MOSFET: como funciona e como escolher o componente correto

Se você trabalha com manutenção eletrônica, projetos com Arduino ou desenvolvimento de fontes e drivers de potência, já se deparou com o MOSFET. Ele está presente em praticamente todo circuito moderno que precisa controlar uma carga com eficiência: de um simples acionamento de fita de LED ou motor DC até fontes chaveadas, inversores e módulos automotivos.

MOSFET: como funciona e como escolher

Na bancada, o MOSFET costuma aparecer como uma chave eletrônica extremamente rápida e eficiente. Diferente do transistor bipolar (BJT), que é controlado por corrente, o MOSFET é um transistor controlado por tensão. Na prática, isso significa que basta aplicar a tensão correta no terminal de Gate para liberar a condução entre Drain e Source, controlando correntes elevadas com um consumo quase nulo no acionamento.

O problema é que muita gente ainda escolhe o MOSFET apenas pela tensão e corrente máximas que estão estampadas no datasheet. E é aí que começam os aquecimentos excessivos, chaveamentos que não saturam e substituições que queimam em poucos dias.

Neste artigo, você vai entender de forma prática o que é um MOSFET e como ele funciona, quais são os principais tipos — incluindo MOSFET canal N, canal P e o importante conceito de MOSFET logic level — e, principalmente, como escolher o MOSFET correto analisando os parâmetros que realmente importam: VDS, ID, RDS(on), tensão de Gate e VGS(th), carga de Gate e encapsulamento.

Vamos ver também como dimensionar pela tensão e corrente do seu circuito, como calcular se o componente vai aquecer usando a relação P ≈ I² x RDS(on), como escolher um MOSFET para chaveamento com Arduino e microcontroladores de 3,3V e 5V, e fechar com um checklist prático de bancada para substituição sem dor de cabeça.

O que é um MOSFET e como ele funciona?

MOSFET é a sigla para Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, ou Transistor de Efeito de Campo de Metal-Óxido-Semicondutor. Na prática da bancada, você pode entender o MOSFET como um tipo de transistor muito mais eficiente para controlar cargas de potência.

Se no transistor bipolar (BJT) você precisa de corrente na base para controlar a corrente entre coletor e emissor, no MOSFET o controle é feito por tensão. Ele é um transistor controlado por tensão, o que torna o acionamento muito mais simples e econômico para o circuito de controle.

Os três terminais: Gate, Drain e Source

Todo MOSFET possui três terminais principais:

• Gate (G): é o terminal de controle. É nele que você aplica a tensão para ligar ou desligar o MOSFET. A grande vantagem é que o Gate praticamente não consome corrente em regime estático.
• Drain (D): é o terminal por onde entra (ou sai) a corrente principal da carga. Geralmente ligado ao polo positivo ou à própria carga.
• Source (S): é a referência de saída da corrente, geralmente ligado ao GND em aplicações com canal N.

O funcionamento é simples de visualizar: quando você não aplica tensão suficiente entre Gate e Source, o caminho entre Drain e Source fica bloqueado, como uma chave aberta. Ao aplicar uma tensão adequada no Gate, você cria um canal de condução interno que libera a passagem de corrente entre Drain e Source, como se a chave tivesse sido fechada.

Diferença prática entre MOSFET e transistor BJT

Essa diferença muda tudo no projeto. Enquanto o BJT precisa de corrente contínua na base para se manter ligado e esquenta mais por isso, o MOSFET só precisa de tensão no Gate para manter a condução. Por isso ele dissipa muito menos energia no acionamento e consegue chavear correntes altas com um RDS(on) muito baixo. Em um teste de bancada, um mesmo circuito de 12V / 3A que esquenta um transistor TIP31 rapidamente, pode funcionar frio usando um MOSFET canal N como o IRFZ44N bem acionado.

Por que o MOSFET é usado como chave eletrônica?

É justamente por esse comportamento de chave que o MOSFET se tornou padrão na eletrônica moderna. Quando totalmente ligado, ele se comporta quase como um fio fechado, com resistência muito baixa. Quando desligado, bloqueia completamente a corrente.

Por isso você vai encontrar MOSFETs em:

• Fontes chaveadas: fazendo o chaveamento de alta frequência do transformador.
• Acionamento de motores DC, ventiladores e bombas: controlando velocidade por PWM sem perdas.
• Conversores DC-DC e drivers de LED: onde a eficiência é crítica.
• Circuitos de controle e proteção: como chave de carga, proteção contra inversão de polaridade e controle de baterias.

