Πώς να προστατέψετε τα MOSFET - Επεξήγηση βασικών

Πώς να προστατέψετε τα MOSFET - Επεξήγηση βασικών

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε διεξοδικά πώς να προστατεύουμε τα mosfets και να αποτρέπουμε το κάψιμο του mosfet σε ηλεκτρονικά κυκλώματα ακολουθώντας μερικές βασικές οδηγίες που σχετίζονται με τη σωστή διάταξη PCB και τον προσεκτικό χειρισμό αυτών των ευαίσθητων συσκευών.



Εισαγωγή

Ακόμα και αφού συνδέσετε τα πάντα σωστά, θα βρείτε τα mosfets στο κύκλωμα σας να γίνονται ΚΑΘΑ και να ξεφλουδίζουν μέσα σε λίγα λεπτά. Αυτό είναι ένα πολύ κοινό ζήτημα που αντιμετωπίζουν οι περισσότεροι νέοι, καθώς και έμπειροι χομπίστες, ενώ σχεδιάζουν και βελτιστοποιούν κυκλώματα που βασίζονται σε mosfet, ειδικά αυτά που περιλαμβάνουν υψηλές συχνότητες.

Προφανώς, η σωστή σύνδεση όλων των εξαρτημάτων σύμφωνα με τις συγκεκριμένες λεπτομέρειες είναι το κύριο πράγμα που πρέπει να ελεγχθεί και να επιβεβαιωθεί πρώτα πριν αναλάβει άλλα ζητήματα, επειδή εκτός εάν τα θεμελιώδη πράγματα τοποθετηθούν απολύτως σωστά, θα ήταν άσκοπο να εντοπιστούν τα άλλα κρυμμένα σφάλματα στο κύκλωμα σας .





Η βασική εφαρμογή προστασίας Mosfet γίνεται κρίσιμη ειδικά σε εκείνα τα κυκλώματα που περιλαμβάνουν υψηλές συχνότητες της τάξης πολλών kHz. Αυτό συμβαίνει επειδή οι εφαρμογές υψηλής συχνότητας απαιτούν γρήγορη (εντός ns) ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των συσκευών που με τη σειρά τους απαιτούν αποτελεσματική εφαρμογή όλων των κριτηρίων που σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με τη σχετική εναλλαγή.

Ποια είναι λοιπόν τα κύρια εμπόδια που προκαλούν ακατάλληλη ή αναποτελεσματική εναλλαγή των mosfets, ας μάθουμε διεξοδικά πώς να προστατεύσουμε τα mosfets με τα ακόλουθα σημεία.



Απαλλαγείτε από την αδέσποτη επαγωγή:

Το πιο συνηθισμένο και πρωταρχικό σφάλμα στο que είναι η αδέσμευτη επαγωγή που μπορεί να είναι κρυμμένη στα κομμάτια του κυκλώματος. Όταν η συχνότητα μεταγωγής και το ρεύμα είναι υψηλά, ακόμη και μια ελάχιστη περιττή αύξηση στη διαδρομή σύνδεσης που είναι το κομμάτι PCB μπορεί να οδηγήσει σε αλληλοσυνδεόμενη επαγωγή, η οποία με τη σειρά της μπορεί να επηρεάσει δραστικά τη συμπεριφορά του mosfet λόγω αναποτελεσματικής αγωγής, παροδικών και ακίδων.

Προκειμένου να απαλλαγείτε από αυτό το ζήτημα, συνιστάται να διατηρείτε τα κομμάτια ευρύτερα και να διατηρείτε τις συσκευές όσο πιο κοντά είναι πιθανές η μία στην άλλη και στο IC του προγράμματος οδήγησης που χρησιμοποιούνται για την οδήγηση των αντίστοιχων mosfets.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το SMD προτιμάται και είναι ο καλύτερος τρόπος εξάλειψης της διασταυρούμενης επαγωγής μεταξύ των εξαρτημάτων, επίσης η χρήση PCB διπλής όψης βοηθά στον έλεγχο του προβλήματος λόγω των σύντομων συνδέσεων «εκτύπωσης μέσω οπών» μεταξύ των εξαρτημάτων.

Ακόμη και το όρθιο ύψος των mosfets πρέπει να μειωθεί στο ελάχιστο εισάγοντας το καλώδιο όσο το δυνατόν πιο βαθιά στο PCB, η χρήση SMD είναι πιθανώς η καλύτερη επιλογή.

Προστατέψτε το mosfet αφαιρώντας την αδέσποτη αυτεπαγωγή

Όλοι γνωρίζουμε ότι τα mosfets περιλαμβάνουν ενσωματωμένους πυκνωτές που απαιτούν φόρτιση και εκφόρτιση προκειμένου να κάνει τη συσκευή συμπεριφορά.

