Cómo usar un MOSFET de potencia como interruptor

Primero, lo que debemos entender es que a diferencia de los transistores BJT, los transistores FET son conmutados por voltaje y no por corriente. Específicamente, los FET son controlados por la diferencia de potencial que existe entre la compuerta (G) y la fuente (S). Para los MOSFET, la corriente de drenaje (I_D) es proporcional al voltaje Vgs siempre y cuando este voltaje supere un valor de umbral como se muestra en la siguiente figura [Principios de Electrónica, Bates-Malvino]:

Podemos ahora poner en práctica esta consideración y simular un circuito de conmutación de una carga usando un IRF150. Este MOSFET puede aguantar un voltaje Vds de hasta 100V y una corriente Id de hasta 38A, pero usaremos una fuente de 30V solo como ejemplo. Elegiremos un voltaje Vgs de 15V para garantizar la corriente de saturación:

Vemos que este circuito funciona correctamente. Este modo se conoce como Low-Side. ¿Pero que ocurrirá si requerimos que la carga a conmutar deba estar por debajo del MOSFET [High-Side]? Si hacemos la simulación de este nuevo caso notaremos un problema:

Lo que se observa en este caso es que el voltaje entre las terminales G y D supera el voltaje de umbral pero no es lo suficientemente grande para garantizar la corriente de saturación. Esto es un problema muy común a la hora de construir inversores para convertir CD en CA. Este problema se resuelve utilizado un driver de boostrap como pueden ser el IR2001 o el IR2010. La siguiente simulación ejemplifica la manera correcta de conmutar un MOSFET con la carga por debajo:

Es importante señalar que este modo de conmutación no funciona de manera indefinida debido a la descarga del capacitor. Pero en aplicaciones de PWM funciona perfectamente siempre y cuando se elija un valor de capacitancia que mantenga encendido al MOSFET durante todo el ciclo de trabajo. En la práctica la conmutación de potencia suele realizarse desde un microcontrolador, así que recomiendo checar los modelos de drivers de conmutación que maneja Microchip tanto para Low-Side como High-Side y utilizar opto-acopladores ya que el voltaje de encendido supera los 10V en la mayoría de los MOSFET's de potencia.