Wykorzystanie Mosfet i kanał P- vs N.

Próbuję użyć Arduino do włączenia / wyłączenia elektromagnesu 12V. Użyłem mostka H i dobrze działało. Potem postanowiłem uprościć sprawę i zdobyć pojedynczy mosfet zamiast wielokanałowego mostka H i bardzo się zdezorientowałem. Próbuję zrozumieć właściwy sposób używania mosfetu z kanałem P (lub kanałem N) w tym ustawieniu i natrafiłem na ten przykładowy obwód w google:

Dlaczego w grę wchodzi inny tranzystor (2N3904) i dlaczego na obciążeniu znajduje się dioda?

Rozumiem, że kanał P jest aktywowany, gdy $V_{gate}$ jest podniesiony wysoko (powyżej + ), stąd podciągnięcie, ale dlaczego dodatkowy tranzystor? Czy MCU (w tym przypadku PIC) nie powinien robić tego samego?$V_{source}$$V_{drain}$

Ponadto - w scenariuszu, w którym wszystko, co robię, to włączanie lub wyłączanie obciążenia (jak mój elektromagnes), czy istnieje powód, aby używać kanału N w porównaniu do kanału P.

Porównaj działania MOSFET kanału P i N w twoim obwodzie.

(Zostawiłem tranzystor łączący w celu ułatwienia porównania.)

Wyjście PIC nie lubi być podłączone do 12V, więc tranzystor działa jak bufor lub przełącznik poziomu. Każde wyjście z PIC większe niż 0,6 V (ish) spowoduje włączenie tranzystora.

P MOSFET KANAŁOWY . (Obciążenie podłączone między odpływem a ziemią)

Gdy wyjście PIC jest NISKIE, tranzystor jest WYŁĄCZONY, a bramka P MOSFET jest WYSOKA (12 V). Oznacza to, że P MOSFET jest WYŁĄCZONY.

Gdy moc wyjściowa PIC jest WYSOKA, tranzystor zostaje WŁĄCZONY i pociąga bramę MOSFET LOW. To włącza MOSFET i prąd przepływa przez obciążenie.

N KANAŁ MOSFET . (Obciążenie podłączone między odpływem a + 12V)

Gdy wyjście PIC jest NISKIE, tranzystor jest WYŁĄCZONY, a bramka P MOSFET jest WYSOKA (12 V). Oznacza to, że N MOSFET jest WŁĄCZONY, a prąd przepływa przez obciążenie.

Gdy moc wyjściowa PIC jest WYSOKA, tranzystor zostaje WŁĄCZONY i pociąga bramę MOSFET LOW. To wyłącza MOSFET.

„Ulepszony” obwód MOSFET .

Możemy wyeliminować tranzystor za pomocą cyfrowego typu N MOSFET - do działania potrzebny jest tylko sygnał 0-5 V z wyjścia PIC i izoluje styk wyjściowy PIC od źródła zasilania 12V.

Gdy wyjście PIC jest WYSOKA, MOSFET jest WŁĄCZONY, gdy jest NISKI, MOSFET jest WYŁĄCZONY. Jest to dokładnie to samo, co oryginalny obwód P MOSFET. Rezystor szeregowy został zmniejszony, aby ułatwić włączanie, wyłączanie przez szybsze ładowanie lub rozładowywanie pojemności bramki.

Wybór urządzenia zależy zasadniczo od twoich potrzeb projektowych, chociaż w tym przypadku cyfrowy typ N MOSFET wygrywa z prostotą.

Tranzystor bipolarny jest obecny jako sterownik dla MOSFET. Chociaż dla prądu stałego MOSFET mają bardzo wysoką rezystancję, a więc wyglądają jak obwody otwarte, w rzeczywistości są pojemnościowe. Aby włączyć, należy przenieść na nie opłatę, a szybkie wykonanie tej czynności wymaga bieżącej jazdy.

BJT (i ogólna konstrukcja obwodu) ma również następującą zaletę: mały i przewidywalny włącznik napięcia. Możesz zastąpić różne BJT, a zachowanie będzie podobne.

Kolejną zaletą dodatkowego tranzystora jest to, że dodatkowy stopień tranzystora ma wzmocnienie napięcia, które pomaga uzyskać ostrzejsze przejście od wyłączenia do włączenia z perspektywy wejścia.

Aby użyć małego, dodatniego sygnału do włączenia obwodu, należy użyć tranzystora NPN. Ale wyjście tego jest odwrócone, z dużym obciążeniem bocznym, dlatego stosuje się MOSFET z kanałem P. Ma to jeszcze jedną fajną cechę, polegającą na tym, że obciążenie jest kontrolowane od strony dodatniej, a więc pozostaje uziemione, gdy tranzystor jest wyłączany.

