В, у AO3401A — ±12 В: для 12 В второй уже на границе. Если нужен ключ с N-каналом, читайте, почему он не открывается в плюсовом проводе.

Похожие вопросы

Можно ли соединить вывод Arduino прямо с затвором, подтянутым к 12 В?

Нет. Когда вывод в высоком уровне или в третьем состоянии, подтяжка поднимет его до 12 В, а у ATmega328P допустимо не больше VCC + 0,5 В — через защитные диоды потечёт ток в шину 5 В, и вывод может выйти из строя. Между выводом и затвором нужен транзистор.

Как управлять P-канальным ключом при питании 24 В?

Если транзистор просто тянет затвор к земле, напряжение затвор — исток станет −24 В, а у IRF9540 предел ±20 В. Затвор опускают через делитель, например два резистора по 10 кОм: тогда в открытом состоянии будет −12 В (наш расчёт).

Какой резистор ставить от затвора к истоку?

Обычно 10 кОм: при 12 В через него и открывающий транзистор течёт 1,2 мА. Но закрывается P-канальный ключ именно через этот резистор, и чем он больше, тем медленнее; для ШИМ на килогерцы вместо резистора ставят двухтактный драйвер.

Источники

  1. Vishay. IRF9540 Power MOSFET (Document Number 91078, S21-0852-Rev. C, 16-Aug-2021) — P-канальный, VGS(th) от −2,0 до −4,0 В; предельное VGS ±20 В; RDS(on) не больше 0,20 Ом при VGS = −10 В
  2. Alpha and Omega Semiconductor. AO3401A 30V P-Channel MOSFET (Rev 3.1, December 2023) — VGS(th) от −0,5 до −1,3 В; предельное VGS ±12 В; RDS(on) меньше 50 мОм при −10 В, 60 мОм при −4,5 В и 85 мОм при −2,5 В
  3. Texas Instruments. SLUA618A: Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits, L. Balogh (revised October 2018) — разд. 5.1 — исток P-канального верхнего ключа соединён с плюсом, сигнал управления инвертирован и отсчитывается от плюса питания; разд. 5.1.1 — прямое управление возможно, только если входное напряжение меньше предельного напряжения затвор — исток
  4. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B, 2020) — Absolute Maximum Ratings: напряжение на выводе относительно земли от −0,5 В до VCC + 0,5 В

Нашли ошибку?

Смотрите также