Em resumo: sempre que você precisa controlar uma carga com eficiência, baixo aquecimento e possibilidade de chaveamento rápido, o MOSFET é a escolha natural. Entender isso é o primeiro passo para não errar na hora de escolher o componente correto, que é o que veremos a seguir.

Quais são os principais tipos de MOSFET?

Na bancada você não vai encontrar todos os tipos teóricos de MOSFET. Na prática, 95% dos circuitos que chegam para manutenção ou projeto usam apenas dois tipos: MOSFET canal N e MOSFET canal P. Entender a diferença entre eles e quando usar cada um evita erros comuns de ligação e aquecimento.

MOSFET canal N

O MOSFET canal N é disparado o mais usado em eletrônica de potência. Ele conduz quando aplicamos uma tensão positiva no Gate em relação ao Source. Ou seja, para um canal N padrão, quanto maior a tensão VGS, menor fica sua resistência interna de condução.

Características básicas na prática:

• Acionado com tensão positiva no Gate (ex: 5V, 10V, 12V).
• Possui RDS(on) muito baixo, por isso dissipa menos calor.
• É mais barato e mais fácil de encontrar que o canal P equivalente.
• Modelos muito comuns: IRFZ44N, IRF3205, IRLZ44N.

Onde é usado: como chave low-side, que é quando o MOSFET fica entre a carga e o GND. Essa é a configuração mais simples e eficiente. Exemplo prático: você tem uma fita de LED de 12V. Você liga o positivo da fita direto nos 12V e usa um MOSFET canal N para chavear o negativo da fita para o GND através do Arduino. É por ser tão eficiente nessa configuração que ele domina fontes chaveadas, controle de motores DC por PWM, drivers de relés e acionamento de cargas pesadas.

MOSFET canal P

O MOSFET canal P funciona de forma oposta. Ele conduz quando a tensão no Gate é menor que a do Source. Na prática, para ligar um canal P, você precisa puxar o Gate para GND, ficando com VGS negativo.

Características básicas na prática:

• Acionado puxando o Gate para nível baixo (GND).
• Tem RDS(on) geralmente maior que o equivalente em canal N.
• Modelos comuns: IRF9540, IRF4905, AO3401.

Onde é usado: como chave high-side, ou seja, quando você precisa chavear o lado positivo da alimentação. Isso é muito útil quando você não pode interromper o GND da carga por questões de referência ou ruído. Exemplo prático: chaveamento de alimentação de um módulo sensível, seleção de baterias ou proteção contra inversão de polaridade. Apesar de ser menos eficiente que o canal N, ele resolve situações onde o low-side não pode ser usado.

MOSFET de nível lógico (Logic Level)

Este é o ponto onde muitos makers e técnicos iniciantes erram, e por isso merece atenção especial.

Um MOSFET padrão precisa de cerca de 10V no Gate para atingir o RDS(on) mínimo informado no datasheet. Se você tentar acionar um IRFZ44N com apenas 5V de um Arduino Uno ou 3,3V de um ESP32, ele até pode começar a conduzir, mas ficará em uma região intermediária, com resistência alta e aquecendo muito.

O MOSFET de nível lógico, identificado como Logic Level, foi projetado para saturar completamente com tensões baixas de Gate.

• Ele informa no datasheet um RDS(on) garantido com VGS de 5V ou até 2,5V / 3,3V.
• Exemplos ideais para microcontroladores: IRLZ44N, IRL540N, AO3400, IRLB8721.
• Regra de ouro da bancada: nunca escolha um MOSFET apenas porque o VGS(th) parece baixo. VGS(th) é apenas a tensão onde ele começa a conduzir, não onde ele conduz bem.

Para circuitos com Arduino, ESP32 ou qualquer lógica de 3,3V e 5V, sempre confirme no datasheet: existe uma linha de RDS(on) especificada para a tensão de Gate que você realmente tem disponível? Se não houver, aquele MOSFET não é uma boa escolha para seu projeto.

MOSFET de nível lógico (Logic Level)

Quando você procura um MOSFET para usar com Arduino, ESP32 ou qualquer microcontrolador, precisa entender o que significa Logic Level. Nem todo MOSFET que funciona com 10V no Gate vai funcionar bem com 3,3V ou 5V.

Todo MOSFET padrão, como o IRFZ44N, foi projetado para atingir seu menor RDS(on) quando recebe cerca de 10V entre Gate e Source. Se você alimentar o Gate desse MOSFET com apenas 3,3V ou 5V, ele pode até começar a conduzir, mas não vai saturar completamente. Na prática de bancada, isso se traduz em um componente que esquenta demais, derruba tensão na carga e pode queimar mesmo com uma corrente bem abaixo da máxima do datasheet.