Symbol schematu MOSFET-a wygląda jak urządzenie zubożające (ponieważ kanał jest rysowany jako ciągły, a nie jako trzy sekcje). To prawdopodobnie tylko pomyłka. Obwód wygląda jak konfiguracja trybu ulepszenia młyna.

MOSFET z kanałem P aktywuje się, gdy brama zostanie opuszczona. Jest rysowany „do góry nogami”. Potraktuj to jako analogiczne do PNP BJT.

Dioda „koła zamachowego” zamyka obwód obciążenia indukcyjnego, gdy tranzystor / przełącznik się otworzy. Cewka indukcyjna próbuje utrzymać ten sam prąd płynący w tym samym kierunku. Zwykle prąd ten przepływa przez pętlę tranzystorową. Gdy zostaje to nagle odcięte, przepływa przez pętlę diody, tak że jej kierunek przez obciążenie jest taki sam, co oznacza przepływ w przeciwną stronę przez diodę. Aby ta kontynuacja prądu mogła się zdarzyć, cewka indukcyjna musi wytwarzać „tylne pole elektromagnetyczne”: napięcie, którego kierunek jest przeciwny do tego, który był wcześniej do niego przyłożony.

Powinieneś dodać 4k7 od bramki do ziemi, aby uniknąć przewodzenia FET, gdy twój styk io-impedancji jest wysoki lub nie jest podłączony. W takim przypadku proste ładowanie z ręki może aktywować mosfet i istnieje szansa, że ​​będzie on nadal napędzał obwód, nawet gdy nie ma zasilania na bolcu bramki.

1. Dlaczego w grę wchodzi inny tranzystor (2N3904)? - aby sterownik bramki nie widział impedancji mniejszej niż 10k (rezystancja). Rezystor 10k i BJT są w rzeczywistości opcjonalne, ale eleganckie, jeśli zostaną dodane. Edycja: Ups, ważne jest, aby PWM działał poprawnie. odwraca sygnał cyfrowy, który jest wymagany, aby PNP działał tak, jak chcesz. nadal można pominąć BJT, jeśli można odwrócić sygnał sterujący przed wyjściem.

2. I dlaczego dioda znajduje się w poprzek ładunku? - ponieważ obciążenia indukcyjne (elektrozawory, silniki itp.) powodują wyłączenie prądów w przeciwnym kierunku. Gdy używasz PWM do kontrolowania czegoś, w zasadzie szybko się włącza i wyłącza. Włączasz silnik, wirnik zaczyna się obracać, wyłączasz go, wirnik wciąż się kręci, a następnie działa jak generator, powodując przepływ prądu w przeciwnym kierunku. Ta odwrotna polaryzacja może uszkodzić komponenty, ale jest natychmiast negowana po dodaniu diody.

Odnosi się to bezpośrednio do teorii tranzystorów MOSFET. Diagram pokazuje DEPLETION MOSFET, który działa z równaniem Shockleya: ID = IDSS (1-VGS / VP) ^ 2. Oczywistym jest, że mikrokontroler działa z wyjściem 5 woltów i jeśli użyjesz go bezpośrednio jako napięcia bramki, nie możesz uzyskać maksymalnego prądu ze źródła zasilania (12 woltów powyżej). Drugi tranzystor działa w tym celu jako bufor, a także izolator. I o diodzie: ta dioda jest prawie zawsze używana do obciążeń zawierających cewki (jako silnik lub przekaźnik). Celem jest tłumienie prądu wstecznego wytwarzanego przez cewkę jako cewkę indukcyjną. Ten prąd wsteczny może uszkodzić MOSFET.

Pozwól, że wyjaśnię część diodową: załóżmy, że mamy przełącznik podłączony do rezystora, a następnie cewki indukcyjnej (SW-RL-> masa). problem pojawia się, gdy przełącznik otwiera się bardzo szybko, co oznacza nagły prąd zerowy w obwodzie, ale wiemy, że cewki indukcyjne nie pozwalają na nagły prąd zerowy (VL = L di / dt). Oznacza to, że induktor szuka krótkiego sposobu na opróżnienie swojego prądu, a jedynym sposobem jest wytworzenie „iskry” między głowami przełącznika. Zjawisko to możemy zobaczyć podłączając prąd stały do ​​małego silnika prądu stałego. Widzimy, chociaż silnik nie pracuje z wysokim napięciem, ale dotykając jego przewodów kablem zasilającym, widać „bardzo oczywiste iskry”. Po zastąpieniu przełącznika tranzystorem dzieje się to samo i ciągłe iskry prowadzą do uszkodzenie tranzystora.