Все своими руками Защита от короткого замыкания

Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях.

Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² •R; P = 10 • 10 • 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. Этот транзистор применен в схеме защиты описанной в статье «Защита для зарядных устройств автоаккумуляторов». При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.

IRF4905 Datasheet PDF

В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.

Работа МДП-транзистора (MOSFET) с индуцированным каналом N-типа.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда Uзи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

LM358 Datasheet PDF

Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т.е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1.1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.

Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.

Полевые транзисторы практически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое широкое распространение они получили в интегральных схемах в качестве ключей (электронных переключателей)

Главные преимущества полевых транзисторов

• Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало энергии, так как практически не потребляет входного тока.
• Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
• Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
• У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями проводимости и непроводимости тока. Поэтому они могут работать на более высоких частотах, чем биполярные.

Главные недостатки полевых транзисторов

• У полевых транзисторов большее падение напряжения из-за высокого сопротивления между стоком и истоком, когда прибор находится в открытом состоянии.
• Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).
• Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на стратегию «многоядерности».
• При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтобы нейтрализовать его влияние, подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного транзистора. В результате напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора никогда на достигнет необходимого, чтобы он открылся (около 0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри прибора начал проводить).

  Однако, при быстром скачке напряжения между стоком и истоком полевого транзистора, паразитный транзистор может случайно открыться, в результате чего, вся схема может выйти из строя.

• Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный слой диэлектрика на затворе чрезвычайно тонкий, иногда даже относительно невысокого напряжения бывает достаточно, чтоб его разрушить. А разряды статического электричества, присутствующего практически в каждой среде, могут достигать несколько тысяч вольт.

  Поэтому внешние корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким образом, чтоб минимизировать возможность возникновения нежелательного напряжения между электродами прибора. Одним из таких методов является закорачивание истока с подложкой и их заземление. Также в некоторых моделях используют специально встроенный диод между стоком и истоком. При работе с интегральными схемами (чипами), состоящими преимущественно из полевых транзисторов, желательно использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке интегральных схем используют вакуумные антистатические упаковки

Работа схемы

Работает схема следующим образом. Например, при токе нагрузки в 3А, на датчике тока выделится напряжение 0,01 х 3 = 0,03В. На выходе усилителя DA1.1 будет напряжение, равное 0,03В х 100 = 3В. Если в данном случае на входе 2 DA1.2 присутствует опорное напряжение выставленное резистором R6, меньше трех вольт, то на выходе компаратора 1 появится напряжение близкое к напряжению питания ОУ, т.е. пять вольт. В результате засветятся светодиод оптрона. Откроется тиристор оптрона и зашунтирует затвор полевого транзистора с его истоком. Транзистор закроется и отключит нагрузку. Вернуть схему в исходное состояние можно кнопкой SB1 или выключением и повторным включением БП.

Недостатком схемы является однополярное питание операционного усилителя, в связи с этим при малых значениях падения напряжения на датчике тока, возникает большая нелинейность коэффициента усиления ОУ DA1.1.

Скачать статью

Методы защиты транзисторов от пробоя.

Методы защиты транзисторов от пробоя.

Область безопасной работы транзистораопределяет границы интервала надежной работы транзистора без захода в область одного из видов пробоя. Применение транзисторов в цифровых и импульсных устройствах копиров связано с возмож­ностью их использования в качестве основы для построения различных схем управления исполнительными узлами и механизмами.

Границы областей безопасной работы (ОБР) транзистора зависят от температуры его корпуса. С увеличением температуры корпуса транзистора границы ОБР, обусловленные тепловым пробоем, перемещаются влево (рис. 1). Границы ОБР, обуслов­ленные лавинным или вторичным пробоем, практически от температуры не за­висят.

. Обычно область безопасной работы (ОБР) строится в ко­ординатах IК (UКЭ). Различают статическую и импульсную ОБР. Статическая ОБР (рис. 2, а) ограничивается участками: то­кового пробоя (1), теплового пробоя (2), вторичного пробоя (3) и лавинного про­боя (4). При построении ОБР в логарифмическом масштабе все ее участки имеют вид прямых линий.

