マイクロコントローラーの出力ピンからMOSFETを駆動するのは安全ですか？

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MCUから「飽和モード」で操作することにより、2N2222や2N3904などの一般的に利用可能なBJTをスイッチとして使用しました。しかし、これらの種類のアプリケーションでは、MOSFETがより適切なデバイスだと思います。ただし、いくつか質問があります。

1）MOSFETには、BJTのような「飽和モード」がありますか？この「飽和」は、MOSFETが完全に「オン」になるほど十分に高い電圧をベースに供給することで達成されますか？

2）MCUから直接MOSFETを駆動しても安全ですか？私は、MOSFETのゲートがコンデンサのように振る舞うため、「充電中」にいくらかの電流を引き、それ以降は電流が流れないことを理解しています。この充電電流はMCUピンを損傷するほど高いですか？ゲートと直列に抵抗を配置することにより、ピンを保護できますが、これによりスイッチの速度が低下し、MOSFETによる熱放散が大きくなる可能性がありますか？

3）さまざまな低電力状況に適した一般的な「愛好家」MOSFETとは何ですか？IE、2N2222または2N3904に相当するMOSFETは何ですか？

microcontroller mosfet

— マーク
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「より適切」というのはばかげています。通常、BJTはより安価なので、BJTが使用しない場合にのみFETを使用します。

— スターブルー

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私は一般的に反対のことをしました：BJTが必要でない限りMOSFETを使用します。どちらも安いです。MOSFETのR_DSONによって浪費される電力は、通常、BJTのV_CESATよりも少なくなります。MOSFETをオンに維持するのではなく、スイッチするために電力を支払うだけです。これにより、特にスイッチングが頻繁でない場合、トランジスタとそれを駆動する部品の両方の電力消費が減少します。V_CESATがないため、MOSFETは通常レールまでずっと進みます。欠点は、MOSFETが抵抗のように見えるため、エッジ全体に一定量の電流を流さないことです。これにより、容量性負荷のスイッチングが遅くなります。

— マイクデシモーネ

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多くのパワーMOSFETは、高電流負荷が完全にオンになるように、高ゲート電圧が必要です。ただし、論理レベルの入力を備えたものもあります。データシートは誤解を招く可能性があり、多くの場合、フロントページで250 mAの電流のゲート電圧を提供します。

MCUがMCU出力によって駆動される場合、ゲートの抵抗をグランドに接続することをお勧めします。MCUピンは通常、リセット時の入力であり、これにより、プログラムが実行を開始するまで、ゲートが瞬間的にフロートし、おそらくデバイスがオンになります。MCUの出力を直接MOSFETゲートに接続しても、MCUの出力が損傷することはありません。

BS170および2N7000は、おっしゃったBJTとほぼ同等です。Zetex ZVN4206ASTZの最大ドレイン電流は600 mAです。ただし、3.3Vで駆動できる小さなMOSFETを見つけるとは思わない。

— レオン・ヘラー
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2N7000の最大電流は200mAであり、2N2222の最大電流は約600mAです。3.3v MCUで簡単に運転できる何かがその近所にありますか？

— マーク

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@マークベアリー。これは、BJTのしきい値電圧を超えただけのようなものです。残念ながら、MOSFETには指数特性がありません。

— jpc

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私は何年も仕事で1.8 VのSC-70パッケージMOSFETを運転してきました。チェックする最初のパラメーターは、Markが指摘したようにV_GS（th）です。nチャネルの場合はCMOS入力の場合はV_IH、pチャネルの場合はV_ILとほぼ同じです。つまり、その値を超えて運転します。2222相当品を探して、AO3422（Digi-Key 785-1015-1-ND）を見つけました。55V、2.1A、SOT-23、2.0 V maxのV_GS（th）、1.3 V typ、3.3 Vで130 mOhmsのr_DSON。P2N2222AGと同じコスト。500 mA負荷の場合、2222のV_CESAT = 1.0 V（消費電力500 mW）、AO3422のV_DS = 0.065 V（消費電力32.5 mW）です。FETは冷たくなります。

— マイクデシモーネ

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MOSFETを購入する際に覚えておくべきことは、検索時にV_DSまたはI_Dを時期尚早に制限することではありません！これらの数値は、特定の駆動負荷が与えられたBJTを見ることに慣れているよりも、FETの方がはるかに高くなります。AO3422（V_DS = 55 V、I_D = 2.1 A）が、類似の2N2222の仕様（V_CE = 50 V、I_C = 0.8 A）よりもはるかに高いことに注意してください。これは効率のためです！BJTやダイオード（1N4148など）のように「典型的なMOSFET」が表示されない理由は、MOSFETが後から登場し、より多くの会社が製造し、競合他社の標準部品をコピーする動機がはるかに少なかったためです。。

— マイクデシモーネ

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@MikeDeSimone：「チェックする最初のパラメーターは、Markが指摘したようにV_GS（th）です。nチャネルの場合はCMOS入力の場合はV_IH、pチャネルの場合はV_ILです。つまり、その値を超えます。」ダメダメダメ。すべてのV_GS（th）は、指定された電流を通過することを意味します。デバイスは、指定された電流範囲で完全に抵抗性の動作を行うまで、MOSFETは「オン」とは見なされません。これにはV_GS（th）よりも高い電圧が必要であり、通常は保証されたRdson仕様（4.5V〜10Vの範囲内の場合もあります）（低電圧の場合）で指定されません。