O MOSFET Logic Level foi fabricado justamente para resolver esse problema. Ele garante um RDS(on) baixo já com tensões de Gate compatíveis com lógica TTL e CMOS.

A regra prática para não errar na escolha é: nunca olhe apenas o VGS(th). A tensão de limiar VGS(th) indica apenas quando o MOSFET começa a abrir, geralmente com correntes muito baixas como 250uA. Ela não significa que ele está totalmente ligado.

O que você deve verificar no datasheet é a tabela de RDS(on) na tensão de Gate que você realmente tem disponível. Por exemplo:

• Se seu circuito controla o Gate com 5V, procure no datasheet uma linha que diga "RDS(on) @ VGS = 4,5V ou 5V".
• Se controla com 3,3V, procure "RDS(on) @ VGS = 2,5V ou 3,3V".
• Se essa informação não existir, aquele MOSFET não é Logic Level e não é uma boa escolha para seu circuito com microcontrolador.

Modelos que costumamos usar na bancada para essas aplicações são o IRLZ44N, IRL540N, AO3400 e IRLB8721. Todos eles já informam RDS(on) baixo com 5V e, alguns, até com 3,3V, o que garante um chaveamento frio e eficiente mesmo sendo acionado direto pelo pino do microcontrolador.

Quais parâmetros do MOSFET devem ser analisados antes da escolha?

Este é o erro que mais vejo na bancada: escolher um MOSFET olhando apenas para a tensão e a corrente máximas estampadas na primeira página do datasheet. Um MOSFET de 100V e 50A pode aquecer e queimar em um circuito de 12V e 5A se o RDS(on) for alto ou se o Gate não for acionado corretamente. Para escolher certo, você precisa aprender a ler os 6 parâmetros principais do datasheet.

1. VDS - Tensão máxima entre Drain e Source

É a tensão máxima que o MOSFET aguenta entre Drain e Source quando está desligado. Se essa tensão for ultrapassada, ele entra em avalanche e queima. Na prática, nunca escolha no limite. Se sua fonte é de 24V e sua carga é indutiva como um motor, existem picos que podem passar de 40V. Escolha um MOSFET com VDS com folga de pelo menos 30% a 50% acima da tensão máxima do circuito.

2. ID - Corrente de Drain

É a corrente máxima contínua que o MOSFET pode conduzir. Mas atenção: o valor que aparece grande na capa do datasheet, como 50A, só é válido com um dissipador ideal e a 25°C no case, condição que você nunca terá na vida real. Na bancada, considere que a corrente prática sem dissipador grande é bem menor. Sempre veja a nota de rodapé do datasheet que mostra em qual temperatura esse ID foi medido.

3. RDS(on) - Resistência entre Drain e Source quando ligado

Este é o parâmetro mais importante para saber se o MOSFET vai aquecer. Quando totalmente ligado, o MOSFET não é uma chave perfeita, ele ainda tem uma pequena resistência. Quanto menor o RDS(on), menos ele esquenta.

Exemplo prático: um MOSFET com RDS(on) de 20 mΩ conduzindo 10A vai dissipar P = I² x RDS(on) = 100 x 0,02 = 2W em forma de calor. Já um com RDS(on) de 200 mΩ na mesma corrente dissiparia 20W e precisaria de um dissipador enorme. Sempre compare o RDS(on) na tensão de VGS que você vai realmente usar, e não no VGS de 10V se você só tem 5V.

4. VGS - Tensão máxima aplicada ao Gate

É o limite de tensão que o Gate aguenta. Na maioria dos MOSFETs é de +/-20V. Ultrapassar isso rompe a camada de óxido do Gate e o componente morre na hora. Se você aciona o MOSFET com 12V ou mais, sempre confira esse limite e considere usar um resistor de Gate e um zener de proteção quando necessário.

5. VGS(th) - Tensão de limiar

Este é o parâmetro mais mal interpretado. O VGS(th) é a tensão onde o MOSFET apenas começa a conduzir, geralmente com uma corrente minúscula de 250uA. Ele não indica que o MOSFET está totalmente ligado.

Um MOSFET pode ter VGS(th) de 2V a 4V e ainda precisar de 10V para atingir o RDS(on) baixo do datasheet. Nunca use o VGS(th) como referência de acionamento. Use sempre a tabela de RDS(on) vs VGS.