Рис. 1. Температурная зависимость тока стока полевого транзистора с p/n-переходом

Импульсная ОБР определяется максимальным импульсным током коллектора IК. И.МАКС и максимальным импульсным напряжением пробоя UКЭ. И.МАКС . При малых длительностях импульсов на ней могут отсутствовать участки, обусловленные тепловым пробоем. При длительности импульса менее 1 мкс импульсная ОБР име­ет только две границы IК.И.МАКС и UКЭ. И.МАКС . При увеличении длительности импульса появляются участки, ограничивающие ОБР за счет развития вторичного пробоя (3) и теплового пробоя (2).

Рис. 2. Области безопасной работы биполярного транзистора в статистическом режиме (а) и импульсном режиме (б) при различных длительностях импульсов тока коллектора.

При использовании транзистора необходимо обеспечить нахождение его рабочей точки внутри ОБРбез выхода за ее пределы. Даже кратковременный выход рабочей точки за пределы соответствующей ОБР влечет за собой попадание транзистора в область пробоя. С целью защиты тран­зистора от возможного пробоя обычно формируют траекторию его переключения при работе в ключевом режиме. Для этого к транзистору подключают дополни­тельные цепи, содержащие резисторы, емкости, диоды и стабилитроны. Парамет­ры этих цепей или рассчитывают, или находят экспериментальным путем. Неко­торые из таких схем приведены на рис. 3.

Простейшая цепь, используемая при индуктивной нагрузке транзистора, состоит из последовательно соединенных элементов Rи С, как показано на рис. 3 а. Эта цепь работает следующим образом. При запирании транзистора с индуктивной нагрузкой ток в индуктивности, не меняя своего значения и направ­ления, поступает в RC-цепь и заряжает конденсатор С. При этом часть энергии, запасенной в индуктивности, будет израсходована в резисторе R. Благодаря этому исключается импульс большой амплитуды на коллекторе транзистора, который вывел бы рабочую точку за пределы ОБР.

Элементы такой цепи рассчитываются по формулам:

C³2LНEК 2/UМRН , R = UМRН /Ö2EК

где UМ — разность между напряжением источника питания ЕКи максимально допу­стимым напряжением коллектор-эмиттер, определяемым по соответствующей ОБР. Вместо RC-цепи можно использовать диодно-резистивную цепь, представлен­ную на рис. 3 б. В этой схеме при запирании транзистора отпирается диод D, и через него проходит ток индуктивной нагрузки. Для снижения амплитуды им­пульса тока в диоде последовательно с ним иногда включается сопротивление R. Перепад напряжения на транзисторе равен прямому падению напряжения на дио­де, т. е. практически отсутствует.

Рис. 3. Защита транзистора от лавинного пробоя при помощи LС-цепи (а), шунтирующего диода (б) и стабилитрона (в)

Для ограничения выброса напряжения на коллекторе транзистора при его запирании можно использовать ограничитель на стабилитроне D, как показано на рис. 3, в. Все рассмотренные цепи ограничивают предельное напряжение на транзисторе и тем самым предохраняют транзистор от попадания в режим лавин­ного пробоя.

Для защиты транзистора от перегрева и связанного с этим теплового пробоя применяют охладители, к которым крепится корпус транзистора. Применение охладителей позволяет уменьшить перегрев транзистора.

Наиболее сложной проблемой является за­щита транзисторов от вторичного пробоя. При развитии вторичного пробоя транзистор теряет управление по базе, и даже подавая на базу об­ратное смещение, запереть его нельзя. Един­ственным способом защиты транзистора в этом случае является распознавание развития вто­ричного пробоя во время задержки и шунтиро­вание выводов коллектор-эмиттер транзистора с помощью быстродействующего тиристора.

Упрощенная схема защиты транзистора от вторичного пробоя приведена на рис. 4. Схема содержит устройство управления тиристором Dзащиты, который шунтирует транзистор Т при появлении в его базе колебаний, предшествую­щих развитию вторичного пробоя.

Рис. 18. Защита транзистора от вторичного пробоя.

Защита от перегрузки в MOSFET драйверах

Одними из главных элементов, которые применяются в мощных импульсных преобразователях (источниках питания), являются силовые транзисторы IGBT и MOSFET.

Их уникальные статические и динамические характеристики позволяют создавать приборы, которые имеют выходную мощность в сотни кВт при минимальных габаритах и КПД, превышающем 95%.

