MOSFET作为后端负载的开关,这种应用有什么风险?

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MOSFET导通时的内阻非常小,驱动负载能力比三极管更强

MOSFET可以用于快速开关、电平转换、负载驱动。MOSFET导通内阻更小,可以通过的电流比三极管多很多,更适合用于驱动负载。电动工具的电机驱动用的就是MOSFET,承受的电流可以达到几十A。

CPU的GPIO直接控制MOSFET

MOSFET是电压控制型的元件,如果CPU的GPIO的输出电压大于MOSFET导通电压要求,直接驱动是没有问题的。

N沟道MOSFET:CPU的GPIO(DR)设置为高电平时MOSFET导通,GPIO(DR)设置为低电平时MOSFET断开

P沟道MOSFET:CPU的GPIO(DR)设置为低电平时导通,GPIO(DR)设置为高电平时MOSFET断开

不同的驱动电压,MOSFET导通时的内阻会有差异,驱动电压较低时,内阻会增大,导致MOSFET发热增大。如果CPU的工作电压较低,GPIO直接驱动MOSFET的确存在一定的风险。在设计MOSFET驱动电路时,一定要充分考虑CPU的GPIO的驱动电压

CPU驱动电压不足可以加入三极管驱动

三极管是电流型的驱动元件,虽然CPU工作电压较低,通过调整三极管的基极电阻可以使控制电流(Ib)满足三极管驱动要求,再通过三极管集电极提供驱动电压给MOSFET。

N沟道MOSFET:CPU的GPIO(DR)设置为低电平时导通,三极管截止,三极管的集电极为高电平,可以驱动N MOSFET导通;CPU的GPIO(DR)设置为高电平时,三极管导通,三极管的集电极为低电平,N MOSFET管就断开了。

P沟道MOSFET:CPU的GPIO(DR)设置为高电平时导通,三极管导通,三极管的集电极为低电平,可以驱动P MOSFET导通;CPU的GPIO(DR)设置为低电平时,三极管截止,三极管的集电极为高电平,P MOSFET管就断开了。

总结

用CPU的GPIO口直接控制MOSFET管,MOSFET作为后端负载的开关是否存在风险需要看MOSFET的选型和电路的设计是否合理。如果设计合理,CPU的GPIO驱动MOSFET的电压足够是不存在风险的。在不确定是否存在风险的情况下,建议加入三极管控制MOSFET,以确保产品设计的可靠性!

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MOS管是电压驱动的元器件,通常被用作较大功率的电子开关,来控制直流负载回路的通断。MOS管可以分为NMOS和PMOS,具有三个电极,分别为:1)门极G;2)源极S;3)漏极D。其中门极为控制端,源极S和漏极D为输出端。

MOS管的控制方式

MOS管通过GS之间的电压VGS来控制通断,NMOS和PMOS的控制方式不一样,如下:

NMOS的控制方式

NMOS的VGS > Vth时,NMOS导通,用单片机控制NMOS时,单片机输出高电平可以控制NMOS管的导通,单片机输出低电平时NMOS管关断。控制电路如下图所示。

PMOS的控制方式

PMOS的VGS

单片机直接控制MOS管的应用风险

单片机的供电为5V或者3.3V,而且以3.3V居多,MOS管的Vth一般在(2-5)V,用单片机可以直接控制。对于过电流能力较强大功率MOS管而言,Vth的值可能更大。这时候用单片机就不能直接控制了。

实际上,为了使MOS管更稳定的工作,我们一般会用三极管来控制MOS管,因为三极管是流控型的器件,单片机驱动三极管更为合适。下图是单片机通过三极管控制NMOS的电路图。

单片机输出高电平时,三极管导通,NMOS的G极为低电平,NMOS截止关断;单片机输出低电平时,三极管截止,G极为高电平,NMOS导通。这样可以有效的避免单片机输出的电平无法满足VTH的情况。

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回复:检查VCC以及MR34/MR35分压后的电压值VGS,VGS绝对值要比MQ1的VGS(th)高才能保证MOSFET完全打开,否则后面的系统可能不工作;同时检查GPIO口的驱动能力,是否满足驱动的要求。如果很小,最好用GPIO口驱动一个三极管的B极,三极管的集电极C下拉MOSFET的G极。由实际的浪涌电流再调整MC11值,以及MR34/MR35值。在PCB设计时,MQ1的D,S用大铜皮连接,如果多层板,在多个层放铜皮,用多个过孔分别进行连接。


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