Kako zaštititi MOSFET-ove - Objašnjene osnove

U ovom postu sveobuhvatno učimo kako zaštititi MOSFET-ove i spriječiti izgaranje MOSFET-a u elektroničkim sklopovima slijedeći neke osnovne smjernice povezane s ispravnim rasporedom PCB-a i pažljivim ručnim rukovanjem tim osjetljivim uređajima.

Uvod

Čak i nakon što sve pravilno povežete, mofetovi u vašem krugu postaju vrući i pušu u roku od nekoliko minuta. To je prilično često pitanje s kojim se susreće većina novih, ali i iskusnih hobista, tijekom dizajniranja i optimiziranja mosfet sklopova, posebno onih koji uključuju visoke frekvencije.

Očito je pravilno povezivanje svih dijelova prema datim detaljima glavna stvar koju treba provjeriti i potvrditi prije nego što se preuzmu drugi problemi, jer ako se temeljne stvari ne postave apsolutno ispravno, bilo bi besmisleno traganje za ostalim skrivenim greškama u vašem krugu .

Osnovna aplikacija Mosfet-ove zaštite postaje presudna posebno u onim krugovima koji uključuju visoke frekvencije reda velikog broja kHz. To je zato što visokofrekventne aplikacije zahtijevaju brzo (unutar ns) UKLJUČIVANJE I ISKLJUČIVANJE uređaja, što pak zahtijeva učinkovitu provedbu svih kriterija povezanih izravno ili neizravno s dotičnim prebacivanjem.

Dakle, koje su glavne prepreke koje uzrokuju nepravilno ili neučinkovito prebacivanje MOSFET-a, naučimo opsežno kako zaštititi MOSFET-ove sa sljedećim točkama.

Riješite se zalutale induktivnosti:

Najčešća i glavna greška u que-u je zalutala induktivnost koja se može sakriti unutar tračnica kruga. Kada su frekvencija prebacivanja i struja visoki, čak i najmanji nepotreban porast priključnog puta koji je staza PCB-a može rezultirati međusobno povezanom induktivnošću, što zauzvrat može drastično utjecati na ponašanje MOSFET-a zbog neučinkovitog provođenja, prijelaznih pojava i skokova.

Da bismo se riješili ovog problema, toplo se preporučuje da staze budu šire i da uređaji ostanu KOLIKO Blizu jedni drugima i IC upravljačkom programu koji se koriste za pogon odgovarajućih MOSFET-ova.

Zbog toga je SMD poželjniji i najbolji je način uklanjanja unakrsne induktivnosti na komponentama, a također upotreba dvostranih PCB-a pomaže u kontroli problema zbog svojih kratkih veza s 'ispisanom rupom' na komponentama.

Čak se i visina stana MOSFET-a mora svesti na minimum umetanjem elektrode što je moguće dublje u PCB, upotreba SMD-a je vjerojatno najbolja opcija.

Svi znamo da mosfetovi uključuju ugrađene kondenzatore koji zahtijevaju punjenje i pražnjenje kako bi se uređaj mogao ponašati.

U osnovi su ti kondenzatori povezani preko vrata / izvora i vrata / odvoda. Mosfetovi 'ne vole' dugotrajno odgođeno punjenje i pražnjenje svog kapaciteta, jer su oni izravno povezani s njegovom učinkovitošću.

Čini se da spajanje MOSFET-ova izravno na izlaz logičkog izvora rješava ovaj problem, jer bi se logički izvor lako prebacio i snizio kapacitivnost s Vcc na nulu, i obrnuto zbog odsustva bilo kakve prepreke na putu.

Međutim, provođenje gornjeg razmatranja također bi moglo dovesti do stvaranja prijelaznih i negativnih skokova s ​​opasnim amplitudama preko odvoda i vrata čineći MOSFET osjetljivim na generirane šiljke uslijed naglog prebacivanja velike struje preko odvoda / izvora.

To bi moglo lako prekinuti razdvajanje silicija između dijelova MOSFET-a, rezultirajući kratkim spojem unutar uređaja i trajno ga oštetivši.

