MOSFET управляется напряжением на затворе, а не током. Затвор отделён от канала тонким слоем оксида — это конденсатор ёмкостью в нанокулоны. Пока конденсатор заряжен выше порога, канал открыт; разрядили — закрыт.
Отсюда главное удобство: в установившемся режиме ток управления равен нулю, микроконтроллер может держать ключ открытым «бесплатно».
Три параметра, по которым выбирают:
Vgs(th) — пороговое напряжение. При нём канал только начинает открываться. Для управления от 3.3 В нужен logic-level MOSFET с Vgs(th) около 1–2 В, а не 3–4 В.
Rds(on) — сопротивление открытого канала. Чем меньше, тем меньше тепла: при 10 мОм и токе 5 А теряется 0.25 Вт, при 100 мОм — уже 2.5 Вт и нужен радиатор.
Q заряда затвора — сколько нужно, чтобы его переключить. Большой заряд = медленное переключение и нагрев при ШИМ.
Схема включения N-канального ключа: исток на землю, сток к нагрузке, другой конец нагрузки к плюсу питания, затвор через резистор 10–100 Ом к выходу МК. Затвор обязательно подтянуть к земле резистором 10–100 кОм, иначе при старте он «поймает» открытое состояние.
Резистор в затворе нужен не «для тока», а чтобы ограничить бросок зарядки ёмкости: без него вывод МК отдаёт десятки ампер импульсом на наносекунды, и это портит ЭМС и сам вывод.
Для P-канального ключа (коммутация плюса) схема зеркальная, и затвор надо тянуть к питанию; от 3.3 В это работает только если питание не больше 5 В, иначе нужен драйвер.
MOSFET — основной силовой ключ в современной электронике; ошибка в Vgs(th) превращает его в нагреватель.
Открой даташит AO3400 и найди Rds(on) при Vgs = 2.5 В и при 4.5 В. Сравни: разница в 1.5 раза при токе 3 А превращается в разницу в тепле.
Проверь себя
Почему затвор нельзя оставлять в воздухе?
Затвор — конденсатор, который ловит наводки. Он может зарядиться от касания, от соседнего провода и открыть ключ в случайный момент. Поэтому всегда ставят подтяжку к земле или к питанию.
-
Wikipedia: MOSFET
принцип и параметры
-
AOS: AO3400 datasheet
пример параметров реального MOSFET