O čem to je
Máš vybrat tranzistor, který z výstupu 3,3 V mikrokontroléru spíná ventil 24 V / 2 A. Bipolární, nebo MOSFET? A který MOSFET? Tady je srovnání a postup, jak číst katalogový list.
Nové pojmy
Unipolární tranzistor a MOSFETTranzistor řízený napětím, ve kterém proud vede jeden druh nosičů. MOSFET má hradlo izolované oxidem, proto má obrovský vstupní odpor.Vývody G (hradlo), D (drain), S (source).
Kanál N a kanál PMOSFET s kanálem N se otevírá kladným napětím hradla proti S, spíná se jím obvykle zátěž proti zemi (low-side). S kanálem P se otevírá záporným napětím hradla proti S, spíná zátěž od kladného napájení (high-side).N-MOSFET pod motorem, P-MOSFET nad ním.
Indukovaný kanálKanál, který bez napětí na hradle neexistuje a vytvoří se až nad prahovým napětím. Takový MOSFET je bez řízení zavřený – to je pro spínače výhodné a nejčastější.Většina výkonových MOSFETů.
Logic-level MOSFETMOSFET, který se plně otevře už napětím logiky (např. 4,5 V nebo 2,5 V). V katalogu má R_DS(on) zaručený při takovém U_GS.Pro 3,3V mikrokontrolér hledáš R_DS(on) udaný při U_GS = 2,5 V nebo 3,3 V.
Bipolární a unipolární tranzistor
| bipolární (BJT) | unipolární (MOSFET) |
|---|
| řízení | proudem báze | napětím hradla |
| vstupní odpor | malý (kΩ) | velmi velký (hradlo izolované) |
| sepnutý stav | U_CE(sat) ≈ 0,2 V | odpor R_DS(on), často mΩ |
| citlivost na ESD | menší | velká |
| typické použití | malé signály, jednoduché spínače | výkonové spínání, PWM, spínané zdroje |
Co hledat v katalogu
- U_DS max – největší napětí mezi D a S (volíš s rezervou nad napájením).
- I_D max – největší proud drainem.
- R_DS(on) a U_GS, při kterém platí.
- U_GS(th) – prahové napětí.
- U_GS max – největší dovolené napětí hradla (často ±20 V).
Urči napájení zátěže a její proud.
Vyber U_DS max s rezervou (aspoň asi 1,5–2× napájení u indukčních zátěží).
Zkontroluj, že R_DS(on) je zaručené při napětí, které tvůj řídicí výstup opravdu dává.
Spočítej ztrátu P = R_DS(on) · I² a rozhodni o chladiči.
Přidej pull-down na hradlo a u indukční zátěže nulovou diodu.
Ventil 24 V / 2 A, řízení 3,3 V. MOSFET má U_DS max 60 V a R_DS(on) = 0,05 Ω při U_GS = 2,5 V. Hodí se? Jaká je ztráta?
U_DS 60 V > 24 V s rezervou ✓. R_DS(on) je zaručené už při 2,5 V, tedy i při 3,3 V ✓. P = 0,05 · 2² = 0,2 W – stačí bez chladiče. Ventil je cívka, takže paralelně k ní nulová dioda (dioda zapojená paralelně k cívce v závěrném směru; po vypnutí přes ni doběhne proud cívky a nevznikne napěťová špička, která by zničila tranzistor).
Jiný MOSFET má R_DS(on) = 0,03 Ω, ale jen při U_GS = 10 V a U_GS(th) = 2–4 V. Proč se pro 3,3V řízení nehodí?
Při 3,3 V může být sotva nad prahem (práh až 4 V!), kanál by nebyl otevřený nebo jen částečně. R_DS(on) by byl mnohem větší než 0,03 Ω a tranzistor by se přehříval. Potřeboval by budič hradla na 10 V.
Roztřiď vlastnosti. Zkus to bez nahlížení do tabulky.
✗MOSFET má U_GS(th) = 2 V, takže při 3,3 V z mikrokontroléru je plně otevřený.
✓Při prahovém napětí teče jen nepatrný proud (řádově stovky μA). Plně otevřený je až při U_GS, pro které katalog udává R_DS(on).
Prahové napětí je začátek otevírání, ne plné sepnutí.
MOSFET: řízení napětím, velký vstupní odpor, malý R_DS(on), citlivý na ESD. Vybírej podle U_DS max, I_D max a R_DS(on) při napětí, které skutečně přivedeš na hradlo.