Βασικά αυτοί οι πυκνωτές συνδέονται κατά μήκος της πύλης / πηγής και της πύλης / αποστράγγισης. Το Mosfets «δεν μου αρέσει» παρατεταμένη καθυστερημένη φόρτιση και εκφόρτιση της χωρητικότητάς του, καθώς σχετίζονται άμεσα με την αποτελεσματικότητά του.

Η άμεση σύνδεση των mosfets σε μια έξοδο λογικής πηγής φαίνεται να λύνει αυτό το πρόβλημα, επειδή η πηγή λογικής θα αλλάξει και θα βυθίσει εύκολα τη χωρητικότητα από Vcc στο μηδέν γρήγορα και το αντίστροφο λόγω της απουσίας οποιουδήποτε εμποδίου στη διαδρομή του.

Ωστόσο, η εφαρμογή της παραπάνω εξέτασης θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει στη δημιουργία παροδικών και αρνητικών αιχμών με επικίνδυνα πλάτη στην αποχέτευση και την πύλη, καθιστώντας το mosfet ευάλωτο στις παραγόμενες αιχμές λόγω ξαφνικής εναλλαγής υψηλής ροής μέσω αποστράγγισης / πηγής.

Αυτό θα μπορούσε εύκολα να σπάσει το διαχωρισμό πυριτίου μεταξύ των τμημάτων του mosfet καθιστώντας ένα βραχυκύκλωμα μέσα στη συσκευή και να το καταστρέψει μόνιμα.

αντίσταση πύλης για την πρόληψη αρνητικών αιχμών

Σημασία της αντίστασης πύλης:

Για να απαλλαγείτε από το παραπάνω ζήτημα, συνιστάται η χρήση αντιστάσεως χαμηλής αξίας σε σειρά με τη λογική είσοδο και την πύλη mosfet.

Με σχετικά χαμηλότερες συχνότητες (50 Hz έως 1kHz), η τιμή θα μπορούσε να είναι οπουδήποτε μεταξύ 100 και 470 ohms, ενώ για συχνότητες πάνω από αυτήν η τιμή θα μπορούσε να είναι εντός 100 ohms, για πολύ υψηλότερες συχνότητες (10kHz και άνω) αυτό δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 50 ohms .

Η παραπάνω θεώρηση επιτρέπει την εκθετική φόρτιση ή τη σταδιακή φόρτιση των εσωτερικών πυκνωτών, μειώνοντας ή αμβλύνοντας τις πιθανότητες αρνητικών αιχμών στις ακίδες αποστράγγισης / πύλης.

προσθήκη αντίστροφων διόδων για προστασία mosfet

Χρήση αντίστροφων διόδων:

Στην παραπάνω σκέψη, η εκθετική φόρτιση της χωρητικότητας πύλης μειώνει τις πιθανότητες αιχμών, αλλά αυτό σημαίνει επίσης ότι η εκφόρτιση της εμπλεκόμενης χωρητικότητας θα καθυστερούσε λόγω της αντίστασης στη διαδρομή της λογικής εισόδου, κάθε φορά που μεταβαίνει στο λογικό μηδέν. Η πρόκληση καθυστερημένης εκφόρτισης θα σήμαινε να αναγκάζουμε το mosfet να συμπεριφέρεται υπό αγχωτικές συνθήκες, καθιστώντας το άσκοπα πιο ζεστό.

Η συμπερίληψη μιας αντίστροφης δίοδος παράλληλης με την αντίσταση της πύλης είναι πάντα μια καλή πρακτική, και απλώς αντιμετωπίζει την καθυστερημένη εκφόρτιση της πύλης παρέχοντας μια συνεχή διαδρομή για την εκφόρτιση της πύλης μέσω της διόδου και στη λογική είσοδο.

Τα προαναφερθέντα σημεία σχετικά με τη σωστή εφαρμογή των mosfets μπορούν εύκολα να συμπεριληφθούν σε οποιοδήποτε κύκλωμα προκειμένου να προστατευτούν τα mosfets από μυστηριώδεις δυσλειτουργίες και καύση.

Ακόμα και σε πολύπλοκες εφαρμογές, όπως κυκλώματα οδηγού mosfet μισής γέφυρας ή πλήρους γέφυρας μαζί με ορισμένες πρόσθετες προτεινόμενες προστασίες.

προσθήκη αντίστασης πηγής πύλης για προστασία mosfet

Χρησιμοποιώντας μια αντίσταση μεταξύ πύλης και πηγής

Παρόλο που δεν έχουμε επισημάνει αυτήν την συμπερίληψη στις προηγούμενες εικόνες, συνιστάται ανεπιφύλακτα να προστατευτεί το mosfet από το να φυσάει κάτω από όλες τις περιστάσεις.