Važnost otpora vrata:

Da biste se riješili gornjeg problema, preporučuje se upotreba otpora male vrijednosti u seriji s logičkim ulazom i mosfet ulazom.

S relativno nižim frekvencijama (50 Hz do 1 kHz), vrijednost bi mogla biti negdje između 100 i 470 ohma, dok za frekvencije iznad ove vrijednost može biti unutar 100 ohma, za puno veće frekvencije (10 kHz i više) to ne smije biti veće od 50 ohma .

Gornje razmatranje omogućuje eksponencijalno punjenje ili postupno punjenje unutarnjih kondenzatora, smanjujući ili otupivši šanse za negativne skokove na odvodnim / zapornim klinovima.

Korištenje reverznih dioda:

U gore navedenom razmatranju eksponencijalno punjenje kapacitivnosti vrata smanjuje šanse za skokove, ali to također znači da bi pražnjenje uključenog kapaciteta bilo odgođeno zbog otpora na putu logičkog ulaza, svaki put kada se prebaci na logičku nulu. Uzroci odloženog pražnjenja značili bi prisiljavanje MOSFET-a na ponašanje pod stresnim uvjetima, čineći ga nepotrebno toplijim.

Uključivanje obrnute diode paralelne s otpornikom na vratima uvijek je dobra praksa i jednostavno rješava odgođeno pražnjenje vrata osiguravajući neprekidni put za pražnjenje vrata kroz diodu i na logički ulaz.

Gore spomenute točke u vezi s ispravnom provedbom MOSFET-a mogu se lako uključiti u bilo koji krug kako bi se MOSFET-ovi zaštitili od misterioznih kvarova i izgaranja.

Čak i u složenim primjenama, poput sklopova vozača MOSFET-a s polumostom ili punim mostom, zajedno s nekim dodatnim preporučenim zaštitama.

Korištenje otpornika između vrata i izvora

Iako na prethodnim slikama nismo naznačili ovo uključivanje, ovo se snažno preporučuje da se mosfet zaštiti od puhanja u svim okolnostima.

Pa kako otpor preko vrata / izvora pruža zajamčenu zaštitu?

Pa, normalno da mosfetovi imaju tendenciju da se zakače kad god se primijeni preklopni napon, ovaj efekt zasuna ponekad može biti teško vratiti, a dok se primijeni suprotna preklopna struja, već je prekasno.

Spomenuti otpor osigurava da čim se ukloni signal za uključivanje, mosfet se brzo isključi i spriječi moguća oštećenja.

Ova vrijednost otpornika može biti između 1K i 10K, no niže vrijednosti pružale bi bolje i učinkovitije rezultate.

Zaštita od lavine

MOSFET-ovi se mogu oštetiti ako mu se temperatura spoja naglo poveća preko dopuštene granice zbog stanja prenapona na njegovim unutarnjim diodama tijela. Ova pojava naziva se lavina u MOSFET-ovima.

Problem se može pojaviti kada se na ispusnoj strani uređaja koristi induktivno opterećenje, a tijekom razdoblja ISKLJUČIVANJA MOSFET-a obrnuti EMF induktora koji prolazi kroz diodu tijela MOSFET-a postaje previsok, što uzrokuje nagli porast temperatura spoja MOSFET-a, i njegov slom.

Problem se može riješiti dodavanjem vanjske diode velike snage preko odvodnih / izvornih stezaljki MOSFET-ova, tako da se obrnuta struja dijeli između dioda i eliminira višak topline.

Zaštita mosfets-a u krugovima H-mosta od izgaranja

Dok pored gore spomenutog upotrebljavam i krug upravljačkog sklopa s mostom koji uključuje upravljačku IC, poput IR2110, trebali bismo imati na umu sljedeće aspekte (uskoro ću to detaljno razmotriti u jednom od svojih sljedećih članaka)

