Как да защитим MOSFET - обяснени основи

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





В тази публикация ние подробно научаваме как да предпазваме MOSFET-и и да предотвратяваме изгарянето на MOSFET в електронни схеми, като следваме някои основни насоки, свързани с правилното оформление на печатни платки, и внимателно ръчно боравене с тези чувствителни устройства.

Въведение

Дори след като свържете всичко правилно, откривате, че MOSFET-ите във вашата верига стават ГОРЕЩИ и издухват за минути. Това е доста често срещан проблем, с който се сблъскват повечето нови, както и опитни любители, докато проектират и оптимизират базирани на MOSFET схеми, особено тези, които включват високи честоти.



Очевидно е, че правилното свързване на всички части според дадените подробности е основното нещо, което трябва да се провери и потвърди първо, преди да се приемат други проблеми, защото освен ако фундаменталните неща не бъдат поставени абсолютно правилно, би било безсмислено проследяването на останалите скрити грешки във вашата верига .

Основното приложение за защита на Mosfet става критично по-специално в онези вериги, които включват високи честоти от порядъка на много kHz. Това е така, защото високочестотните приложения изискват бързо (в рамките на ns) включване и изключване на устройствата, което от своя страна изисква ефективно изпълнение на всички критерии, свързани пряко или косвено със съответното превключване.



И така, кои са основните пречки, които причиняват неправилно или неефективно превключване на MOSFET-ите, нека научим изчерпателно как да защитим MOSFET-овете със следните точки.

Отървете се от бездомната индуктивност:

Най-честата и основна грешка в куе е разсеяната индуктивност, която може да бъде скрита в пистите на веригата. Когато честотата на превключване и токът са високи, дори най-малкото ненужно увеличаване на свързващия път, който е печатната платка, може да доведе до взаимосвързана индуктивност, което от своя страна може да повлияе драстично на поведението на MOSFET поради неефективна проводимост, преходни процеси и скокове.

За да се отървете от този проблем, силно се препоръчва да запазите следите по-широки и да запазите устройствата КАТО БЛИЗКИ КЪМ ВЪЗМОЖНИ един към друг и към ИС на драйвера, които се използват за задвижване на съответните MOSFET-и.

Ето защо SMD е за предпочитане и е най-добрият начин за елиминиране на кръстосаната индуктивност между компонентите, също така използването на двустранна печатна платка помага да се контролира проблемът, поради неговите къси 'отпечатани' връзки през компонентите.

Дори височината на изправяне на MOSFET-овете трябва да бъде сведена до минимум, като вкарате оловото възможно най-дълбоко в печатната платка, като използването на SMD е може би най-добрият вариант.

защитете MOSFET чрез премахване на разсеяната индуктивност

Всички знаем, че MOSFET-ите включват вградени кондензатори, които изискват зареждане и разреждане, за да накарат устройството да работи.

По принцип тези кондензатори са свързани през портата / източника и портата / канализацията. Mosfets 'не харесват' продължително забавено зареждане и разреждане на капацитета му, тъй като те са пряко свързани с неговата ефективност.

Свързването на MOSFET директно към изхода на логически източник може да изглежда да реши този проблем, тъй като логическият източник лесно ще превключва и потапя капацитета от Vcc на нула бързо и обратно поради липсата на препятствия по пътя му.

Прилагането на горното съображение обаче може да доведе и до генериране на преходни и отрицателни пикове с опасни амплитуди през канализацията и портата, което прави MOSFET уязвим за генерираните пикове поради внезапно превключване на висок ток през канализацията / източника.

Това може лесно да прекъсне силициевото разделяне между секциите на MOSFET, което прави късо съединение вътре в устройството и ще го повреди трайно.

съпротивление на вратата за предотвратяване на отрицателни скокове

Значение на съпротивлението на портата:

За да се отървете от горния проблем, се препоръчва да използвате резистор с ниска стойност последователно с логическия вход и портата на MOSFET.

При относително по-ниски честоти (50 Hz до 1 kHz), стойността може да бъде някъде между 100 и 470 ома, докато за честоти над тази стойността може да бъде в рамките на 100 ома, за много по-високи честоти (10 kHz и повече) това не трябва да надвишава 50 ома .

Горното съображение позволява експоненциално зареждане или постепенно зареждане на вътрешните кондензатори, намалявайки или притъпявайки шансовете за отрицателни пикове в изводите за източване / порта.

добавяне на обратни диоди за MOSFET защита

Използване на обратни диоди:

В горното разглеждане експоненциалното зареждане на капацитета на порта намалява шансовете за скокове, но това също означава, че разреждането на включения капацитет би се забавило поради съпротивлението по пътя на логическия вход, всеки път, когато превключи на логическа нула. Причиняването на забавено освобождаване от отговорност би означавало принуждаване на MOSFET да работи при стресови условия, което го прави ненужно по-топъл.

Включването на обратен диод, успореден на резистора на портата, винаги е добра практика и просто се справя със забавеното разреждане на портата, като осигурява непрекъснат път за разреждане на порта през диода и към логическия вход.

Гореспоменатите точки относно правилното изпълнение на MOSFET-и могат лесно да бъдат включени във всяка схема, за да се предпазят MOSFET-та от загадъчни неизправности и изгаряне.

Дори и в сложни приложения като мостови схеми на полумост или пълен мост, заедно с някои допълнителни препоръчителни защити.

добавяне на резистор за източник на порта за MOSFET защита

Използване на резистор между порта и източника

Въпреки че не сме посочили това включване в предишните изображения, това е силно препоръчително за предпазване на MOSFET от издухване при всякакви обстоятелства.