6. Qg - Carga total do Gate

Pense no Gate do MOSFET como um pequeno capacitor que precisa ser carregado para ligar e descarregado para desligar. O Qg é a quantidade de carga necessária para isso, medida em nC (nanoCoulombs). Para chaveamento lento, como ligar uma lâmpada, o Qg quase não importa. Mas para PWM de alta frequência, como em fontes chaveadas ou controle de motor acima de 20kHz, um Qg alto exige um driver de Gate mais forte. Se o driver for fraco, o MOSFET demora para comutar, esquenta e perde eficiência.

Temperatura e Encapsulamento

Por último, dois pontos práticos de bancada. Verifique a temperatura máxima de junção, geralmente 150°C ou 175°C, e lembre que o RDS(on) aumenta com a temperatura. Um MOSFET que tem 20 mΩ a 25°C pode ter 30 mΩ a 100°C.

O encapsulamento define o quanto ele consegue dissipar. Um TO-220 dissipa muito melhor que um TO-92 ou um SOT-23. Se o seu cálculo de perdas der mais que 1W sem dissipador, um encapsulamento SMD pequeno como o SOT-23 vai aquecer demais. Nesses casos, prefira TO-220, DPAK ou TO-252 e preveja um dissipador.

Resumindo: um bom técnico não escolhe MOSFET apenas por VDS e ID. Ele cruza VDS com margem de segurança, ID real na temperatura de trabalho, RDS(on) na tensão de Gate disponível, VGS máximo e Qg para a frequência que vai usar. É essa análise completa que separa uma substituição que dura anos de uma que volta queimada na semana seguinte.

Como escolher o MOSFET correto pela tensão e pela corrente do circuito?

Depois de entender os parâmetros do datasheet, chega a hora de filtrar o MOSFET na prática. É aqui que o técnico de bancada separa os candidatos que realmente servem daqueles que só parecem servir pela primeira página do datasheet.

Como escolher pela tensão VDS

O primeiro passo é descobrir qual é a maior tensão que o MOSFET vai ver entre Drain e Source quando ele estiver desligado.

Não considere apenas a tensão da fonte. Você precisa considerar:

• Tensão nominal da fonte: uma fonte de 12V pode chegar a 13,8V em carga leve ou com bateria automotiva.
• Picos de tensão: em toda carga indutiva — motor DC, relé, solenoide, transformador — quando o MOSFET desliga, a indutância tenta manter a corrente e gera um pico de tensão que pode ser 2 a 3 vezes maior que a alimentação.
• Margem de segurança: a regra de bancada é nunca trabalhar no limite. Deixe pelo menos 50% de folga.

Exemplo prático: se seu circuito é de 24V com motor, não use um MOSFET de 30V. O pico indutivo vai ultrapassar isso. Um MOSFET de 60V seria o mínimo seguro. Se for uma carga resistiva pura, como uma resistência de aquecimento ou fita de LED de 12V, um MOSFET de 20V a 30V já trabalha com boa margem.

Sempre que houver carga indutiva, além de um VDS com folga, preveja um diodo de roda-livre no motor ou um snubber, caso contrário nenhum MOSFET vai aguentar por muito tempo.

Como escolher pela corrente ID

O segundo filtro é a corrente. Aqui o erro clássico é pegar o ID máximo do datasheet como garantido.

• Identifique a corrente contínua da carga: meça ou calcule. Se sua carga puxa 5A contínuos, esse é seu ponto de partida.
• Considere os picos de partida: um motor DC de 5A pode puxar 15A a 20A na partida. Uma fita de LED com capacitor na entrada também tem um pico de inrush. Seu MOSFET precisa aguentar esses picos sem entrar em sobrecarga.
• Não use o ID máximo como corrente de trabalho: aquele valor de 50A ou 80A da capa do datasheet é medido com o encapsulamento a 25°C e com dissipador ideal infinito. Na vida real, com 70°C no gabinete e sem dissipador grande, a corrente prática segura pode ser menos da metade.
• Pense em temperatura: quanto maior a corrente, maior o aquecimento por RDS(on). Um MOSFET de 10A com RDS(on) de 100 mΩ vai esquentar muito mais que um de 10A com RDS(on) de 20 mΩ, mesmo os dois tendo o mesmo ID no datasheet.

Regra prática: para trabalho contínuo sem dissipador exagerado, escolha um MOSFET com ID pelo menos 2 a 3 vezes maior que a corrente contínua da sua carga. Isso te dá margem para picos e para o aquecimento.

