MOSFET como interruptor: cómo controlar una carga de potencia desde un microcontrolador sin quemar nada

Un pin de Arduino entrega apenas unos miliamperios, y una tira LED de 12 V, un solenoide o una resistencia calefactora piden amperios. Si conectas esa carga directo al pin, el microcontrolador se daña. Usar un MOSFET como interruptor resuelve el problema: el pin solo da la orden y el transistor maneja la corriente.

La guía va dirigida al técnico, el aprendiz o el maker que trabaja con cargas de potencia en baja tensión. Al terminar sabrás conectar un MOSFET del lado bajo, elegir entre nivel lógico y estándar con la hoja de datos y evitar los errores que queman el transistor.

El MOSFET es un transistor de efecto de campo con tres terminales: compuerta (gate), drenaje (drain) y fuente (source). La compuerta se controla con tensión, no con corriente: cuando la tensión entre compuerta y fuente supera cierto valor, se forma un canal entre drenaje y fuente y la corriente de la carga circula.

En conducción, el canal se comporta como un interruptor cerrado con una resistencia pequeña llamada RDS(on). Sin tensión en la compuerta, el canal se abre y la carga se apaga. El control por tensión con baja resistencia hace del MOSFET el dispositivo de conmutación más usado de la electrónica de potencia, el campo que estudia cómo controlar y convertir energía eléctrica.

La diferencia entre BJT y MOSFET es clara: el bipolar exige corriente de base continua, mientras que el MOSFET casi no pide corriente una vez cargada su compuerta.

La conexión más segura para empezar es la conmutación del lado bajo con un MOSFET canal N. La carga queda entre el positivo de su fuente y el drenaje, la fuente (source) del MOSFET va a tierra y la compuerta recibe la señal del microcontrolador. Cómo conectar un MOSFET así lleva cinco pasos:

1. Une el negativo de la fuente de la carga con GND del microcontrolador. Sin tierra común, la compuerta no tiene referencia y el MOSFET conmuta de forma errática.
2. Conecta la carga entre el positivo de su fuente y el drenaje del MOSFET.
3. Conecta la fuente (source) del MOSFET a tierra.
4. Pon una resistencia de compuerta de 100 a 330 Ω entre el pin del microcontrolador y la compuerta. Limita la corriente que carga la capacitancia de la compuerta en cada conmutación.
5. Pon una resistencia de 10 kΩ entre la compuerta y la fuente. Mantiene el transistor apagado mientras el pin está sin definir, por ejemplo durante el arranque.

Las resistencias de este montaje son valores de uso común, no de hoja de datos. El ATmega328P, el chip del Arduino Uno, fija 40 mA como máximo absoluto por pin y prueba sus salidas a 20 mA. Con 5 V y 330 Ω, la compuerta recibe un pico cercano a 15 mA, dentro de ese margen.

Caso de práctica, con datos ficticios: una tira LED de 12 V consume 2 A. Con una RDS(on) de 0,022 Ω, el transistor disipa 2 × 2 × 0,022 = 0,088 W y no necesita disipador. Con 10 A disiparía 2,2 W, y ahí sí hay que revisar el calor.

El montaje se limita a cargas de corriente continua de baja tensión, con baterías o fuentes de laboratorio. Ningún paso aplica a cargas conectadas a la red eléctrica.

No todo MOSFET conduce bien con la tensión de un microcontrolador. Un MOSFET de nivel lógico conduce plenamente con 4 V o 5 V en la compuerta; uno estándar necesita unos 10 V. En la hoja de datos deciden tres líneas: el umbral VGS(th), la RDS(on) con la tensión de compuerta que aplicas y la corriente máxima de drenaje.

El umbral VGS(th) engaña a muchos principiantes. En el IRF540N de Infineon se mide con solo 250 µA de drenaje y marca dónde empieza a conducir el transistor, no dónde queda abierto del todo. Con un umbral de 2,0 a 4,0 V, arranca con 5 V pero con RDS(on) alta, porque Infineon especifica sus 44 mΩ con VGS = 10 V.

El IRF540N y el IRLZ44N son ejemplos educativos, no una recomendación de compra. En el IRLZ44N, la portada de Infineon anuncia 55 V, 47 A y 22 mΩ. [DATO POR VERIFICAR: umbral VGS(th) del IRLZ44N y tensión de compuerta a la que Infineon especifica sus 22 mΩ]. Con 3,3 V, como en un ESP32, un MOSFET especificado solo desde 4 V no tiene garantizada su RDS(on): revisa las curvas de la hoja de datos o usa un driver de compuerta.

Un motor, un solenoide o un relé son cargas inductivas: almacenan energía en una bobina. Cuando el MOSFET corta la corriente, la bobina empuja un pico de tensión que puede superar el límite drenaje-fuente y destruir el transistor. La solución es un diodo en antiparalelo con la carga, con el cátodo hacia el positivo de la fuente. Hasta 1 A sirve un 1N4007, de 1 A y 1000 V según Vishay; con motores de mayor consumo se necesita un diodo de más corriente.

El calor depende de la corriente y de la RDS(on), y empeora con la temperatura porque la resistencia en conducción aumenta cuando el transistor se calienta. Calcula la potencia con la corriente real y deja margen; si el encapsulado no la tolera, agrega un disipador.

Para regular la velocidad en lugar de solo encender y apagar, entra el PWM. El control de velocidad de un motor DC con MOSFET tiene artículo propio.

El MOSFET conmuta corriente continua. Para corriente alterna de la red, la industria usa el relé de estado sólido, y su conexión corresponde a personal habilitado según la normativa de cada país.

En planta, el montaje aparece en mantenimiento y automatización; para ubicar el rol, revisa qué hace un técnico en electrónica industrial.

Cuatro fallos explican la mayoría de MOSFET quemados o calientes en proyectos con Arduino.

Un MOSFET como interruptor convierte la señal débil de un microcontrolador en control de potencia real. La receta es corta: nivel lógico, lado bajo, resistencia de compuerta, resistencia a tierra, diodo en cargas inductivas y tierra común. Practica primero en simulador o con baterías, y sube la potencia cuando domines cada paso.