Como Conectar Un Mosfet de Potencia a Un Microcontrolador

7/21/2019 Como Conectar Un Mosfet de Potencia a Un Microcontrolador

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COMO CONECTAR UN MOSFET DE POTENCIA A UN

MICROCONTROLADOR

En este artículo describo en modo simple y ejemplifcado, la conexión de mosets a microcontroladores u otros circuitos digitales para

controlar motores, leds o cualquier dispositivo de potencia que trabaje con baja tensión continua (DC!

"os mosets de potencia (po#er mosets son componentes electrónicos que nos permiten de controlar corrientes muy elevadas!

Como en el caso del los mosets comunes, tienen tres terminales de salida que se llaman$ Drain, %ource y &ate (D, % y &! "a

corriente principal pasa entre %ource y Drain ('%D mientras que el control de esta corriente se obtiene aplicando una tensión sobre el

terminal &ate (respecto al terminal %ource, conocida como &%!

Conexión directa de un Mosfet a un microcontrolador

En condiciones de reposo, la corriente de &ate es pr)cticamente nula porque al interno del componente, el terminal &ate se

encuentra conectado a una especie de capacitor! *or lo tanto circula corriente de &ate solo cuando cambiamos el nivel de tensión de

entrada (cambio de estado lógico y este es el motivo por el cual el consumo de los moset (como en el caso de todos los circuitos

lógicos +% aumenta en proporción a la recuencia de conmutación!

Existen -po#er mosets- de dos tipos$ los de canal . y los de canal *! "a dierencia entre estos est) en la polaridad de conexión

%ource/Drain y en el 0ec0o que la tensión de &ate de los moset de canal * es negativa (las mismas dierencias que existen entre los

transistores .*. y *.*!

Símbolos de los mosfet

En base a la aplicación, un moset de potencia puede trabajar en la -región lineal- o en -saturación-! En los sistemas analógicos,

como por ejemplo en las etapas de salida de los amplifcadores de audio, los mosets trabajan en la región lineal mientras que en los

sistemas digitales, en los cuales se usan como interruptores digitales de potencia, estos trabajan en corte (11 o saturación (.! En

este artículo anali2aremos solamente los moset usados como interruptores digitales!

Cuando un moset se encuentra en saturación, el valor de resistencia interno entre %ource y Drain (3sd es muy bajo y por lo tanto, la

disipación de potencia en 4l ser) poco signifcativa no obstante la corriente que lo atraviesa pueda ser muy elevada!



Mosfet usado como simple interruptor de potencia

*ara llevar un moset a la saturación, es necesario que la tensión de control en el terminal &ate sea sufcientemente alta y esto

podría ser un problema si us)ramos directamente la baja tensión de salida de un microcontrolador! +e explico mejor con un ejemplo!

*ara saturar un transistor bipolar (tipo 5C678 se necesita superar la tensión de umbral de la base que es solamente de 9,:! ;na

tensión de control de 9,: se pueden obtener con cualquier sistema digital alimentado con 6, <,< y 0asta =,8! *or el contrario, la

tensión necesaria para poner en conducción un moset (llamada -tensión de umbral- o t0 es muc0o m)s elevada (algunos volts y

depende del modelo de moset! Es m)s, aunque si alcan2)ramos este valor, no sería sufciente porque deberíamos salir de la región

lineal de trabajo para llevarlo a la saturación! %i no uera así, la conducción no sería plena y por lo tanto parte de la potencia se

disiparía en el moset en orma de calor porque la potencia disipada por el moset es el resultado de la multiplicación entre la caída

de tensión y la corriente que pasa por 4l (*moset > sd ? 'sd!

Curvas de conducción de un hipotético mosfet con las dos regiones de trabajo

(lineal y saturación) para distintas tensiones de ate

En el dise@o podemos ver las curvas de conducción de un típico moset de canal . con distintas tensiones de &ate en las dos

regiones de trabajo (región lineal a la i2quierda del gr)fco y saturación a la derec0a! Como podemos observar, si quisi4ramos

obtener una corriente de salida m)xima, la tensión de &ate (&% debería ser de A,6! Este valor varía en base al modelo de moset

usado! *ara resolver este problema existen dos posibilidades$ usar un adaptador que aumente los niveles de salida del

microcontrolador o conseguir un moset que trabaje con tensiones de &ate m)s bajas! "os mosets con baja tensión de &ate son

conocidos con el nombre de -logic level po#er moset- (moset de potencia para nivel lógico!