Exemplo prático - Circuito de 12V alimentando uma carga de 5A

Vamos filtrar juntos, como fazemos na bancada:

Cenário: você precisa chavear uma carga resistiva de 5A em 12V, acionada por um Arduino de 5V, chaveamento low-side.

Passo 1 - Filtro por tensão VDS: Tensão nominal 12V, pode chegar a 14V com picos. Carga resistiva, sem picos indutivos grandes. Com 50% de margem, procuramos MOSFETs com VDS de 20V a 30V ou mais. Então um MOSFET de 30V ou 60V já está ótimo. Um de 20V estaria no limite.

Passo 2 - Filtro por corrente ID: Corrente contínua 5A, sem pico de partida elevado por ser resistiva. Com fator de segurança de 2 a 3 vezes, procuramos MOSFETs com ID de 15A a 30A ou mais, medido a 25°C. Isso elimina encapsulamentos pequenos como SOT-23 e TO-92.

Até aqui, candidatos como IRFZ44N (55V / 49A), IRLZ44N (55V / 47A), IRF3205 (55V / 110A) passariam.

Passo 3 - O que ainda precisa ser analisado antes de fechar:

• RDS(on) com VGS de 5V: como o acionamento é com Arduino de 5V, descartamos o IRFZ44N padrão, que precisa de 10V para ter RDS(on) baixo. O IRLZ44N, que é Logic Level, informa RDS(on) de 22 mΩ com VGS de 5V, sendo a escolha correta aqui.
• Dissipação: com 5A e 22 mΩ, a perda será P = 5² x 0,022 = 0,55W. Um TO-220 aguenta isso sem dissipador grande, apenas morno.
• Encapsulamento: TO-220 é fácil de fixar e dissipar se precisar.

Perceba que só depois de filtrar por VDS e ID é que o RDS(on) na tensão real de Gate definiu o vencedor. É por isso que escolher MOSFET apenas por tensão e corrente máxima é um atalho que quase sempre termina em retrabalho.

Como saber se o MOSFET escolhido vai aquecer?

Na bancada, a queixa mais comum é: "coloquei um MOSFET de 50A para chavear 5A e mesmo assim ele ferveu". Isso acontece porque a corrente máxima do datasheet não diz nada sobre o aquecimento real. O que define se o MOSFET vai aquecer é o RDS(on).

O que é RDS(on) na prática

Quando o MOSFET está totalmente ligado, ele não é uma chave ideal com resistência zero. Ele se comporta como um resistor de valor muito baixo entre Drain e Source. Esse valor é o RDS(on), informado em ohms ou miliohms.

Quanto menor o RDS(on), mais ele se aproxima de um fio fechado. Um MOSFET com RDS(on) de 10 mΩ é cinco vezes melhor que um com 50 mΩ, porque vai dissipar cinco vezes menos calor na mesma corrente.

E aqui entra o detalhe que muitos ignoram: o RDS(on) sempre é informado para uma determinada tensão de Gate. Um mesmo MOSFET pode ter 20 mΩ com VGS de 10V e 35 mΩ com VGS de 4,5V. Se você aciona com 5V, deve usar o segundo valor para o cálculo.

A fórmula simples da perda por condução

Para estimar o aquecimento em chaveamento simples, sem precisar de análise térmica avançada, usamos a fórmula de perda por condução:

P ≈ I² × RDS(on)

Onde P é a potência dissipada em forma de calor, em watts, I é a corrente da carga e RDS(on) é a resistência do MOSFET totalmente ligado.

Exemplo prático de bancada:

• Carga de 5A com MOSFET de 20 mΩ: P = 25 x 0,02 = 0,5W. Vai ficar apenas morno, sem dissipador.
• Mesma carga de 5A com MOSFET de 200 mΩ: P = 25 x 0,2 = 5W. Vai aquecer muito e precisará de dissipador grande.
• Carga de 10A com MOSFET de 20 mΩ: P = 100 x 0,02 = 2W. Já precisa de atenção, um TO-220 sem dissipador vai ficar quente.

Essa conta simples já te mostra por que dois MOSFETs com o mesmo ID de 50A podem ter comportamentos térmicos totalmente diferentes.

Por que um MOSFET de corrente alta ainda pode aquecer

Porque o ID é apenas uma capacidade máxima teórica com resfriamento ideal. O que gera calor de verdade é o RDS(on). Um MOSFET antigo de 50A pode ter RDS(on) de 150 mΩ, enquanto um MOSFET moderno de 30A pode ter apenas 8 mΩ. O de 30A vai trabalhar muito mais frio, mesmo sendo "menor" na corrente.

