Kā aizsargāt MOSFET - paskaidroti pamati

Šajā ziņojumā mēs vispusīgi uzzinām, kā aizsargāt mosfetus un novērst mosfet dedzināšanu elektroniskajās ķēdēs, ievērojot dažas pamatnostādnes, kas saistītas ar pareizu PCB izkārtojumu, un uzmanīgi manuāli apstrādājot šīs jutīgās ierīces.

Ievads

Pat pēc visa pareiza savienojuma jūs atradīsit, ka jūsu ķēdes mosfeti kļūst karsti un izpūš dažu minūšu laikā. Tas ir diezgan izplatīts jautājums, ar kuru saskaras lielākā daļa jaunu, kā arī pieredzējušu hobiju, izstrādājot un optimizējot uz mosfet balstītas shēmas, jo īpaši tās, kas saistītas ar augstām frekvencēm.

Acīmredzot visu detaļu pareiza savienošana atbilstoši norādītajām detaļām ir galvenā lieta, kas vispirms jāpārbauda un jāapstiprina, pirms pārņemat citus jautājumus, jo, ja vien pamatlietas netiks pareizi sakārtotas, bezjēdzīgi atrast citas slēptās kļūdas jūsu ķēdē .

Pamata Mosfet aizsardzības programma kļūst kritiska tieši tajās ķēdēs, kurās ir augstas frekvences daudzu kHz secībā. Tas ir tāpēc, ka augstas frekvences lietojumprogrammas prasa ātru (ns laikā) ierīču ieslēgšanu un izslēgšanu, kas savukārt prasa efektīvu visu kritēriju efektīvu ieviešanu, kas tieši vai netieši saistīti ar attiecīgo komutāciju.

Kādi ir galvenie šķēršļi, kas izraisa nepareizu vai neefektīvu mosfetu pārslēgšanos, iemācīsimies vispusīgi, kā aizsargāt mosfetus ar šādiem punktiem.

Atbrīvojieties no klaiņojošās induktivitātes:

Visbiežāk sastopamā un galvenā kļūda rindā ir klaiņojoša induktivitāte, kas var būt paslēpta ķēdes sliedēs. Ja pārslēgšanās frekvence un strāva ir augsta, pat vismazākais nevajadzīgais savienojuma ceļa, kas ir PCB sliežu ceļš, palielinājums var izraisīt savstarpēji saistītu induktivitāti, kas savukārt var neefektīvas vadītspējas, pārejas un smaile dēļ krasi ietekmēt mosfet uzvedību.

Lai atbrīvotos no šī jautājuma, ir ļoti ieteicams saglabāt sliežu ceļus platākus un saglabāt ierīces pēc iespējas tuvāk viena otrai un vadītāja IC, kuras tiek izmantotas attiecīgo mosfetu vadīšanai.

Tāpēc priekšroka tiek dota SMD, un tas ir labākais veids, kā novērst šķērsinduktivitāti starp komponentiem, kā arī divpusējas PCB izmantošana palīdz kontrolēt problēmu, pateicoties tā īsajiem “caur caurumiem iespraustajiem” savienojumiem komponentos.

Pat mosfetu stāvēšanas augstums ir jāsamazina līdz minimumam, ievietojot svinu pēc iespējas dziļāk PCB, iespējams, ka SMD izmantošana ir labākā iespēja.

Mēs visi zinām, ka mosfets ietver iebūvētus kondensatorus, kuriem nepieciešama uzlāde un izlāde, lai ierīce darbotos.

Būtībā šie kondensatori ir savienoti pāri vārtiem / avotam un vārtiem / kanalizācijai. Mosfets 'nepatīk' ilgstoša kavēta uzlāde un kapacitātes izlāde, jo tie ir tieši saistīti ar tā efektivitāti.

Varētu šķist, ka šo problēmu atrisina mosfetu savienošana tieši ar loģiskā avota izvadi, jo loģiskais avots viegli pārslēgs kapacitāti no Vcc uz nulli un otrādi, jo tā ceļā nav šķēršļu.

Tomēr iepriekšminētā apsvēruma īstenošana var izraisīt arī īslaicīgu un negatīvu tapu rašanos ar bīstamām amplitūdām visā kanalizācijā un vārtos, padarot mosfetu neaizsargātu pret radītajiem tapas dēļ pēkšņas lielas strāvas pārslēgšanās pāri kanalizācijai / avotam.

Tas varētu viegli noārdīt silīcija atdalīšanu starp MOSFET sekcijām, radot īssavienojumu ierīces iekšienē un neatgriezeniski to sabojājot.