Comparación entre un mosfet !"ogic level! y un mosfet com#n

En el dise@o podemos ver la curva de conducción de un moset -logic level- '3"6<9 (en verde comparada con un cl)sico moset

'316<9 (en a2ul! "a línea vertical a rayas indica un nivel lógico de 7,A6 (típico nivel de salida de un microcontrolador alimentado

con 6! Como podemos observar, la corriente de salida m)xima con el '316<9 no supera los B,: no obstante este modelo sea en

grado de entregar muc0a m)s corriente mientras que el '3"6<9 supera ampliamente los B9 (plena conducción! %i nuestro

microcontrolador trabajara con <,< el '316<9 no lograría ni siquiera entrar en conducción!

$jemplo de conexión directa de un mosfet !logic level!

*or lo tanto, elegir un moset de tipo -logic level- es la mejor elección cuando trabajamos con circuitos digitales! En la fgura podemos

observar la conexión de un moset -logic level- a un microcontrolador para encender una tira de leds!

Como explicado al principio de este artículo, cuando cambia el nivel lógico de control, por un instante el moset absorbe una cierta

corriente que carga el capacitor interno del terminal &ate! "a resistencia de 7,A sirve para limitar esta corriente inicial! *odríamos

usar cualquier valor de resistencia pero un valor bajo permite la carga r)pida de este capacitor y por lo tanto una conmutación m)s

velo2 del moset, til si quisi4ramos usar una regulación de potencia por impulsos (*F+! En este tipo de regulación, si la

conmutación del moset uera -lenta-, este se encontraría por m)s tiempo en la 2ona lineal y por lo tanto aumentaría la disipación de

potencia en 4l, especialmente si trabajamos con recuencias elevadas! ;na ve2 que el moset 0a conmutado, el &ate no absorbe m)s

corriente! *or lo tanto si pensamos de usar nuestro moset para simples encendidos y apagados, el valor de esta 3 puede ser de =9!

*or el contrario, si deseamos modular la potencia de salida a trav4s de la modulación *F+, nos conviene un valor de resistencia de

7,A, <,< o =,B inclusive! "a mejor elección depende undamentalmente de la recuencia *F+!

"a resistencia de =99 a masa sirve para defnir un estado lógico preciso en el caso que el micro no lo 0iciese como por ejemplo en la

ase de iniciali2ación del mismo!

%i tuvi4ramos la necesidad de conectar un moset no -logic level- a un circuito digital, podemos agregar un transistor que nos

permita aumentar la tensión de control como podemos observar en la fgura siguiente!



$jemplo de conexión de un mosfet no !logic level! de canal %

El principio de uncionamiento es muy simple! Cuando la salida del microcontrolador tiene un nivel lógico bajo (9 volt, el transistor no

conduce y por lo tanto, su colector, que se encuentra conectado al &ate del moset tendr) un potencial positivo de =B a trav4s de la

resistencia a positivo! Cuando la salida del microcontrolador pasa a nivel alto, (=,8, <,< o 6, el transistor conduce y lleva el &ate

del moset a 9, por lo tanto el moset deja de conducir! Como podr)n observar, este circuito tiene el deecto que trabaja al contrario

es decir, se activa cuando el nivel de salida del micro es bajo! .o obstante esto, tiene la ventaja que la tensión de &ate alcan2a la

tensión m)xima de alimentación garanti2ando la completa saturación de cualquier tipo de moset que conectemos! El valor de la

resistencia de gate conectada a positivo modifca la velocidad de conmutación del moset como explicado en el caso anterior!

(valores altos para conmutaciones lentas y valores bajos para conmutaciones veloces (modulación *F+!

$jemplo de conexión de un mosfet no !logic level! de canal &

%i quisi4ramos usar un moset comn (no -logic level- con lógica de control no invertida, podemos cambiarlo por uno de canal *

como se observa en la fgura! .oten que la potencia de salida (en el ejemplo, la tira de leds se conecta 0acia masa (negativo en

lugar del positivo! El nico problema que presenta esta ltima solución es no se puede usar si quisi4ramos controlar una tira de leds

3&5 con < canales porque estas tiras, generalmente tienen el )nodo en comn (positivo nico mientras que a nosotros nos serviría

una tira 3&5 con c)todo comn (negativo comn! De cualquier manera, esta solución es muy til en numerosos casos! Como en los

otros ejemplos, el valor de la resistencia de gate conectada a positivo modifca la velocidad de conmutación del moset (valores altos

para conmutaciones lentas y valores bajos para conmutaciones veloces (modulación *F+!







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