— ジェイソンS

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一般的には安全であり、「論理レベル」MOSFETを選択すると動作します。「論理レベルが」正確に標準語ではないようですし、それが必ずしもベンダーのサイトでのパラメトリック検索のパラメータとして表示されません、またそれがすることに注意してください必ずしもデータシートに表示されます。ただし、ロジックレベルのMOSFETのパーツ番号には、多くの場合「IR540（非ロジックレベル）対IRL540（ロジックレベル）」という「L」が付いています。大きなことは、データシートを見て、VGS（threshold）値を確認し、電流対VGSを示すグラフを確認することです。VGS（threshold）が1.8Vまたは2.1V程度で、グラフの「曲線のひざ」が約5ボルトの場合、基本的にロジックレベルのMOSFETです。

ロジックレベルMOSFETの仕様の例については、このデータシートをご覧ください。

http://www.futurlec.com/Transistors/IRL540N.shtml

図3は、私が参照していたグラフです。

それだけでなく、多くの人が、安全性を高めるために、マイクロコントローラーとMOSFETの間にオプトアイソレーターを使用することをまだ推奨しているようです。

— マインドクライム
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日時：飽和：はい、しかしそれは混乱とは呼ばれません（実際にはバイポーラトランジスタの線形領域に対応します）。代わりに、データシートと定格オン抵抗Rdsonを見てください。Rdsonは、各部品の特定のゲート-ソース電圧で指定されています。MOSFETは通常、10V、4.5V、3.3V、2.5Vの1つ以上で指定されます。

2つの抵抗を回路に入れました。1つはLeonが述べたように（実際にはMCU出力から接地に）、ゲートからグランドに、もう1つはMCU出力とゲートの間に、MCUを保護するためにMOSFETに障害がある場合。

このブログエントリに関する詳細なディスカッション。

どのMOSFETを使用するかについては、2N3904 / 2N2222とはまったく異なります。

2N7000は、おそらく最も一般的で安価なFETです。他のジェリービーンFETについては、フェアチャイルドFDV301N、FDV302P、FDV303N、FDV304Pをご覧ください。

次のステップアップ（より高い電力レベル）のために、どちらもTO-220のIRF510（100V）またはIRFZ14（60V）を調べますが、これらは10Vのゲート-ソースで仕様化された基本的なFETです。ロジックレベルFET（IRL510、IRLZ14）は、4.5VのゲートソースでRdsonが指定されています。

— ジェイソンS
ソース

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MCUピンからゲートへの抵抗は、スイッチングエッジを遅くし、リンギング、オーバーシュート、EMIを低減するためにも使用されます。10オームは典型的な値です。

— マイクデシモーネ

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質問3の答えで、Fairchild FQP30N06LはロジックレベルでMCUから高電力デバイスを駆動するのに理想的であることがわかりました。安くはありません（0.84 GPB）が、私のような怠zyなn00bsには最適です。12V RGB LEDライトストリップの供給に使用しています。

いくつかの統計：

Vdss Drain-Source Voltage: 60 V
Id Drain Current: Continuous (TC = 25°C) 32 A
                  Continuous (TC = 100°C) 22.6 A
Vgss Gate-Source Voltage: ± 20 V
Vgs(th) Gate Threshold Voltage: 1.0--2.5 V

したがって、Raspberry Piの3.3vは2.5Vの上限ゲートしきい値を上回っています。これにより、ドレインが完全に開かれます。

— アラステア・マコーマック
ソース

これをMCUから直接駆動しないでください。ターンオン/ターンオフ時間はゲート容量のために非常に長くなり、MCUを障害から保護しません。

— ジェイソンS

さらに深刻なのは、3.3Vがゲートしきい値を上回っているからといって、スイッチが完全にオンになっているということではありません。つまり、電流が所定のしきい値（FQP30N06Lの場合は250uA）を超えることが保証されるということです。FQP30N06Lは、少なくとも5Vの電圧で駆動するように設計されています。これは、オン抵抗を指定する最小電圧です。それより低いと、Vgsしきい値の250uA電流を超えるデバイス動作の保証はありません。

— ジェイソンS

こんにちはJasonS、私の無知を許してください。最小値として5Vが指定されている仕様には見当たりません。グラフのデータは、ゲートで〜3.3Vがドレインで25Aを超える10Aを許容することを示しています。これは、私の目的に最適です（5V @ 12V）。保護のため、ゲートとグランドの間に10KΩの抵抗を配置し、MCUピンとゲートの間に同様のサイズの抵抗を配置する予定です。これで十分ですか？

— アラステアマコーマック

「グラフデータは...」データシート内の特性グラフデータは、ほとんどの場合、最悪の場合ではなく、典型的なパフォーマンスを表しています。言い換えれば、それは極端なものではなく、平均的な振る舞いであり、すべてのデバイスに有効であることに頼ることはできません。彼らがそれをまったく含む理由は、相対的な挙動（電流がゲート電圧の増加とドレイン電圧の増加とともに増加する）が普遍的であるということです...あなたは数字に頼ることができないだけです。

— ジェイソンS

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ページ2（「特性について」）をご覧ください-Vgs = 10V（最大35mohm）およびVgs = 5V（最大45mohm）のRdsonの2つの仕様を示しています。保護に関しては...まあ、私の記事のembeddedrelated.com/showarticle/77.phpを参照してください-プルダウン抵抗はかなり高く、通常は100K-1Mで十分です。しかし、実際には3.3Vロジックのゲート駆動回路が必要です。FQP30N06Lがオンになることを保証するのに必要な電圧がありません。一部のデバイスは、3.3Vでかなり高いRdsonを持っている可能性があり（または、まだ定電流範囲にある可能性があります）、結果として過熱します。

— ジェイソンS