Vārtu pretestības nozīme:

Lai atbrīvotos no iepriekš minētā jautājuma, ieteicams sērijveidā izmantot mazvērtīgu rezistoru ar loģisko ieeju un mosfet vārtiem.

Ar relatīvi zemākām frekvencēm (no 50 Hz līdz 1 kHz) vērtība varētu būt starp 100 un 470 omiem, savukārt frekvencēm virs šī vērtība varētu būt 100 omu robežās, daudz augstākām frekvencēm (10 kHz un vairāk) tā nedrīkst pārsniegt 50 omus. .

Iepriekš minētais apsvērums ļauj eksponenciāli uzlādēt vai pakāpeniski uzlādēt iekšējos kondensatorus, samazinot vai samazinot negatīvo tapu iespējamību pāri notekas / vārtu tapām.

Reverso diodu izmantošana:

Iepriekšminētajā vērtējumā vārtu kapacitātes eksponenciāla uzlāde samazina tapu iespējamību, bet tas arī nozīmē, ka iesaistītās kapacitātes izlāde tiktu aizkavēta pretestības dēļ loģiskās ievades ceļā, katru reizi, kad tā pārslēdzas uz loģisko nulli. Aizkavētas izlādes izraisīšana nozīmētu mosfeta piespiešanu rīkoties stresa apstākļos, padarot to nevajadzīgi siltāku.

Reversā diodes iekļaušana paralēli vārtu rezistoram vienmēr ir laba prakse, un tā vienkārši novērš aizkavēto vārtu izlādi, nodrošinot nepārtrauktu ceļu vārtu izlādei caur diode un loģiskajā ieejā.

Iepriekš minētos jautājumus par pareizu mosfetu ieviešanu var viegli iekļaut jebkurā ķēdē, lai pasargātu mosfetus no noslēpumainiem darbības traucējumiem un dedzināšanas.

Pat sarežģītās lietojumprogrammās, piemēram, pussiltas vai pilna tilta MOSFET draiveru shēmas, kā arī dažas papildu ieteicamās aizsardzības.

Rezistora izmantošana starp vārtiem un avotu

Lai gan iepriekšējos attēlos mēs neesam norādījuši šo iekļaušanu, tas ir ļoti ieteicams, lai visos apstākļos pasargātu mosfetu no pūta.

Tātad, kā rezistors pāri vārtiem / avotam nodrošina garantētu aizsardzību?

Nu, parasti mosfetiem ir tendence aizķerties ikreiz, kad tiek izmantots pārslēgšanas spriegums, šo fiksācijas efektu dažreiz var būt grūti atjaunot, un līdz brīdim, kad tiek lietota pretēja komutācijas strāva, tas jau ir par vēlu.

Minētais rezistors nodrošina, ka, tiklīdz komutācijas signāls tiek noņemts, mosfet spēj ātri izslēgties un novērst iespējamos bojājumus.

Šī rezistora vērtība varētu būt starp 1K un 10K, tomēr zemākas vērtības nodrošinātu labākus un efektīvākus rezultātus.

Lavīnu aizsardzība

MOSFET var sabojāt, ja tā savienojuma temperatūra pēkšņi paaugstinās par pieļaujamo robežu, pateicoties pārsprieguma apstākļiem iekšējās ķermeņa diodēs. Šo notikumu MOSFET sauc par lavīnu.

Problēma var rasties, ja ierīces iztukšošanas pusē tiek izmantota induktīva slodze un MOSFET izslēgšanas periodos induktora reversā EMF, kas iet caur MOSFET ķermeņa diodi, kļūst pārāk augsta, izraisot pēkšņu MOSFET savienojuma temperatūras paaugstināšanos, un tā sadalījums.

Problēmu var novērst, pievienojot ārēju lielas jaudas diodi pāri MOSFET drenāžas / avota spailēm, lai reversā strāva būtu sadalīta pa visām diodēm un tiktu novērsta liekā siltuma rašanās.

