TC4427 MOSFET Sürücü: Pinout, Bağlantı ve TC4426 Farkı

TC4427 MOSFET sürücü, mikrodenetleyicinin zayıf PWM çıkışı ile büyük bir güç MOSFET'i arasına konan küçük ama kritik bir entegredir. Bu yazıda TC4427'nin ne işe yaradığını, pin bağlantısını, Arduino ile nasıl kurulacağını ve TC4426 ile TC4428'den farkını anlatıyoruz. Motor, LED şerit, ısıtıcı ya da DC-DC dönüştürücü süren hobiciler, öğrenciler ve teknisyenler için hazırlandı.

TC4427 nedir?

TC4427, Microchip'in ürettiği, içinde iki bağımsız evirmeyen (non-inverting) kanal bulunan, 1,5 A tepe çıkış akımlı yüksek hızlı bir MOSFET sürücü entegresidir. 4,5-18 V arasında beslenir; girişine gelen lojik "1" sinyali çıkışta VDD gerilimine, lojik "0" ise GND'ye dönüşür. Veri sayfasına göre 1000 pF'lık bir yükü tipik olarak 25 ns'de doldurur ve gecikmesi yaklaşık 40 ns'dir.

Girişler TTL ve CMOS uyumludur: 2,4 V ve üzeri "1", 0,8 V ve altı "0" kabul edilir. Bu yüzden 5 V'luk Arduino da 3,3 V'luk ESP32 de TC4427'yi doğrudan sürebilir. Girişlerde 300 mV histerezis bulunur; yavaş yükselen sinyallerde çıkış titremez. MOSFET'in temel çalışmasını MOSFET nedir yazımızda anlattık.

Arduino MOSFET'i neden doğrudan süremez?

Arduino pini, MOSFET gate'ini hem yeterince yüksek gerilime hem de yeterince hızlı dolduramadığı için çoğu durumda bir sürücüye ihtiyaç duyulur. Gate bir kondansatör gibi davranır ve her açma-kapamada belirli bir yük (Qg) doldurulup boşaltılmalıdır.

Örneğin yaklaşık 60 nC gate yükü olan bir TO-220 MOSFET'i ele alalım. Arduino pini önerilen 20 mA ile bu yükü yaklaşık 3 µs'de doldurur (60 nC / 20 mA). TC4427 ise 1,5 A tepe akımla aynı işi yaklaşık 40 ns'de yapar. Yavaş geçişte MOSFET uzun süre yarı iletim bölgesinde kalır ve ısınır; yüksek PWM frekansında bu kayıp hızla büyür.

İkinci sorun gerilimdir. Standart MOSFET'ler tam iletim için 10-12 V gate gerilimi ister; 5 V ya da 3,3 V ile yarı açık kalırlar. TC4427 12 V ile beslenirse çıkışı 12 V'a çıkar ve IRFZ44 N kanal MOSFET gibi standart bir parça tam iletime geçer. Hazır kart arıyorsanız MOSFET sürücü modülü ve PWM yazımız da işinize yarar.

TC4427 pin bağlantısı nasıldır?

TC4427'nin 8 pinli DIP ve SOIC kılıflarında pin sırası aynıdır: 1 NC, 2 IN A, 3 GND, 4 IN B, 5 OUT B, 6 VDD, 7 OUT A, 8 NC. Pin 1, entegrenin üstündeki çentiğin ya da noktanın solundaki ilk bacaktır; numaralar saat yönünün tersine artar.

DIP kılıf breadboard ve delikli plaket için TC4427 DIP-8 entegre, kompakt kartlar için TC4427 SOIC-8 SMD kullanılır. Elektriksel özellikler iki kılıfta aynıdır, yalnızca güç harcama sınırı farklıdır (70 °C'de PDIP 730 mW, SOIC 470 mW).

TC4426, TC4427 ve TC4428 arasındaki fark nedir?

Üç entegre arasındaki tek fark kanalların yönüdür: TC4426'nın iki kanalı da evirir (inverting), TC4427'ninki evirmez, TC4428'de ise A kanalı evirir, B kanalı evirmez. Pin dizilişi, besleme aralığı ve 1,5 A akım aynıdır.

Arduino'daki analogWrite(pin, 200) komutunun MOSFET'i aynı oranda açması için TC4427 doğru seçimdir. TC4426 DIP-8 ile aynı kod ters sonuç verir; TC4428 DIP-8 ise bir kanalı ters bir kanalı düz istediğiniz devreler içindir. Veri sayfası ayrıca TC4426A/27A/28A ailesini anar; bu sürümlerde yükselen ve düşen kenar gecikmeleri de eşitlenmiştir.

TC4427 Arduino ile nasıl bağlanır?

TC4427, Arduino ile düşük taraf (low-side) MOSFET arasına beş adımda bağlanır: besleme, dekuplaj, giriş, çıkış ve ortak toprak. Örnek devrede 12 V ile beslenen bir sürücü, Arduino D9 pinindeki PWM ile bir yükü kontrol eder.