• Dodajte odvojni kondenzator u blizini izvoda izvoda napajanja IC-a, to će smanjiti prijelazne prijelazne trenutke preko unutarnjih izvoda opskrbe, što će zauzvrat spriječiti neprirodnu izlaznu logiku na mosfet-vratima.
• Uvijek koristite visokokvalitetne kondenzatore s niskim ESD-om, s malim propuštanjem za kondenzator za podizanje sustava i eventualno upotrijebite nekoliko njih paralelno. Koristite unutar preporučene vrijednosti dane u tehničkom listu.
• Uvijek povežite četiri mosfet međusobne veze što je moguće bliže jedna drugoj. Kao što je gore objašnjeno, to će smanjiti zalutalu induktivnost kroz MOSFET-ove.
• I, spojite kondenzator relativno velike vrijednosti preko pozitivnog gornjeg dijela (VDD) i donjeg bočnog uzemljenja (VSS), to će učinkovito uzemljiti svu zalutalu induktivnost koja se možda skriva oko veza.
• Spojite VSS, MOSFET nisko bočno uzemljenje i logičko ulazno tlo zajedno i završite u jedno zajedničko debelo tlo do priključnog terminala.
• Posljednje, ali ne najmanje važno, temeljito operite ploču acetonom ili sličnim sredstvom protiv fluksa kako biste uklonili sve moguće tragove lemnog fluksa kako biste izbjegli skrivene međusobne veze i kratke hlače.

Zaštita mosfets-a od pregrijavanja

Prigušivači osvjetljenja često pate od kvarova MOSFET-a. Većina prigušivača koji se koriste u niskotemperaturnim industrijskim primjenama naizmjenične struje zatvoreni su i često ugrađeni u zid. To može uzrokovati probleme s odvođenjem topline i može dovesti do nakupljanja topline - što dovodi do toplotnog događaja. Obično MOSFET koji se koristi za krugove prigušivača osvjetljenja otkaže u 'otpornom načinu rada'.

Termička zaštita ili RTP tvrtke TE Connectivity koja omogućuje ponovni protok daje odgovor na neuspjeh MOSFET-a u niskotemperaturnim izmjeničnim primjenama.

Ovaj uređaj djeluje poput otpora male vrijednosti pri normalnim radnim temperaturama MOSFET-a. Montira se gotovo izravno na MOSFET i stoga je u stanju precizno osjetiti temperaturu. Ako se iz bilo kojeg razloga MOSFET prebaci u stanje visoke temperature, to RTP osjeti, a na unaprijed definiranoj temperaturi RTP se pretvara u otpor velike vrijednosti.

To učinkovito prekida napajanje MOSFET-a, spašavajući ga od uništenja. Stoga se otpornik niže cijene žrtvuje kako bi uštedio skuplji MOSFET. Slična bi analogija mogla biti upotreba osigurača (materijal male vrijednosti) u zaštiti složenijih sklopova (npr. Televizor).

Jedan od najzanimljivijih aspekata RTP-a od TE Connectivity-a je njegova sposobnost da podnese ogromne temperature - do 260 ° C. To je iznenađujuće jer se promjena otpora (radi zaštite MOSFET-a) obično događa na oko 140 ° C.

Ovaj čudesni podvig postignut je inovativnim dizajnom tvrtke TE Connectivity. RTP se mora aktivirati prije nego što započne štititi MOSFET. Elektroničko aktiviranje RTP-a događa se nakon završetka protočnog lemljenja (pričvršćivanja). Svaki RTP mora biti pojedinačno naoružan slanjem određene struje kroz pribadaču RTP-a na određeno vrijeme.

Karakteristike vremenske struje dio su specifikacija RTP-a. Prije nego što se aktivira, vrijednost otpora RTP-a slijedit će navedene karakteristike. Međutim, nakon što je naoružan, klin za aktiviranje postat će električno otvoren - sprečavajući daljnje promjene.

Vrlo je važno da se pri dizajniranju i ugradnji MOSFET-a i RTP-a na PCB poštuje raspored naveden u TE Connectivity. Budući da RTP mora osjetiti temperaturu MOSFET-a, prirodno proizlazi da bi ta dva trebala ostati u neposrednoj blizini.

Otpor RTP-a omogućit će do 80A struje na 120V AC kroz MOSFET sve dok temperatura MOSFET-a ostane ispod otvorene temperature RTP-a, koja može biti između 135-145 ° C.