p-Kanal-MOSFET-Schalter

Ich möchte einen MOSFET als Schalter verwenden, der von meinem Mikrocomputer angesteuert wird.

Die ursprüngliche Schaltung mit N-Kanal-MOSFET befindet sich auf der linken Seite. Ehrlich gesagt verstehe ich die Wahl des IRLZ44 nicht. Die Schaltung ist für Arduino ausgelegt, das über eine 5-V-Logik verfügt. Dies bedeutet, dass für GPIO = True = 5 V der MOSFET öffnet und den Strom in die Last einlässt.

Ich habe jedoch zwei Probleme:

• Ich benutze Raspberry Pi, der 3.3V Logik hat. Nach den verfügbaren Informationen reichen 3,3 V nicht aus, um den MOSFET vollständig zu öffnen.
• Ich möchte, dass meine Last mit Masse verbunden wird (ich musste einige Spannungsmessungen durchführen).

Ich kenne genug Elektronik, um anzunehmen, dass die Verwendung des P-Kanal-MOSFET, wie auf der rechten Seite gezeigt, meine beiden Probleme auf einen Schlag lösen könnte. Für GPIO = False = 0 V ist der MOSFET vollständig geöffnet, während GPIO = True = 3,3 V -1,7 V an das MOSFET-Gate anlegt und es praktisch schließt. Wenn das nicht ausreicht, könnte ich GPIO auch in den Hörmodus versetzen und daher das MOSFET-Gate auf 5V ziehen.

Könnten Sie mir bitte sagen, ob die Idee funktioniert? Und welchen IRLZ44-äquivalenten P-Kanal-MOSFET soll ich verwenden?

Zunächst einmal besagen die Regeln der Website, dass keine Empfehlungen für Produkte angefordert werden, daher werde ich dieses Bit überspringen. Lesen Sie einfach die Datenblätter, da dort alles erklärt wird. Wenn ein Datenblatt etwas enthält, das Sie nicht verstehen, stellen Sie bitte eine separate Frage dazu.

Nun zu Ihrem Problem. Nach dem, was ich denke, was Sie versuchen, stellen Sie möglicherweise fest, dass Sie den PMOSFET möglicherweise nicht vollständig umschalten können, oder Sie haben möglicherweise Schwierigkeiten, wenn Sie die Datenblätter nicht richtig verstehen. Was möglicherweise einfacher ist, ist die Verwendung eines MOSFET-Paares, bei dem Sie einen N-Kanal-MOSFET umschalten, um das Gate des P-Kanals wie folgt auf 0 V zu ziehen:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Ich habe diese Schaltung einige Male ohne Probleme verwendet. Lesen Sie jedoch wie immer die Datenblätter, um sicherzustellen, dass Ihre Komponenten in der Lage sind, das zu tun, was Sie möchten. Sie müssen nicht immer dieselben Komponenten verwenden, wie in Beispielschaltungen gezeigt. Richten Sie Ihre Komponenten nach Ihren eigenen Anforderungen. Beispielschaltungen eignen sich hervorragend, um zu lernen, wie Dinge funktionieren, sind jedoch nicht immer die praktischsten. Wenn Sie Ihre eigene Schaltung anhand eines Beispiels entwerfen möchten, sollten Sie immer Ihre eigenen Anforderungen berücksichtigen und Ihre Komponentenauswahl darauf aufbauen, anstatt nur das zu verwenden, was das Beispiel enthält.

Das Problem bei der Verwendung eines High-Side-P-Kanal-MOSFET, der von einem Signal angesteuert wird, das der High-Side-Spannung nicht nahe kommt (weniger als 0,5 Volt), besteht darin, dass die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass er noch aktiv zu sein scheint, wenn Sie glauben habe es ausgeschaltet.

Mit einiger Sorgfalt können Sie jedoch eine Zenerdiode in Reihe mit Ihrer 3,3-Volt-GPIO-Ansteuerspannung schalten, damit dies besser funktioniert: -

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Jetzt wird das Gate ausgeschaltet und kann auch auf 2,7 Volt über dem Boden heruntergezogen werden, was bedeutet, dass zwischen Gate und Source 3,3 Volt liegen, und Sie werden hoffentlich sorgfältig einen MOSFET auswählen, der funktioniert. Ich denke, Sie könnten einen Zener von 2,4 Volt wählen, aber Sie beginnen, den Punkt zu erreichen, an dem Leckströme durch den Zener den MOSFET möglicherweise noch aktivieren. Halten Sie R2 niedrig (1 k ish), um dies zu vermeiden.

Alternativ können Sie diese Zwei-Transistor-Schaltung verwenden: -

Wenn die High-Side-Versorgung 15 Volt überschreitet, ist besondere Sorgfalt erforderlich, um Durchbruchspannungen der Gate-Quelle zu vermeiden.

Hier ist ein anderer Ansatz, der einen N-MOSFET in einer Pegelumsetzerkonfiguration verwendet, die die Polarität des Steuersignals nicht invertiert.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Sie müssen MOSFETs mit Gate-Schwellenwerten unter 1 V auswählen, M1 muss niedrig Rds-ON sein. M2 kann ein kleines Signalgerät sein.

Zunächst wollte dies eher ein Kommentar sein, da es sich nur um einen der Aspekte handelt. Für die Lösung ist die Lösung von Andy aka mit NPN meine bevorzugte (nMOS muss sorgfältig ausgewählt werden, um eine Vgs-th von weniger als 1,5 V zu haben, während alle NPNs funktionieren).

Beachten Sie bei Ihrer Frage zum "Eingangsmodus", dass die rPI-Pins NICHT 5V-tolerant sind. Dies liegt daran, dass sich zwischen dem Eingang und der Stromversorgung eine Parasitendiode befindet. Sie könnten dies theoretisch ignorieren, wenn Sie einen sehr kleinen Strom wie z

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Auf diese Weise erzwingen Sie durch die Parasitendiode einen Strom von (5 V - 3,3 V - 0,3 V) / 100 kOhm = 14 uA, was für den rPI in Ordnung sein sollte. Bitte beachten Sie jedoch, dass die Spannung am Gate in diesem Fall etwas mehr als 3,3 V beträgt (sagen wir 3,6 V).

Folglich ist es besser, wenn Sie einen anderen Transistor verwenden (ich schlage einen NPN vor, wie ihn Andy vorgeschlagen hat), um ihn anzusteuern.

Wenn Sie für ein Gerät keine Stromversorgung betreiben, aber versuchen, Daten an ein 5-V-Gerät zu senden, können Sie dies etwas vereinfachen.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Dies bedeutet natürlich, dass der Pegel "0" 0,6 V und der Pegel "1" 3,3 + 0,6 = 3,9 V beträgt, was für viele Anwendungen ausreicht.

Darüber hinaus wird auf Stufe "1" ein Teil des Stroms von der 5-V-Quelle über eine Parasitendiode auf 3,3 V abgeleitet, wie durch "frarugi87" beschrieben, aber dies ist nur (5-3,3-0,6) / 1000 = 1,1 mA und da rPi verbraucht viel mehr als 1,1 mA werden Sie nie bemerken. Wenn Sie einige Tiefschlafmodi verwenden und der rPI weniger als 1,1 mA verbraucht, sollten Sie R1 möglicherweise auf 10.000 oder 100.000 erhöhen.