MOSFET como llave

01 · Punto de partida

2 A que no calientan

Motor 12 V/2 A con IRLZ44N a 5 V: P = 88 mW, Vds = 44 mV, TO-220 frío al tacto. La misma llave con BJT pediría 100 mA de base y disiparía 0,6 W. Esa es la diferencia entre “anda” y “ni se entera”: tres piezas (gate R, pull-down, diodo si inductiva) y una medición en milivoltios.

Este taller deja la receta low-side completa y sus verificaciones.

• ¿Cómo se cablea gate + pull-down + carga?
• ¿Qué R de gate y por qué?
• ¿Cómo confirmo con Vds en mV?
• ¿Cuándo usar high-side P?

02 · Receta low-side

Cinco piezas, un orden

1. 1
   Source a GND, drain a la carga.

   La carga va entre +V y drain. Nunca al revés (el body conduciría siempre).

2. 2
   Gate con R serie 100–220 Ω.

   Protege el pin en la carga inicial de gate. Con pulsador manual puede obviarse; con micro, obligatoria.

3. 3
   Pull-down 10k gate–GND.

   Define apagado con mando desconectado o micro reseteando. Sin esto, arranques locos.

4. 4
   Diodo si es inductiva.

   Motor/relé/solenoide: freewheel en antiparalelo (Tema 14). Resistiva: innecesario.

5. 5
   Verificar Vds.

   En mV con carga (I×Rds): 44 mV a 2 A con 22 mΩ. Voltios = gate flojo o Rds mayor al creído.

03 · Ejemplo completo

Motor 12 V / 2 A con IRLZ44N a 5 V

Con IRFZ44N estándar a 5 V el mismo montaje daría ~0,4 W y Vds ~200 mV: funciona pero tibio y al límite. La L paga solo.

04 · High-side y PWM

Lo que sigue (sin diseñar aún)

High-side con P

Carga entre drain y GND, source a +V: gate a +V apaga, a GND (o menos) enciende. Manda con lógica invertida y Vgs referidos a +V: con micros se usa driver o N con bomba (curso 7).

PWM conceptual

Conmutar rápido para regular velocidad/brillo: el promedio manda. Pérdidas de conmutación + gate driver son del curso 7; en continua de este taller no existen.

Protecciones extra

Zener gate-source (12 V) si el mando supera Vgs max; fusible en la carga gorda. Se agregan cuando el riesgo lo pide, no por defecto.

Paralelo de MOSFET

Se puede (Rds positiva reparte), pero exige simetría térmica y gate por separado: curso avanzado. Un solo bien elegido rinde más.

05 · Taller en código

Diseñador low-side completo

Entra carga y mando: sale receta con verificaciones:

def llave_mos(carga_a, v_motor, rds_mohm=22, vgs=5, logic_ok=True):
    rds = rds_mohm / 1000
    p = carga_a**2 * rds
    vds = carga_a * rds
    print(f"I={carga_a}A Vds={vds*1000:.0f}mV P={p*1000:.0f}mW")
    print("Gate: R serie 220 + pull-down 10k" + (" + diodo si inductiva" if v_motor >= 5 else ""))
    ver = "FRÍA" if p < 0.25 else "tibia: vigilar" if p < 1.0 else "DISIPADOR"
    print("Veredicto:", ver, "| Logic:", "OK" if logic_ok else "REVISAR Vgs")
    return p


llave_mos(2.0, 12)
llave_mos(0.5, 12)

Probá llave_mos(5.0, 12): ¿P? ¿Sigue fría? ¿Qué TO-220 sin disipador aguanta?

Comparador N vs P (conceptual)

Misma carga, dos high/low-side equivalentes:

def comparar_lados(i_a, rds_n=0.022, rds_p=0.05):
    print(f"Low N: P={i_a**2*rds_n*1000:.0f}mW | High P: P={i_a**2*rds_p*1000:.0f}mW")
    print("P suele perder en Rds: N rinde más por moneda (salvo necesidad high-side)")


comparar_lados(2.0)

06 · Analogía programador

Pull-down y defaults

1. 1
   Pull-down = default false.

   Sin orden explícita, apagado. Como inicializar variables: el hardware también necesita su cero.

2. 2
   R gate = rate limit.

   Suaviza el flanco de carga del gate: protege al driver sin cambiar el resultado.

3. 3
   Vds en mV = métrica.

   Una lectura dice salud de la llave: monitoreo de un número.

07 · Exploración

Laboratorio: diseñar la llave MOS

Elegí carga y mando: el laboratorio calcula P, Vds, red gate y dictamina, con aviso de disipador y de logic-level.

Preguntas para explorar

1. ¿Con 5 A qué P da? ¿Sigue sin disipador?
2. ¿Qué cambia con mando 3,3 V en el veredicto?
3. ¿Por qué la red gate no cambia con la carga?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de llaves MOS

Ejercicio 1: tira 12 V / 1 A

Con llave_mos(1.0, 12): ¿P? ¿Vds? ¿Red gate? ¿Diodo? Montala y medí Vds en mV.

Ejercicio 2: límite sin disipador

¿Hasta qué I sigue “fría” (< 0,25 W) con 22 mΩ? Calculá a mano y verificá barriendo llave_mos().

Ejercicio 3: cazar gate flotante

Armá la llave sin pull-down y tocá el gate con el dedo (solo 5–12 V, con cuidado). ¿Qué hace la carga? Explicá y corregí.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Llaves frías de amperios. Ahora, a elegir entre mundos: en el próximo tema, BJT vs. MOSFET, tabla de decisión.