H-tilta ķēžu Mosfetu aizsardzība pret sadedzināšanu

Lietojot pilnu tilta draivera shēmu, kurā papildus iepriekšminētajam ir iekļauta draivera IC, piemēram, IR2110, jāņem vērā šādi aspekti (es to sīkāk apspriedīšu vienā no saviem gaidāmajiem rakstiem)

• Pievienojiet atvienošanas kondensatoru netālu no draivera IC padeves kontaktiem, tas samazinās pārslēgšanās pārejas periodu iekšējās padeves kontaktligzdās, kas savukārt novērsīs nedabisku izvades loģiku mosfet vārtiem.
• Bootstrapping kondensatoram vienmēr izmantojiet augstas kvalitātes zemas ESD, zemas noplūdes kondensatorus un, iespējams, izmantojiet pāris no tiem paralēli. Izmantojiet datu lapā norādītās ieteicamās vērtības robežās.
• Vienmēr savienojiet četras MOSFET saites pēc iespējas tuvāk viena otrai. Kā paskaidrots iepriekš, tas samazinās klaiņojošo induktivitāti visā mosfetā.
• UN, savienojiet salīdzinoši lielas vērtības kondensatoru visā pozitīvajā pusē (VDD) un zemajā pusē (VSS), tas efektīvi iezemēs visu klaiņojošo induktivitāti, kas, iespējams, slēpjas ap savienojumiem.
• Savienojiet VSS, mosfet zemo sānu zemi un loģisko ieejas zemi kopā un noslēdziet vienā kopējā biezā zemē līdz piegādes terminālim.
• Visbeidzot, bet ne mazāk svarīgi, dēļu rūpīgi nomazgā ar acetonu vai līdzīgu pretplūsmas līdzekli, lai noņemtu visas iespējamās lodēšanas plūsmas pēdas, lai izvairītos no slēptajiem savienojumiem un šortiem.

Mosfeta aizsardzība no pārkaršanas

Apgaismojuma regulatori bieži cieš no MOSFET kļūmēm. Lielākā daļa apgaismojuma regulatoru, ko izmanto zemas temperatūras maiņstrāvas rūpnieciskos nolūkos, ir slēgti un bieži iestrādāti sienā. Tas var izraisīt siltuma izkliedes problēmas un var izraisīt siltuma uzkrāšanos, kas noved pie siltuma notikuma. Parasti apgaismojuma regulēšanas ķēdēm izmantotais MOSFET neizdodas “rezistīvajā režīmā”.

Termiskā aizsardzība ar pārplūdi vai TE Connectivity RTP sniedz atbildi uz MOSFET kļūmi zemas temperatūras maiņstrāvas lietojumprogrammās.

Šī ierīce darbojas kā mazvērtīgs rezistors pie parastās MOSFET darba temperatūras. Tas ir uzstādīts gandrīz tieši uz MOSFET, un tāpēc tas spēj precīzi noteikt temperatūru. Ja kāda iemesla dēļ MOSFET nonāk augstās temperatūras apstākļos, to uztver RTP, un iepriekš noteiktā temperatūrā RTP pārvēršas par augstas vērtības rezistoru.

Tas faktiski pārtrauc MOSFET barošanu, ietaupot to no iznīcināšanas. Tādējādi zemākas cenas rezistors upurē sevi, lai ietaupītu dārgāku MOSFET. Līdzīga līdzība varētu būt drošinātāja (mazvērtīga materiāla) izmantošana, lai aizsargātu sarežģītākas shēmas (piemēram, televizoru).

Viens no interesantākajiem TE Connectivity RTP aspektiem ir tā spēja izturēt milzīgas temperatūras - līdz 260ºC. Tas ir pārsteidzoši, jo pretestības izmaiņas (lai aizsargātu MOSFET) parasti notiek aptuveni 140 ° C temperatūrā.

Šis brīnumainais varoņdarbs ir paveikts, izmantojot TE Connectivity novatorisko dizainu. RTP ir jāaktivizē, pirms tas sāk aizsargāt MOSFET. RTP elektroniskā aktivizēšana notiek pēc plūsmas lodēšanas (pievienošanas) pabeigšanas. Katrs RTP ir jāapbruņo atsevišķi, uz noteiktu laiku nosūtot noteiktu strāvu caur RTP ieročošanas tapu.

Laika un strāvas raksturlielumi ir daļa no RTP specifikācijām. Pirms tā ir bruņota, RTP rezistora vērtība sekos norādītajām īpašībām. Tomēr, kad tas būs bruņots, ieslēgšanas tapa kļūs elektriski atvērta, novēršot turpmākas izmaiņas.

Projektējot un uzstādot MOSFET un RTP uz PCB, ir ļoti svarīgi ievērot TE Connectivity norādīto izkārtojumu. Tā kā RTP ir jāuztver MOSFET temperatūra, no tā izriet, ka abiem jāpaliek tiešā tuvumā.

RTP pretestība caur MOSFET pieļaus līdz 80 A strāvu pie 120 V maiņstrāvas, kamēr MOSFET temperatūra paliek zemāka par RTP atvērto temperatūru, kas var būt robežās no 135 līdz 145 ° C.