MOSFET y fuente de alimentación de 3 V

Quiero controlar un MOSFET de canal N desde una fuente de alimentación de 3 V.

La cuestión es que tengo dificultades para comprender cómo saber que se debe aplicar el valor mínimo de V _gs para que el MOSFET se sature. Por ejemplo, ¿qué pasa con el MOSFET CSD19501KCS ( NexFET de canal N de 80 V)?

La primera indicación de qué tan bajo Vgs puede aplicar es el Vgs-th (voltaje de umbral de fuente de puerta)

En este caso, Vgs-th es 3.2V (valor máximo), por lo que todo lo que está debajo es imposible. También tenga en cuenta que el Vgs-th se especifica para V _GS = V _DS e I _D = 250uA, por lo que cuando aplique Vgs = 3.2V, obtendrá una caída de voltaje igual a través de la fuente de drenaje con una corriente de drenaje de solo 250uA, en en otras palabras, realmente no puedes usar el mosfet con ese Vgs bajo.

Para encontrar un Vgs adecuado, debe verificar el gráfico Vgs vs Rds-on y encontrar un valor apropiado de sesgo de fuente de compuerta que tenga una resistencia de fuente de drenaje que sea lo suficientemente baja para su aplicación.

Su dispositivo específico tiene este gráfico

así que lo más bajo que puede llegar en base a eso es un Vgs = 4.5V por aproximadamente 18 $m\Omega$ resistencia (valores estimados).

Hay otro gráfico desde el que puede obtener información.

El gráfico es para V _DS = 5V, entonces para Vgs = 3.9V el Rds-on será 5V / 20A = 0.25 Ohm, si ese nivel de resistencia se adapta a su aplicación, entonces puede usar un Vgs tan bajo pero para obtener lo mejor de dispositivo específico que necesita para ir más alto.

La especificación para ese FET no cubre adecuadamente el uso con un voltaje de puerta de 3 voltios. Si encuentra otro dispositivo, busque el gráfico de la corriente de la fuente de drenaje versus el voltaje de la fuente de drenaje. Habrá varias curvas en el gráfico y cada una tendrá un voltaje de puerta particular.

El FET que resaltó tiene este gráfico, pero el voltaje más bajo de la puerta es de 6 voltios y esto me dice que es poco probable que sea adecuado para una entrega de energía significativa con un accionamiento de 3 voltios a la puerta. La siguiente imagen es para otro FET, pero este gráfico será similar en todas las hojas de datos del fabricante:

Observe las líneas rojas que he agregado (para otra respuesta hace unas semanas). Con un voltaje de puerta de 3.3V, puede esperar que la caída de voltaje a través del FET sea de 0.15 V cuando fluye 1 A. A 2 A, esperaría una caída de voltios de aproximadamente 0.3 V. Debe decidir cuál es su carga de drenaje para poder elegir puntos en la curva que sean relevantes.

Como un número rápido y único para buscar, intente buscar fets que tengan un voltaje de umbral de voltaje de puerta inferior a 2 voltios y preferiblemente inferior a 1,5 voltios. El parámetro se llama

$V_{GS(threshold)}$

Has recibido un par de muy buenas respuestas sobre el comportamiento típico. Aquí hay algunos puntos (quizás tl; dr , pero puede saltar a la línea de fondo).

Si está interesado en diseñar algo que garantice que funcione, también debe buscar los números garantizados. Como interruptor, es probable que le interese cuánto voltaje se necesita para encenderlo (para una definición dada de "encendido") y qué tan bajo debe ser el voltaje antes de garantizar que esté apagado. Esas garantías generalmente se especifican de dos maneras diferentes. los$V_{GS(th)}$ es más una garantía de dónde está (en su mayoría) 'apagado', especificado a 250uA en el caso de su MOSFET, pero donde $V_{GS(th)MAX}$se da (motor de búsqueda de Digikey) es un proxy utilizable. El voltaje al cual$R_{DS(on)}$El valor especificado le indica a qué voltaje lo prueba el fabricante para la condición de "encendido" (puede haber más de un punto especificado). En el caso del CSD19501KCS, se especifica a 6V y 10V.

Los gráficos son solo una guía, mientras que los límites de $V_{GS(th)}$ y $R_{DS(on)}$ (no los números típicos) son garantías (a temperaturas específicas).

Se pueden utilizar los gráficos para interpolar y estimar lo que los límites podrían estar en otras condiciones, pero en general usted debe no dependerá de los números típicos o los gráficos típicos (solo).

Cuando utiliza motores de búsqueda paramétricos, un interruptor que puede ayudar a detectar MOSFET adecuados para unidades de bajo voltaje es "Nivel lógico". $V_{GS(th)}$ ciertamente puede ayudarlo a señalar las hojas de datos para buscar y verificar el voltaje (s) que $R_{DS(on)}$se especifica en. Buscando MOSFETs clasificados para muy bajo$BV_{DS}$ generalmente producirá piezas clasificadas con voltajes bajos de puerta.

Desafortunadamente, lo opuesto al último punto también es cierto, es raro encontrar un alto$BV_{DS}$MOSFET con una puerta de "nivel lógico". En tales casos, es posible que deba generar un voltaje de puerta más alto (10 V es muy común para los MOSFET de alto voltaje). los$R_{DS(on)}$ de MOSFET de alto voltaje también es peor para $BV_{DS}$ (el tamaño del dado es similar), por lo que puede haber un costo real para establecer la especificación para $BV_{DS}$ mucho más alto de lo necesario (a diferencia de los BJT donde no hay un efecto tan fuerte).

Eché un vistazo rápido y no vi ningún MOSFET de 80 V o mejor con ID de 75 A o mejores que fueran confiables para un disco de 3 V. NXP tiene varios modelos automotrices con unidad de 5V, pero aun así no están ampliamente disponibles en múltiples fuentes, y están dirigidos al mercado automotriz de 42V, lo que parece un poco dudoso (los mercados pueden ser volubles).

En pocas palabras: si no puede relajar los ID y $BV_{DS}$ clasificaciones, sugiero aumentar el voltaje de la puerta a 10V.