Além disso, o RDS(on) piora com a temperatura. O datasheet mostra isso no gráfico de RDS(on) vs Temperatura. Em média, o RDS(on) aumenta 40% a 60% quando a junção vai de 25°C para 100°C. Ou seja, um MOSFET que começa dissipando 1W pode passar a dissipar 1,6W quando esquenta, entrando em um ciclo de aquecimento.

Encapsulamento, dissipação e quando usar dissipador

O encapsulamento define o quanto o MOSFET consegue jogar esse calor para o ambiente.

• TO-220 e TO-247: são os mais fáceis para dissipar. Com uma pequena chapa de alumínio já aguentam 2W a 5W.
• DPAK (TO-252) e D2PAK: dependem muito da área de cobre na placa. Sem cobre extra, aquecem rápido.
• SOT-23 e TO-92: encapsulamentos pequenos, ideais para até 0,5W a 1W. Acima disso, vão torrar.

Regra prática de bancada que usamos no Blog 1:

• Até 0,5W: geralmente não precisa de dissipador em TO-220.
• De 0,5W a 1,5W: fica quente, mas ainda aceitável. Considere um pequeno dissipador ou mais cobre na placa.
• Acima de 1,5W a 2W: use dissipador obrigatoriamente.
• Acima de 5W: além do dissipador, verifique se não é melhor escolher um MOSFET com RDS(on) menor.

Em muitos projetos, trocar um MOSFET de 40 mΩ por um de 10 mΩ custa alguns centavos a mais e elimina a necessidade de dissipador. Isso barateia a montagem, melhora a eficiência e aumenta a vida útil do circuito. É por isso que calcular P ≈ I² x RDS(on) antes de comprar o componente evita retrabalho e garante uma escolha técnica e não apenas pelo valor de corrente do rótulo.

Como escolher o MOSFET para chaveamento com Arduino, microcontrolador ou PWM?

Essa é uma das aplicações mais buscadas por makers, técnicos e estudantes: usar um MOSFET como chave para controlar uma carga maior com Arduino, ESP32, PIC ou outro microcontrolador. O circuito parece simples, mas é aqui que mais acontecem erros de aquecimento e acionamento fraco.

MOSFET como chave controlado por microcontrolador

No modo chave, o MOSFET só tem dois estados: totalmente desligado ou totalmente ligado. O microcontrolador não controla o MOSFET de forma linear, ele apenas aplica 0V para desligar e 5V ou 3,3V para ligar. Por isso, o sucesso do circuito depende de o MOSFET estar totalmente saturado com essa baixa tensão de Gate.

O circuito clássico low-side que usamos na bancada é:

• Source do MOSFET canal N no GND.
• Drain ligado ao negativo da carga (LED, motor, relé).
• Positivo da carga ligado em 12V.
• Gate ligado ao pino do Arduino através de um resistor de 100R a 220R, com um resistor de 10k do Gate para o GND para garantir desligado durante o reset.

Se o MOSFET for bem escolhido, a carga recebe quase toda a tensão da fonte e o MOSFET fica frio. Se for mal escolhido, ele fica em condução parcial e esquenta.

Por que 3,3V e 5V exigem MOSFET Logic Level

Aqui está a diferença crucial entre VGS(th) e tensão para baixa RDS(on):

VGS(th) é a tensão onde o MOSFET apenas começa a conduzir, com cerca de 250uA. Um MOSFET pode ter VGS(th) de 2V a 4V e ainda assim precisar de 10V para entregar o RDS(on) de 20 mΩ informado no datasheet. Se você aciona esse MOSFET com 5V de um Arduino Uno ou 3,3V de um ESP32, ele vai conduzir, mas com RDS(on) de 200 mΩ ou mais.

Para controle com microcontrolador, você deve procurar por MOSFET Logic Level. No datasheet dele existe uma linha clara: RDS(on) @ VGS = 4,5V ou RDS(on) @ VGS = 2,5V. Essa é a garantia de que ele funciona com lógica.

• Para Arduino 5V: use MOSFETs que garantem RDS(on) com VGS de 4,5V. Exemplos: IRLZ44N, IRL540N, IRLB8721, AO3400.
• Para ESP32, ESP8266 e STM32 com 3,3V: precisa ser ainda mais criterioso. Procure RDS(on) @ VGS = 2,5V ou 3,3V. Exemplos: AO3400, IRLML2502, DMG2302, IRLB8721 ainda funciona bem em 3,3V para correntes menores.

Regra de ouro: se o datasheet não informa RDS(on) com a tensão que você tem no Gate, não use aquele MOSFET para chaveamento com microcontrolador.