И така, как резисторът през портата / източника осигурява гарантирана защита?

Е, обикновено MOSFET има тенденция да се заключва, когато се прилага превключващо напрежение, този ефект на заключване понякога може да бъде трудно да се върне и докато се приложи противоположният превключващ ток, вече е твърде късно.

Споменатият резистор гарантира, че веднага след като сигналът за превключване бъде премахнат, MOSFET може бързо да се изключи и да предотврати възможни повреди.

Тази стойност на резистора може да бъде между 1K и 10K, но по-ниските стойности биха осигурили по-добри и по-ефективни резултати.

Защита от лавина

MOSFET-ите могат да се повредят, ако температурата на кръстовището му внезапно се повиши над допустимата граница поради условия на свръхнапрежение на вътрешните диоди на тялото. Това явление се нарича лавина в MOSFET.

Проблемът може да възникне, когато се използва индуктивен товар от източващата страна на устройството и по време на периодите на изключване на MOSFET обратната ЕМП на индуктора, преминаваща през диода на тялото на MOSFET, става твърде висока, причинявайки внезапно повишаване на температурите на свързване на MOSFET и неговата разбивка.

Проблемът може да бъде решен чрез добавяне на външен диод с висока мощност през клеми за източване / източник на MOSFET, така че обратният ток да се споделя между диодите и да се елиминира излишната топлина.

Защита на Mosfets в H-Bridge вериги от изгаряне

Докато използвате пълна мостова схема на драйвер, включваща драйверна интегрална схема като IR2110 в допълнение към горното, следващите аспекти трябва да бъдат отегчени (ще обсъдя това подробно в една от предстоящите ми статии скоро)

  • Добавете разединителен кондензатор в близост до захранващите изводи на интегралната схема, това ще намали превключващите преходни процеси във вътрешните захранващи изводи, което от своя страна ще предотврати неестествена изходна логика на портите на MOSFET.
  • Винаги използвайте висококачествени кондензатори с ниско ESD, ниско изтичане за кондензатора за зареждане и евентуално използвайте няколко от тях паралелно. Използвайте в рамките на препоръчителната стойност, посочена в листа с данни.
  • Винаги свързвайте четирите взаимовръзки на MOSFET възможно най-близо една до друга. Както е обяснено по-горе, това ще намали бездомната индуктивност в MOSFET-овете.
  • И, свържете кондензатор с относително голяма стойност през положителната страна с висока страна (VDD) и земята с ниска страна (VSS), това ефективно ще заземи цялата разсеяна индуктивност, която може да се крие около връзките.
  • Присъединете се към VSS, ниското странично заземяване на MOSFET и логическото входно заземяване заедно и завършете в една обща дебела земя към захранващия терминал.
  • Не на последно място измийте добре дъската с ацетон или подобно средство против поток, за да премахнете всички възможни следи от запояващия поток за избягване на скрити междувръзки и къси панталони.
как да защитя MOSFET в H мостови вериги или пълна мостова верига

Защита на Mosfets от прегряване

Димерите за осветление често страдат от повреди на MOSFET. Повечето димери, използвани в промишлени приложения с ниска температура на променлив ток, са затворени и често вградени в стената. Това може да доведе до проблеми с разсейването на топлината и може да доведе до натрупване на топлина - което води до термично събитие. Обикновено MOSFET, използван за димерните вериги на осветлението, се проваля в „резистивен режим“.

Термозащита с възможност за пренасочване или RTP от TE Connectivity осигурява отговор на отказ на MOSFET в нискотемпературни променливотокови приложения.

Това устройство действа като резистор с ниска стойност при нормалните работни температури на MOSFET. Той е монтиран почти директно на MOSFET и следователно е в състояние да усети температурата с точност. Ако по някаква причина MOSFET се отклони в състояние на висока температура, това се усеща от RTP и при предварително зададена температура RTP се превръща в резистор с висока стойност.

Това ефективно прекъсва захранването на MOSFET, като го спасява от разрушаване. По този начин резисторът с по-ниски цени се жертва, за да спести по-скъп MOSFET. Подобна аналогия може да бъде използването на предпазител (материал с ниска стойност) за защита на по-сложни схеми (например телевизор).

Един от най-интересните аспекти на RTP от TE Connectivity е способността му да издържа на огромни температури - до 260ºC. Това е изненадващо, тъй като промяната на съпротивлението (за защита на MOSFET) обикновено се случва при около 140 ° C.

Този чудодеен подвиг е постигнат чрез иновативен дизайн на TE Connectivity. RTP трябва да бъде активиран, преди да започне да защитава MOSFET. Електронното активиране на RTP се случва след приключване на поточното запояване. Всеки RTP трябва да бъде въоръжен поотделно чрез изпращане на определен ток през щифта за активиране на RTP за определено време.

Характеристиките време-ток са част от спецификациите на RTP. Преди да бъде активиран, стойността на резистора на RTP ще следва посочените характеристики. След като бъде активиран, щифтът за активиране ще се отвори електрически - предотвратявайки по-нататъшни промени.

Много е важно оформлението, посочено от TE Connectivity, да се спазва при проектирането и монтирането на MOSFET и RTP на печатната платка. Тъй като RTP трябва да усети температурата на MOSFET, естествено следва, че двете трябва да останат в непосредствена близост.

RTP съпротивлението ще позволи до 80A ток при 120V AC през MOSFET, докато температурата на MOSFET остава под отворената температура на RTP, която може да бъде между 135-145 ° C.




Предишен: Свързване на регулатори на напрежение 78XX в паралел за силен ток Напред: VFD схема с еднофазно променливо честотно задвижване