Λοιπόν, πώς μια αντίσταση σε όλη την πύλη / πηγή παρέχει εγγυημένη προστασία;

Λοιπόν, κανονικά τα mosfets έχουν την τάση να μανδαλώνουν κάθε φορά που εφαρμόζεται τάση μεταγωγής, αυτό το φαινόμενο μανδάλωσης μπορεί μερικές φορές να είναι δύσκολο να αντιστραφεί και όταν εφαρμοστεί ένα αντίθετο ρεύμα μεταγωγής, είναι ήδη πολύ αργά.

Η αναφερθείσα αντίσταση διασφαλίζει ότι μόλις αφαιρεθεί το σήμα εναλλαγής, το mosfet μπορεί να απενεργοποιηθεί γρήγορα και να αποτρέψει πιθανή ζημιά.

Αυτή η τιμή αντίστασης μπορεί να είναι οπουδήποτε μεταξύ 1K και 10K, ωστόσο οι χαμηλότερες τιμές θα παρέχουν καλύτερα και πιο αποτελεσματικά αποτελέσματα.

Προστασία από χιονοστιβάδες

Τα MOSFET ενδέχεται να καταστραφούν εάν η θερμοκρασία διασταύρωσης αυξηθεί ξαφνικά πέρα ​​από το ανεκτό όριο λόγω των συνθηκών υπερβολικής τάσης στις εσωτερικές διόδους του αμαξώματος. Αυτό το περιστατικό ονομάζεται χιονοστιβάδα στα MOSFET.

Το πρόβλημα μπορεί να προκύψει όταν ένα επαγωγικό φορτίο χρησιμοποιείται στην πλευρά αποστράγγισης της συσκευής και κατά τη διάρκεια των περιόδων απενεργοποίησης MOSFET, το αντίστροφο EMF του επαγωγέα που διέρχεται από τη δίοδο σώματος MOSFET γίνεται πολύ υψηλό, προκαλώντας ξαφνική αύξηση στις θερμοκρασίες διακλάδωσης του MOSFET και η κατανομή του.

Το πρόβλημα μπορεί να αντιμετωπιστεί προσθέτοντας μια εξωτερική δίοδο υψηλής ισχύος στους ακροδέκτες αποστράγγισης / πηγής των MOSFET, έτσι ώστε το αντίστροφο ρεύμα να μοιράζεται μεταξύ των διόδων και να εξαλειφθεί η υπερβολική παραγωγή θερμότητας.

Προστασία των Mosfets σε κυκλώματα H-Bridge από το κάψιμο

Κατά τη χρήση ενός πλήρους κυκλώματος οδηγού γεφύρωσης που περιλαμβάνει ένα IC προγράμματος οδήγησης όπως το IR2110 εκτός από τα παραπάνω, θα πρέπει να βαρεθούν οι ακόλουθες πτυχές (θα το συζητήσω λεπτομερώς σε ένα από τα επερχόμενα άρθρα μου σύντομα)

  • Προσθέστε έναν πυκνωτή αποσύνδεσης κοντά στα pinouts τροφοδοσίας IC του προγράμματος οδήγησης, αυτό θα μειώσει τις μεταβατικές μεταβάσεις κατά μήκος των εσωτερικών pinouts τροφοδοσίας, οι οποίες με τη σειρά τους θα αποτρέψουν την αφύσικη λογική εξόδου στις πύλες mosfet.
  • Χρησιμοποιείτε πάντα υψηλής ποιότητας χαμηλό ESD, χαμηλής διαρροής πυκνωτές για τον πυκνωτή εκκίνησης και ενδεχομένως να χρησιμοποιείτε δύο από αυτούς παράλληλα. Χρησιμοποιήστε μέσα στην προτεινόμενη τιμή που δίνεται στο φύλλο δεδομένων.
  • Συνδέστε πάντα τους τέσσερις συνδέσμους mosfet όσο το δυνατόν πιο κοντά ο ένας στον άλλο. Όπως εξηγήθηκε παραπάνω, αυτό θα μειώσει την αδέσποτη αυτεπαγωγή στα mosfets.
  • ΚΑΙ, συνδέστε έναν σχετικά μεγάλο πυκνωτή τιμής στο θετικό υψηλής πλευράς (VDD) και στη γείωση χαμηλής πλευράς (VSS), αυτό θα γειώσει αποτελεσματικά όλη την αδέσποτη επαγωγή που μπορεί να κρύβεται γύρω από τις συνδέσεις.
  • Γίνετε μέλος του VSS, της γείωσης χαμηλής πλευράς του mosfet και της γείωσης εισόδου λογικής και τερματίστε σε ένα κοινό πυκνό έδαφος στο τερματικό τροφοδοσίας.
  • Τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό πλύνετε το ταμπλό καλά με ακετόνη ή παρόμοιο αντι-ροή παράγοντα για να αφαιρέσετε όλα τα πιθανά ίχνη της κολλητικής ροής για αποφυγή κρυφών ενδιάμεσων συνδέσεων και σορτς.
πώς να προστατεύσετε το mosfet σε κυκλώματα γέφυρας Η ή κύκλωμα πλήρους γέφυρας