Escolhendo para LEDs, motores DC, relés e ventiladores

• LEDs e fitas de LED: carga resistiva, sem pico. Foque em RDS(on) baixo com 5V. Um AO3400 em SMD aguenta até 3A a 4A de fita 12V sem aquecer.
• Motores DC, ventiladores e bombas: carga indutiva com pico de partida de 3 a 5 vezes a corrente nominal. Escolha VDS com folga de 50% e ID 3 vezes maior que a corrente contínua. O IRLZ44N é o clássico da bancada para motores 12V até 10A com PWM.
• Relés e solenoides: também indutivos, mas com corrente menor. Um 2N7002 ou BS170 pode servir para relés de 100mA, mas para relés automotivos use IRLZ44N.

Cuidados com cargas indutivas e o diodo de proteção

Toda carga indutiva gera um pico de tensão reversa quando desligada. Sem proteção, esse pico volta para o Drain do MOSFET e pode ultrapassar o VDS, queimando o componente.

Por isso, sempre que for chavear motor DC, relé, solenoide ou ventilador:

• Instale um diodo de roda-livre em antiparalelo com a carga, como o 1N4007 para baixas frequências ou um Schottky como 1N5819 para PWM.
• Mantenha o diodo o mais próximo possível da carga ou do conector.
• Em PWM de motor, o diodo precisa ser rápido. Diodos lentos aquecem e não protegem bem em frequências acima de 5kHz.

Sem o diodo, mesmo o melhor MOSFET vai falhar prematuramente.

Quando a carga do Gate (Qg) começa a importar

Para ligar e desligar uma fita de LED uma vez por segundo, o Qg não faz diferença. Mas quando você usa PWM para controlar velocidade de motor ou brilho de LED em 1kHz, 8kHz ou 20kHz, o Gate precisa ser carregado e descarregado milhares de vezes por segundo.

Um MOSFET com Qg alto, como 70nC, exige mais corrente do pino do microcontrolador para comutar rápido. Como o pino do Arduino só entrega cerca de 20mA, a comutação fica lenta. Durante esse tempo de transição, o MOSFET fica na região linear, dissipando muito calor. É a chamada perda por chaveamento.

Na prática:

• Para PWM até 1kHz, a maioria dos Logic Level com Qg até 30nC funciona direto no pino do Arduino com resistor de Gate de 100R.
• Para PWM acima de 5kHz a 20kHz, prefira MOSFETs com Qg baixo, abaixo de 15nC, como AO3400 e IRLB8721, ou use um driver de Gate dedicado como o TC4420.
• Se o MOSFET esquenta mais quando aumenta a frequência do PWM, o problema não é o RDS(on), é o Qg e o acionamento fraco.

Portanto, para projetos com Arduino e ESP32, o checklist final é: canal N low-side, Logic Level com RDS(on) garantido em 5V ou 3,3V, VDS com folga para picos, ID com margem para partida, diodo de roda-livre para cargas indutivas e Qg baixo se for usar PWM de alta frequência. Seguindo isso, seu chaveamento será frio, eficiente e confiável.

Como escolher e substituir um MOSFET corretamente?

Na bancada de reparo, a substituição de MOSFET é uma das causas mais comuns de retorno. O aparelho volta com o mesmo defeito porque foi colocado um componente que "parecia igual" no tamanho, mas era diferente nos parâmetros elétricos. Para substituir corretamente, você precisa comparar o datasheet e não apenas a aparência.

Como identificar o MOSFET original e localizar o datasheet

O primeiro passo é ler a marcação do componente. MOSFETs em encapsulamento TO-220 e TO-251 geralmente trazem a referência completa, como IRFZ44N ou IRF9540. Já em SMD como SOT-23 e TO-252, a marcação é abreviada, como A09T ou 3400. Nesse caso, use o código + encapsulamento no Google com o termo "datasheet" ou "marking code".

Com a referência em mãos, baixe o datasheet do fabricante original. Desconfie de datasheets de sites genéricos, prefira os PDFs da Infineon, ON Semiconductor, Vishay ou do fabricante específico. No datasheet, anote em uma folha os dados essenciais do original: canal N ou P, VDS, ID, RDS(on) com a respectiva tensão de VGS, VGS máximo, Qg e encapsulamento.