IGBT и MOSFET транзисторы имеют схожие характеристики управления, поскольку общим является изолированный затвор.

Так как данные транзисторы имеют отрицательный температурный коэффициент тока короткого замыкания, появилась возможность создавать транзисторы, устойчивые к короткому замыканию.

Падение напряжения управления до значения, при котором транзистор может перейти в линейный режим и выйти из строя из-за перегрева кристалла, является опасным для ключевых элементов с управляющим электродом.

Отсутствие тока управления в статических режимах и общее низкое потребление по цепям питания позволяет отказаться от гальванически изолированных схем управления на дискретных элементах и создать интегральные схемы управления — драйверы.

В настоящее время ряд фирм выпускает большой ассортимент таких устройств, управляющих одиночными транзисторами, полумостами и мостами — двух и трехфазными. Кроме обеспечения тока затвора они способны выполнять и ряд вспомогательных функций, таких, как защита от перегрузки по току, падения напряжения управления и ряд других.

Далее рассматриваются способы использования серийных драйверов для режимов защиты.

Режим короткого замыкания

Рис.1.

Причины возникновения токовых перегрузок бывают различные. Чаще всего это аварийные случаи, такие как пробой на корпус или замыкание нагрузки.

Перегрузка может быть вызвана и особенностями схемы, например, переходным процессом или током обратного восстановления диода оппозитного плеча.

Данные перегрузки должны быть устранены схемотехническими методами: применением цепей формирования траектории (снабберов), выбором резистора затвора, изоляцией цепей управления от силовых и др.

Включение транзистора при коротком замыкании в цепи нагрузки.

Рис.2

Принципиальная схема и эпюры напряжения, соответствующие режиму короткого замыкания, приведены на рис. 1а и 2.

Данные графики получены при анализе реальных схем с помощью специального программного обеспечения. Для анализа были использованы усовершенствованные модели транзисторов MOSFET и макромодели IGBT и драйверов.

Максимальный ток в цепи коллектора транзистора ограничен напряжением на затворе и крутизной транзистора. В следствии наличия емкости в цепи питания, внутреннее сопротивление источника питания не влияет на ток короткого замыкания.

В момент включения ток в транзисторе нарастает плавно из-за паразитной индуктивности LS в цепи коллектора (средний график на рис.2). По этой же причине напряжение имеет провал (нижний график).

После окончания переходного процесса к транзистору приложено полное напряжение питания, что приводит к рассеянию колоссальной мощности в кристалле. Режим КЗ нужно прервать через определенное время, которое необходимо для исключения ложного срабатывания.

Это время обычно составляет 1-10мкс. Естественно, что транзистор должен выдерживать перегрузку в течение этого времени.

Короткое замыкание нагрузки у включенного транзистора.

Принципиальная схема и эпюры напряжения, соответствующие этому режиму, приведены на рис. 1 и 3.

Как видно из графиков, процессы в этом случае происходят несколько иначе. Ток, как и в предыдущем случае ограниченный параметрами транзистора, нарастает со скоростью, определяемой паразитной индуктивностью Ls (Средний график на рис.3).

Перед тем, как ток достигнет установившегося значения, начинается увеличение напряжения Vce (нижний график). Напряжение на затворе увеличивается за счет эффекта Миллера (верхний график).

Соответственно возрастает и ток коллектора, который может превысить установившееся значение. В этом режиме помимо отключения транзистора необходимо предусмотреть и ограничение напряжения на затворе.

Рис.3.

Как было отмечено ранее, установившееся значение тока КЗ определяется напряжением на затворе. Однако снижение этого напряжения приводит к повышению напряжения насыщения и, следовательно, к увеличению потерь проводимости.

Устойчивость к КЗ тесно связана и с крутизной транзистора. IGBT с высоким коэффициентом усиления по току имеют низкое напряжение насыщения, но небольшое допустимое время перегрузки. Как правило транзисторы, наиболее устойчивые к КЗ имеют высокое напряжение насыщения и, следовательно, высокие потери.

Допустимый ток КЗ IGBT гораздо выше, чем у биполярного транзистора. Обычно он равен 10-кратному номинальному току при допустимых напряжениях на затворе. Ведущие фирмы, такие как International Rectifier, Siemens, Fuji выпускают транзисторы, выдерживающие без повреждения такие перегрузки.