Προστασία των Mosfets από την υπερθέρμανση

Τα φωτιστικά φωτισμού συχνά υποφέρουν από αστοχίες του MOSFET. Τα περισσότερα dimmers που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές AC χαμηλής θερμοκρασίας περικλείονται και συχνά ενσωματώνονται στον τοίχο. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ζητήματα απαγωγής θερμότητας και μπορεί να οδηγήσει σε συσσώρευση θερμότητας - οδηγώντας σε θερμικό συμβάν. Συνήθως, το MOSFET που χρησιμοποιείται για τα κυκλώματα dimmer φωτισμού αποτυγχάνει σε «αντίσταση».

Μια θερμική προστασία με δυνατότητα επαναφοράς ή RTP από το TE Connectivity παρέχει απάντηση στην αποτυχία του MOSFET σε εφαρμογές AC χαμηλής θερμοκρασίας.

Αυτή η συσκευή λειτουργεί σαν αντίσταση χαμηλής τιμής στις κανονικές θερμοκρασίες λειτουργίας του MOSFET. Τοποθετείται σχεδόν απευθείας στο MOSFET, και επομένως είναι σε θέση να αισθανθεί τη θερμοκρασία με ακρίβεια. Εάν για οποιονδήποτε λόγο, το MOSFET μεταφέρεται σε κατάσταση υψηλής θερμοκρασίας, αυτό γίνεται αντιληπτό από το RTP και σε μια προκαθορισμένη θερμοκρασία, το RTP αλλάζει σε αντίσταση υψηλής αξίας.

Αυτό διακόπτει αποτελεσματικά την ισχύ στο MOSFET, εξοικονομώντας το από καταστροφή. Έτσι, μια αντίσταση σε χαμηλότερες τιμές θυσιάζεται για να σώσει ένα πιο ακριβό MOSFET. Μια παρόμοια αναλογία θα μπορούσε να είναι η χρήση μιας ασφάλειας (υλικό χαμηλής αξίας) για την προστασία πιο περίπλοκων κυκλωμάτων (π.χ. τηλεόραση).

Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες πτυχές του RTP από το TE Connectivity είναι η ικανότητά του να αντέχει σε τεράστιες θερμοκρασίες - έως 260ºC. Αυτό είναι εκπληκτικό, καθώς η αλλαγή αντίστασης (για την προστασία του MOSFET) συμβαίνει συνήθως στους 140ºC.

Αυτό το θαυμαστό επίτευγμα επιτυγχάνεται μέσω καινοτόμου σχεδιασμού από την TE Connectivity. Το RTP πρέπει να ενεργοποιηθεί πριν αρχίσει να προστατεύει το MOSFET. Η ηλεκτρονική ενεργοποίηση του RTP πραγματοποιείται αφού ολοκληρωθεί η συγκόλληση ροής (προσάρτηση). Κάθε RTP πρέπει να οπλιστεί μεμονωμένα στέλνοντας ένα καθορισμένο ρεύμα μέσω του πείρου οπλισμού του RTP για καθορισμένο χρόνο.

Τα χαρακτηριστικά χρόνου-ρεύματος αποτελούν μέρος των προδιαγραφών του RTP. Πριν οπλιστεί, η τιμή της αντίστασης του RTP θα ακολουθήσει τα καθορισμένα χαρακτηριστικά. Ωστόσο, μόλις οπλιστεί, ο πείρος οπλισμού θα ανοίξει ηλεκτρικά - αποτρέποντας περαιτέρω αλλαγές.

Είναι πολύ σημαντικό να ακολουθείται η διάταξη που καθορίζεται από το TE Connectivity κατά το σχεδιασμό και την τοποθέτηση του MOSFET και του RTP στο PCB. Δεδομένου ότι το RTP πρέπει να ανιχνεύσει τη θερμοκρασία του MOSFET, φυσικά προκύπτει ότι οι δύο θα πρέπει να παραμείνουν κοντά.

Η αντίσταση RTP θα επιτρέψει έως και 80Α ρεύματος στα 120V AC μέσω του MOSFET, αρκεί η θερμοκρασία του MOSFET να παραμένει κάτω από την Ανοιχτή Θερμοκρασία του RTP, η οποία μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 135-145ºC.




Προηγούμενο: Σύνδεση ρυθμιστών τάσης 78XX παράλληλα για υψηλό ρεύμα Επόμενο: Μονοφασικό κύκλωμα κίνησης μεταβλητής συχνότητας VFD