MOSFET e fonte de alimentação de 3 V

Quero controlar um MOSFET de canal N a partir de uma fonte de energia de 3 V.

O problema é que tenho dificuldades em entender como saber o valor mínimo de V _gs a ser aplicado para que o MOSFET seja saturado. Por exemplo, e o MOSFET CSD19501KCS ( NexFET de 80 canais N-Channel)?

A primeira indicação de quão baixo Vgs você pode aplicar é o Vgs-th (tensão limite da porta-fonte)

Nesse caso, o Vgs-th é de 3,2V (valor máximo), portanto, qualquer coisa abaixo disso é irrepreensível. Observe também que o Vgs-th é especificado para V _GS = V _DS e I _D = 250uA; portanto, quando você aplica Vgs = 3,2V, você obtém uma queda de tensão igual na fonte de drenagem com uma corrente de dreno de apenas 250uA, em Em outras palavras, você não pode realmente usar o mosfet com esse Vgs baixo.

Para encontrar uma Vgs adequada, verifique o gráfico Vgs vs Rds-on e encontre um valor apropriado da polarização da fonte de porta que tenha uma resistência de fonte de drenagem suficientemente baixa para o seu aplicativo.

Seu dispositivo específico possui este gráfico

então o mais baixo que você pode usar é um Vgs = 4.5V por cerca de 18 $m\Omega$ resistência (valores estimados).

Há outro gráfico de onde você pode obter informações.

O gráfico é para V _DS = 5V, portanto, para Vgs = 3,9V, o Rds-on será 5V / 20A = 0,25 Ohm, se esse nível de resistência for adequado à sua aplicação, você poderá usar um Vgs tão baixo, mas para obter o melhor do dispositivo específico, você precisa ir mais alto.

A especificação para esse FET não cobre adequadamente o uso com uma tensão de porta de 3 volts. Se você encontrar outro dispositivo, procure o gráfico da corrente da fonte de drenagem versus a tensão da fonte de dreno. Haverá várias curvas no gráfico e cada uma estará com uma tensão de porta específica.

O FET que você destacou possui esse gráfico, mas a tensão mais baixa do gate é de 6 volts e isso me diz que é improvável que seja adequado para qualquer fornecimento de energia significativo com um inversor de 3 volts no gate. A imagem abaixo é para outro FET, mas este gráfico será semelhante em todas as folhas de dados do fabricante: -

Observe as linhas vermelhas que eu adicionei (para outra resposta há algumas semanas). Com uma tensão de porta de 3,3V, você pode esperar que a queda de tensão no FET seja de 0,15 V quando 1 A estiver fluindo. Em 2 A, você esperaria uma queda de volt de cerca de 0,3 V. Você precisa decidir qual é a sua carga de drenagem para poder selecionar pontos relevantes na curva.

Como um número rápido e único a ser procurado, tente procurar em grupos que tenham um limite de tensão de porta inferior a 2 volts e, de preferência, inferior a 1,5 volts. O parâmetro é chamado

$V_{GS(threshold)}$

Você obteve algumas respostas muito boas sobre o comportamento típico. Aqui estão alguns pontos (talvez tl; dr - mas você pode pular para os resultados).

Se você estiver interessado em criar algo com garantia de funcionamento, procure também os números garantidos. Como opção, seu interesse provavelmente seria em quanta voltagem é necessária para ativá-la (para uma determinada definição de 'ligado') e em quão baixa deve ser a voltagem antes que seja garantido que ela seja desligada. Essas garantias são geralmente especificadas de duas maneiras diferentes. o$V_{GS(th)}$ é mais uma garantia de onde está (principalmente) 'desligado', especificado em 250uA no caso do seu MOSFET, mas onde $V_{GS(th)MAX}$é dado (mecanismo de pesquisa do Digikey) é um proxy utilizável. A voltagem na qual$R_{DS(on)}$especificado especifica a que voltagem o fabricante a testa para a condição 'ligado' (pode haver mais de um ponto especificado). No caso do CSD19501KCS, ele é especificado em 6V e 10V.

Os gráficos são apenas uma diretriz, enquanto os limites de $V_{GS(th)}$ e $R_{DS(on)}$ (não os números típicos) são garantias (a temperaturas específicas).

Você pode usar os gráficos para interpolar e estimar quais podem ser os limites em outras condições, mas em geral você não deve depender dos números típicos ou dos gráficos típicos (sozinho).

Quando você usa motores de busca paramétricos, um comutador que pode ajudar a detectar MOSFETs adequados para inversores de baixa tensão é o "Nível lógico". $V_{GS(th)}$ certamente pode ajudar a apontar para as folhas de dados a serem examinadas para verificar a (s) tensão (s) que $R_{DS(on)}$é especificado em. Procurando MOSFETs classificados como muito baixos$BV_{DS}$ normalmente produzirá peças classificadas com tensões de porta baixas.

Infelizmente, o oposto do último ponto também é verdadeiro, é raro encontrar um$BV_{DS}$MOSFET com uma porta "nível lógico". Nesses casos, pode ser necessário gerar uma tensão de porta mais alta (10V é muito comum para MOSFETs de alta tensão). o$R_{DS(on)}$ MOSFETs de alta tensão também são piores em $BV_{DS}$ (tamanho da matriz sendo semelhante), portanto, pode haver um custo real para definir a especificação para $BV_{DS}$ muito mais alto que o necessário (diferentemente dos BJTs, onde não há um efeito tão forte).

Dei uma olhada rápida e não viu qualquer 80V ou MOSFETs melhor classificados com 75A ou melhores identificações que foram confiável adequado para movimentação de 3V. O NXP possui vários modelos automotivos com inversor de 5V, mas mesmo assim eles não estão amplamente disponíveis em várias fontes e visam o mercado automotivo de 42V, o que parece um pouco duvidoso (os mercados podem ser inconstantes).

Conclusão: se você não conseguir relaxar os IDs e $BV_{DS}$ classificações, sugiro aumentar a tensão do portão para 10V.