Этот параметр оговаривается в справочных данных на транзисторы и называется Short Circuit Ration., а допустимое время перегрузки — tsc — Short Circuit Time.

Быстрая реакция схемы защиты весьма полезна для большого количества применений. Применение таких схем защиты в сочетании с высокоэффективными IGBT повышают эффективность работы схемы без снижения надежности.

---

ИВЭП серии ПНВ27 рассчитаны на питание от сети постоянного тока напряжением в диапазоне от 22В до 34В.

Задать вопрос

<< Предыдущая  Следующая >>

Полупроводниковые и системные решения — Infineon Technologies

Водородные электролизеры становятся зелеными

Получите представление о применении электролизеров переменного и постоянного тока и о преимуществах наших лучших в своем классе мощных полупроводниковых решений.

Смотреть видео

electronica 2022

Посетите нас на выставке electronica в этом году — живите в Мюнхене или в цифровом виде!

Учить больше

Присоединяйтесь к нам на TRUSTECH 2022

Погрузитесь в самое сердце безопасности на выставке TRUSTECH этого года с семейством универсальных решений Infineon SECORA™.

Узнать больше

Тяговые преобразователи для электромобилей

Высокая эффективность увеличивает радиус действия и снижает усилия по охлаждению, пространство и вес.

Учить больше

Умные дома и здания будущего

Интеллектуальные полупроводниковые решения делают здания и дома настраиваемыми, обеспечивая больше комфорта жителям и работникам и экономя энергию

Взглянем

Машинное зрение для Industry 4.0

Веб-семинар: USB SuperSpeed ​​(от 5 до 20 Гбит/с) для высокоскоростной обработки изображений и видео. Ускорьте промышленную автоматизацию производства с помощью решений Infineon EZ-USB™.

Сохраните свое место

Tech for — события о влиянии технологий

Присоединяйтесь к нашей прямой трансляции «Технологии для устойчивого будущего»! Следите за нашими панельными дискуссиями о роли и потенциале технологий для создания будущего, достойного жизни

Присоединяйтесь к нашей прямой трансляции

Новости

22 ноября 2022 г. | Business & Financial Press

Infineon возглавляет рейтинг лидеров разнообразия Financial Times 2022

14 ноября 2022 г. | Ежеквартальный отчет

После рекордного 2022 финансового года Infineon значительно увеличивает свои долгосрочные финансовые цели и планирует крупные инвестиции в новый завод в Дрездене; позитивный прогноз на 2023 год

Новости рынка

25 ноября 2022 г. | Новости рынка

Infineon и TSMC представляют технологию RRAM для автомобильного семейства продуктов AURIX™ TC4x

Посетите Infineon в Твиттере

Как защитить полевые МОП-транзисторы: объяснение основ

В этом посте мы всесторонне узнаем, как защитить полевые МОП-транзисторы и предотвратить сжигание полевых МОП-транзисторов в электронных схемах, следуя некоторым основным рекомендациям, касающимся правильной компоновки печатных плат и осторожного ручного обращения с ними. чувствительные устройства.

Содержание

Даже после правильного подключения вы обнаружите, что MOSFET в вашей цепи ГОРЯЧИЕ и перегорают в течение нескольких минут. Это довольно распространенная проблема, с которой сталкиваются как новички, так и опытные любители при проектировании и оптимизации схем на основе полевых МОП-транзисторов, особенно тех, которые используют высокие частоты.

Очевидно, что правильное соединение всех частей в соответствии с заданными деталями — это главное, что необходимо проверить и подтвердить, прежде чем принимать другие проблемы, потому что, если основные вещи не установлены абсолютно правильно, было бы бессмысленно отслеживать другие скрытые ошибки в ваша схема.

Основное применение защиты Mosfet становится особенно важным в тех цепях, которые включают высокие частоты порядка многих кГц. Это связано с тем, что высокочастотные приложения требуют быстрого (в пределах нс) включения и выключения устройств, что, в свою очередь, требует эффективной реализации всех критериев, прямо или косвенно связанных с соответствующим переключением.

Итак, каковы основные помехи, вызывающие неправильное или неэффективное переключение полевых транзисторов, давайте всесторонне изучим, как защитить полевые транзисторы с помощью следующих пунктов.