1. VDD (pin 6) ucunu 12 V'a, GND (pin 3) ucunu güç kaynağının eksisine bağlayın.
2. VDD ile GND arasına, entegreye olabildiğince yakın, 1 µF seramik ve 0,1 µF seramik kondansatörü paralel takın. Veri sayfası 1 µF değerini önerir; daha büyük gate yükleri için değer artırılabilir.
3. Arduino D9 pinini IN A'ya (pin 2) bağlayın. IN A ile GND arasına 10 kΩ direnç ekleyin; Arduino açılış ya da reset anında pini boşta bıraktığında MOSFET kendiliğinden açılmaz.
4. Kullanmadığınız IN B'yi (pin 4) doğrudan GND'ye bağlayın. Boşta kalan giriş gürültü toplar ve çıkışı rastgele değiştirir.
5. OUT A'dan (pin 7) MOSFET gate'ine 10 Ω civarında bir seri direnç koyun. Bu direnç kablo endüktansından doğan salınımı söndürür; 4,7-22 Ω aralığı yaygındır.
6. Arduino GND, TC4427 GND ve MOSFET source ucunu ortak noktada birleştirin. Yüksek akım yolunu kısa ve kalın tutun.

Motor, röle ya da solenoid gibi endüktif yüklerde yükün iki ucuna ters yönde bir diyot (freewheel) takmayı unutmayın; aksi halde kapanma anındaki gerilim sıçraması MOSFET'e zarar verir. PWM frekansı seçimi için PWM nedir yazımıza bakabilirsiniz.

TC4427 ne kadar ısınır?

TC4427'nin ısınması büyük ölçüde gate yüküne, besleme gerilimine ve PWM frekansına bağlıdır. Bir kanalın gate'i doldururken harcadığı güç yaklaşık Qg × VDD × f formülüyle bulunur.

60 nC'lik bir gate, 12 V ve 20 kHz için hesap 60 nC × 12 V × 20.000 = yaklaşık 14 mW'tır. Aynı MOSFET 200 kHz'de sürülürse kayıp yaklaşık 144 mW olur. Buna girişler "1" iken en fazla 4,5 mA olan besleme akımı eklenir (12 V'ta yaklaşık 54 mW). Toplam, PDIP kılıfın 730 mW sınırının altında kalır; ama çok yüksek frekansta ya da paralel MOSFET sürerken hesabı mutlaka yapın.

Sık sorulan sorular

TC4427 3,3 V ESP32 ile çalışır mı?

Evet, TC4427 3,3 V lojikle sorunsuz çalışır, çünkü giriş için 2,4 V ve üzeri lojik "1" kabul edilir. ESP32 pinini doğrudan IN A ya da IN B'ye bağlayabilirsiniz. Entegrenin beslemesi ise ayrı bir 12 V gibi kaynaktan verilir; böylece çıkış MOSFET'i tam açacak gerilime ulaşır.

TC4427 yüksek taraf (high-side) MOSFET sürer mi?

Hayır, TC4427 düşük taraf sürücüdür; çıkışı GND ile VDD arasında salınır ve yükün üstündeki bir N kanal MOSFET'i tam açacak kadar yüksek gerilim üretemez. Yarım köprü ya da yüksek taraf için bootstrap devreli IR2104 yarım köprü sürücü gibi entegreler kullanılır.

TC4427'yi 5 V ile beslemek doğru mu?

TC4427 4,5 V'ta da çalışır, ancak çıkış gerilimi besleme kadar olur. 5 V'luk çıkış, standart MOSFET'leri tam açmaz; bu durumda gate eşiği düşük, "lojik seviye" bir MOSFET seçmek gerekir. Standart MOSFET için 10-12 V besleme en yaygın ve güvenli tercihtir.

TC4427'nin iki çıkışı paralel bağlanabilir mi?

Üretici veri sayfası iki kanalı paralel bağlamayı bir kullanım biçimi olarak tanımlamaz, bu yüzden önerilmez. Daha fazla akım gerekiyorsa tek kanallı ve daha güçlü sürücüler (örneğin 6 A'lık TC4420 ya da TC4429) tercih edilir. İki kanal ise genellikle iki ayrı MOSFET'i sürmek için kullanılır.

TC4427 neden yanar?

TC4427'nin yanmasının en yaygın nedenleri 18 V'u aşan besleme, dekuplaj kondansatörünün eksik ya da uzakta olması ve endüktif yükte diyot kullanılmamasıdır. Gate'e seri direnç konmaması da salınım yaratır. Mutlak üst besleme sınırı 22 V'tur; 12-15 V çalışma güvenli bir paydır.

Özet

• TC4427, iki kanallı, evirmeyen, 1,5 A tepe akımlı ve 4,5-18 V beslemeli bir MOSFET sürücüdür.
• Girişleri 2,4 V'u "1" saydığı için 5 V Arduino ve 3,3 V ESP32 PWM sinyaliyle doğrudan sürülür.
• Pin dizilişi 1 NC, 2 IN A, 3 GND, 4 IN B, 5 OUT B, 6 VDD, 7 OUT A, 8 NC'dir; kullanılmayan giriş GND'ye bağlanır.
• TC4426 iki kanalı evirir, TC4428 bir kanalı evirir; Arduino PWM için doğru seçim TC4427'dir.
• VDD'ye yakın 1 µF + 0,1 µF seramik kondansatör, gate'e 4,7-22 Ω seri direnç ve girişe 10 kΩ pull-down kullanın.