Chave DC de lado baixo com MOSFET de nível lógico IRLZ44N

O circuito é organizado como uma chave de potência de canal N de lado baixo. A carga (M1, representando um motor DC com escovas, solenoide ou arranjo de LEDs) é conectada entre o barramento positivo de alimentação (+12 V nominal) e o terminal de dreno do MOSFET canal N Q1 (Infineon IRLZ44NPbF). O terminal de fonte de Q1 conecta-se diretamente ao terra do sistema (GND). Por estar a fonte permanentemente referenciada a 0 V, a tensão gate-fonte de acionamento (VGS) é idêntica à tensão aplicada ao terminal de gate (VG), permitindo acionamento direto a partir das saídas lógicas do microcontrolador sem necessidade de drivers flutuantes ou bombas de carga de lado alto.

Quando o GPIO do microcontrolador está em nível BAIXO (0 V) ou sem alimentação, o resistor pull-down R2 (10 kΩ) conecta o gate ao terra. Como VGS = 0 V, valor bem inferior à faixa de tensão de limiar de condução (VGS(th) = 1.0\dots 2.0 V), o canal de inversão permanece totalmente fechado. A corrente de fuga de corte no dreno é desprezível (IDSS ≤ 25\ µA a 25°C), mantendo a carga completamente desenergizada. Durante o bootloader, reset de firmware ou gravação ISP, os pinos de GPIO assumem estado de alta impedância; R2 impede que cargas eletrostáticas ou acoplamento capacitivo Miller (Cgd) polarizem acidentalmente o transistor.

Quando o microcontrolador leva o pino GPIO ao nível ALTO (+3.3 V ou +5.0 V), a corrente flui através do resistor amortecedor série R1 (100 Ω) para carregar a capacitância de entrada (Ciss = 1700 pF, carga total de gate Qg = 48 nC máx. em VGS = 5 V). O resistor R1 limita o pico de corrente transitória demandado do pino de saída do microcontrolador (Ipeak ≤ 33 mA em 3.3 V, 50 mA em 5.0 V), evitando sobrecarga no driver digital interno. Ao ultrapassar a tensão de limiar e percorrer o patamar plano de Miller (VGP ≈ 2.5\dots 3.0 V), a tensão dreno-fonte colapsa rapidamente para valores próximos a zero, estabelecendo condução plena no canal.

Com acionamento de gate em 5.0 V, o IRLZ44NPbF atinge resistência de condução garantida de RDS(on) ≤ 25 mΩ em ID = 25 A (TJ = 25°C). Mesmo sob comando de 3.3 V, o canal apresenta resistência inferior a 35\dots 40 mΩ para correntes moderadas (ID ≤ 10 A). Para uma corrente contínua de carga de ILOAD = 5.0 A, a queda de tensão estática sobre o transistor é de apenas VDS = ID · RDS(on) = 5.0 A × 0.025\ Ω = 0.125 V, resultando em dissipação térmica contínua de Pcond = ID2 · RDS(on) = (5.0 A)2 × 0.025\ Ω = 0.625 W. Essas perdas reduzidas possibilitam operação contínua com dissipadores muito compactos ou refrigeração ao ar livre.