Избавьтесь от паразитной индуктивности:

Самая распространенная и главная ошибка в que — это паразитная индуктивность, которая может быть скрыта внутри дорожек схемы. Когда частота переключения и ток высоки, даже малейшее ненужное увеличение соединительного пути, который является дорожкой печатной платы, может привести к взаимосвязанной индуктивности, которая, в свою очередь, может резко повлиять на поведение MOSFET из-за неэффективной проводимости, переходных процессов и пиков.

Чтобы избавиться от этой проблемы, настоятельно рекомендуется сделать дорожки шире и расположить устройства как можно ближе друг к другу и к ИС драйвера, которые используются для управления соответствующими полевыми транзисторами.

Вот почему SMD предпочтительнее и является лучшим способом устранения перекрестной индуктивности между компонентами, а также использование двухсторонней печатной платы помогает контролировать проблему из-за коротких соединений «печатных сквозных отверстий» между компонентами.

Даже высота расположения мосфетов должна быть сведена к минимуму путем вставки вывода как можно глубже в печатную плату, использование SMD, вероятно, является лучшим вариантом.

Все мы знаем, что полевые МОП-транзисторы содержат встроенные конденсаторы, которые требуют зарядки и разрядки, чтобы обеспечить проводимость устройства.

Обычно эти конденсаторы подключаются через затвор/исток и затвор/сток. МОП-транзисторы «не любят» длительную задержку зарядки и разрядки своей емкости, поскольку они напрямую связаны с их эффективностью.

Подключение полевых МОП-транзисторов напрямую к выходу логического источника может решить эту проблему, поскольку логический источник легко переключается и быстро понижает емкость с Vcc до нуля и наоборот из-за отсутствия каких-либо препятствий на его пути.

Однако реализация приведенных выше соображений также может привести к генерации переходных процессов и отрицательных всплесков с опасными амплитудами на стоке и затворе, что делает полевой МОП-транзистор уязвимым для генерируемых всплесков из-за внезапного переключения сильного тока между стоком и истоком.

Это может легко нарушить кремниевое разделение между секциями MOSFET, что вызовет короткое замыкание внутри устройства и необратимо повредит его.

Важность сопротивления затвора:

Чтобы избавиться от вышеуказанной проблемы, рекомендуется использовать резистор с низким номиналом последовательно с логическим входом и затвором MOSFET.

При относительно более низких частотах (от 50 Гц до 1 кГц) значение может быть где-то между 100 и 470 Ом, в то время как для частот выше этого значение может быть в пределах 100 Ом, для гораздо более высоких частот (10 кГц и выше) это значение не должно превышать 50 Ом.

Приведенное выше соображение позволяет экспоненциальную зарядку или постепенную зарядку внутренних конденсаторов, уменьшая или притупляя вероятность отрицательных пиков на выводах стока/затвора.

Использование обратных диодов:

В приведенном выше рассмотрении экспоненциальная зарядка емкости затвора снижает вероятность пиков, но это также означает, что разряд задействованной емкости будет задержан из-за сопротивления на пути логического входа, каждый раз, когда он переключается на логический ноль. Вызвать задержку разрядки означало бы заставить MOSFET работать в напряженных условиях, делая его излишне теплее.

Включение реверсивного диода параллельно резистору затвора всегда является хорошей практикой и просто решает проблему замедленной разрядки затвора, обеспечивая непрерывный путь разряда затвора через диод к логическому входу.

Вышеупомянутые пункты относительно правильной реализации мосфетов могут быть легко включены в любую схему, чтобы защитить мосфеты от загадочных неисправностей и возгорания.

Даже в сложных приложениях, таких как полумостовые или полномостовые схемы драйвера MOSFET вместе с некоторыми дополнительными рекомендуемыми средствами защиты.

Использование резистора между затвором и истоком

Хотя мы не указали это включение на предыдущих изображениях, это настоятельно рекомендуется для защиты МОП-транзистора от перегорания при любых обстоятельствах.

Так как же резистор между затвором/истоком обеспечивает гарантированную защиту?

Как правило, MOSFET имеют тенденцию к защелкиванию всякий раз, когда подается переключающее напряжение, этот эффект фиксации иногда трудно устранить, и к тому времени, когда подается противоположный ток переключения, уже слишком поздно.

