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Lendo a folha de dados de um MOSFET: Vgs(th) versus a tensão de porta que você realmente aplica

Por que o número do limiar importa na bancada

Você escolhe um MOSFET para ligar e desligar uma carga a partir de um pino de microcontrolador ou de uma saída lógica. O primeiro número que a maioria das pessoas observa é Vgs(th), a tensão de limiar da porta. Ele soa como a tensão necessária para ligar o componente, mas é apenas o ponto em que a corrente de dreno começa a fluir de forma mensurável.

Se você acionar a porta exatamente nesse ponto, o transistor mal está conduzindo. Ele se comporta como um resistor de valor alto, e qualquer corrente que o atravesse vai aquecê-lo. A região útil de chaveamento fica bem acima do limiar.

O que a condição de teste realmente significa

As folhas de dados especificam Vgs(th) com uma pequena corrente de dreno de teste, frequentemente algumas centenas de microampères, com o dreno ligado a uma tensão definida. O número descreve o ponto em que essa pequena corrente começa a fluir sob essas condições, e não como o dispositivo se comporta com dez ampères.

Vgs(th) também tem um valor típico, um mínimo e um máximo. Componentes da mesma família podem diferir sensivelmente, e o limiar cai à medida que a temperatura de junção sobe. Um projeto que funciona em uma bancada fria pode se comportar de outra forma depois que o componente aquece.

Um exemplo prático com números ilustrativos

Suponha que um MOSFET de canal N de nível lógico esteja listado com Vgs(th) típico de 1.5 V e máximo de 2.5 V. Você aciona a porta a partir de uma saída de microcontrolador de 3.3 V. A sobretensão, que é a tensão de porta acima do limiar, é 3.3 V menos 1.5 V, resultando em 1.8 V no caso típico.

No pior caso, a sobretensão é 3.3 V menos 2.5 V, o que dá apenas 0.8 V. O componente pode conduzir, mas fica perto da parte inferior da sua curva. A resistência em condução, Rds(on), costuma ser especificada com uma tensão de porta mais alta, como 4.5 V, e com 0.8 V de sobretensão ela pode ser várias vezes maior que o valor de destaque. Esses miliohms extras viram calor com a corrente da carga, então uma chave que parece boa no papel pode esquentar na bancada.

Estes números são apenas ilustrativos. Verifique o gráfico de Rds(on) versus Vgs do seu próprio componente, que mostra o compromisso diretamente.

Verificando o limiar por conta própria

Uma fonte de bancada variável permite um teste simples. Conecte o dreno a uma fonte por meio de um resistor moderado, mantenha a fonte no terra e aumente lentamente a tensão de porta enquanto observa a tensão sobre o resistor de dreno com um multímetro. A tensão começa a subir quando a corrente de dreno começa, dando uma noção aproximada de onde o componente liga.

Mantenha a tensão porta-fonte dentro da máxima absoluta especificada e use um resistor em série com a porta para que um erro não destrua o componente.

Regras práticas para escolher e acionar um MOSFET

Escolha um componente cujo Rds(on) seja especificado na tensão de porta que você realmente pode fornecer, ou próximo dela. Se a sua lógica for de 3.3 V, procure um dispositivo de nível lógico com a resistência em condução listada em 2.5 V ou menos, e não um que seja especificado apenas em 10 V.

Lembre-se de que um pequeno resistor de porta ajuda a controlar as bordas de chaveamento e o ringing, e um pulldown mantém a porta definida. Por fim, trate Vgs(th) como o início da história e deixe a curva de resistência em condução decidir se a chave é boa o bastante para a sua corrente.