Como comparar um possível substituto

Um substituto bom precisa ser igual ou melhor em todos os pontos críticos, e não apenas em um. Veja o que conferir na ordem:

• Canal N ou P: é inegociável. Um canal N nunca substitui um canal P e vice-versa. Confira no diagrama elétrico do aparelho.
• VDS: o substituto deve ter VDS igual ou maior que o original. Se o original é de 60V, pode usar 60V, 80V ou 100V. Nunca use um de 40V.
• ID: escolha um ID igual ou maior, lembrando que o valor do datasheet é com resfriamento ideal. Se o original é de 30A, um substituto de 40A a 50A dá mais margem.
• RDS(on): este é o ponto que define se vai aquecer. O substituto deve ter RDS(on) igual ou menor, e medido na mesma tensão de VGS. Se o original tem 25 mΩ @ VGS 10V, não coloque um de 80 mΩ.
• Tensão de Gate: verifique se o circuito original aciona com 10V a 12V ou com lógica de 5V. Se for acionado por microcontrolador, o substituto precisa ser Logic Level com RDS(on) garantido em 4,5V ou 3,3V.
• Encapsulamento: o encapsulamento define a dissipação. Um TO-220 pode ser substituído por um TO-247 com adaptação, mas um DPAK não pode ser substituído por um SOT-23 para a mesma corrente.
• Pinagem: cuidado aqui. Nem todo MOSFET TO-220 tem a mesma pinagem G-D-S quando visto de frente. Alguns IGBTs e MOSFETs têm pinagem diferente. Confira o desenho do datasheet. Uma inversão de Drain com Source queima o componente na hora.
• Dissipação: calcule P ≈ I² x RDS(on). Se o original dissipava 1W e o substituto vai dissipar 3W, ele precisará de dissipador maior ou vai falhar por temperatura.

Por que não basta substituir pelo que parece igual? Porque dois MOSFETs no mesmo encapsulamento TO-220 podem ter características totalmente diferentes. Um IRFZ44N e um IRF740 são visualmente idênticos, mas o primeiro é 55V / 49A com RDS(on) de 17,5 mΩ e o segundo é 400V / 10A com RDS(on) de 550 mΩ. Se você trocar um pelo outro em uma fonte de 12V e 10A, o de 400V vai torrar.

Exemplo prático de comparação na bancada

Vamos a um caso real:

Original queimado: IRF3205 em uma placa de som automotiva. Dados: Canal N, 55V, 110A, RDS(on) 8 mΩ @ VGS 10V, TO-220.

Substituto encontrado na loja: IRFZ44N - Canal N, 55V, 49A, RDS(on) 17,5 mΩ @ VGS 10V, TO-220.

Essa substituição funciona? Depende da corrente real. Se o amplificador puxa 15A por MOSFET, o IRF3205 original dissiparia 15² x 0,008 = 1,8W. O IRFZ44N dissiparia 15² x 0,0175 = 3,93W, mais que o dobro de calor. Vai funcionar, mas vai aquecer muito mais e pode exigir um dissipador maior ou ventoinha. Se o circuito já trabalha no limite térmico, essa troca vai dar retorno.

Um substituto melhor seria o IRFB7537 com 60V, 80A e 3,3 mΩ ou o próprio IRF3205, mantendo o RDS(on) igual ou menor.

Checklist rápido para escolher um MOSFET

Antes de comprar ou substituir, faça este checklist que usamos no dia a dia da Tecset:

1. É canal N ou P? Confira no esquema. Não troque o tipo.
2. Qual a tensão máxima VDS? Substituto deve ter VDS igual ou maior, com folga de 50% sobre a tensão do circuito.
3. Qual a corrente necessária? Considere corrente contínua + picos de partida. Escolha ID 2 a 3 vezes maior.
4. Qual o RDS(on)? Escolha igual ou menor, sempre comparando na mesma tensão de VGS.
5. Com qual tensão o Gate será acionado? 10V, 5V ou 3,3V? Isso define tudo.
6. É Logic Level quando necessário? Para Arduino e ESP32, exija RDS(on) @ VGS 4,5V ou 2,5V no datasheet.
7. O encapsulamento é compatível? TO-220, DPAK, SOT-23? Ele precisa dissipar o calor calculado.
8. A pinagem é igual? Confira G-D-S no datasheet. Não confie apenas na posição na placa.
9. A dissipação térmica é suficiente? Calcule P = I² x RDS(on) e veja se precisa de dissipador.

Seguindo esse checklist, você deixa de trocar MOSFET por tentativa e erro e passa a fazer uma substituição técnica, com garantia de que o aparelho não vai voltar para a bancada por superaquecimento. No próximo artigo do Blog 2, vamos aprofundar esse cálculo com análise térmica e interpretação completa do Safe Operating Area (SOA).