Упомянутый резистор обеспечивает быстрое отключение MOSFET при снятии сигнала переключения и предотвращает возможное повреждение.

Значение этого резистора может быть где угодно между 1K и 10K, однако более низкие значения обеспечат лучшие и более эффективные результаты.

Защита от лавин

МОП-транзисторы могут быть повреждены, если температура их перехода внезапно превысит допустимый предел из-за условий перенапряжения на внутренних диодах корпуса. Это явление называется лавиной в полевых МОП-транзисторах.

Проблема может возникнуть, когда на стороне стока устройства используется индуктивная нагрузка, а в периоды выключения полевого МОП-транзистора обратная ЭДС катушки индуктивности, проходящая через диод в корпусе МОП-транзистора, становится слишком высокой, вызывая внезапное повышение температуры перехода МОП-транзистора. , и его разбивка.

Эту проблему можно решить, добавив внешний диод высокой мощности на клеммы сток/исток полевых МОП-транзисторов, чтобы обратный ток распределялся между диодами и исключалось избыточное тепловыделение.

Защита МОП-транзисторов в цепях H-моста от возгорания

При использовании схемы драйвера полного моста, включающей в себя микросхему драйвера, такую ​​как IR2110, в дополнение к вышеперечисленному, следует помнить о следующих аспектах (я подробно обсужу это в одной из моих будущих статей)

• Добавьте развязывающий конденсатор рядом с выводами питания драйвера IC, это уменьшит переходные процессы переключения на выводах внутреннего питания, что, в свою очередь, предотвратит неестественную логику вывода на затворы MOSFET.
• Всегда используйте высококачественные конденсаторы с низким уровнем электростатического разряда и малой утечкой для пускового конденсатора и, возможно, используйте пару из них параллельно. Используйте в пределах рекомендованного значения, указанного в техническом описании.
• Всегда подключайте четыре соединения MOSFET как можно ближе друг к другу. Как объяснялось выше, это уменьшит паразитную индуктивность мосфетов.
• И подключите конденсатор относительно большой емкости к положительной стороне высокого напряжения (VDD) и заземлению со стороны низкого напряжения (VSS). Это эффективно заземлит все паразитные индуктивности, которые могут скрываться вокруг соединений.
• Соедините VSS, землю нижнего конца MOSFET и землю логического входа вместе и подключите к клемме питания одну общую толстую землю.
• И последнее, но не менее важное: тщательно промойте плату ацетоном или подобным антифлюсовым средством, чтобы удалить все возможные следы флюса для пайки, чтобы избежать скрытых соединений и коротких замыканий.

Защита МОП-транзисторов от перегрева

Диммеры освещения часто страдают от отказов МОП-транзисторов. Большинство диммеров, используемых в низкотемпературных промышленных приложениях переменного тока, закрыты и часто встроены в стену. Это может вызвать проблемы с рассеиванием тепла и привести к накоплению тепла, что приведет к тепловому событию. Обычно полевой МОП-транзистор, используемый для цепей регулятора освещения, выходит из строя в «резистивном режиме».

Термозащита с возможностью пайки оплавлением или RTP от TE Connectivity обеспечивает ответ на отказ MOSFET в низкотемпературных приложениях переменного тока.

Это устройство действует как маломощный резистор при нормальных рабочих температурах MOSFET. Он установлен почти непосредственно на МОП-транзисторе и поэтому может точно измерять температуру. Если по какой-либо причине полевой МОП-транзистор переходит в высокотемпературное состояние, это определяется RTP, и при заданной температуре RTP превращается в высокоомный резистор.

Эффективно отключает питание МОП-транзистора, спасая его от разрушения. Таким образом, более дешевый резистор жертвует собой ради экономии более дорогого МОП-транзистора. Аналогичной аналогией может быть использование предохранителя (материал с низкой стоимостью) для защиты более сложных схем (например, телевизора).

Одним из наиболее интересных аспектов RTP от TE Connectivity является его способность выдерживать огромные температуры — до 260ºC. Это удивительно, поскольку изменение сопротивления (для защиты МОП-транзистора) обычно происходит при температуре около 140ºC.

Это чудесное достижение стало возможным благодаря инновационному дизайну от TE Connectivity.