Kuidas kaitsta MOSFET-e - selgitatud põhitõdesid

Selles postituses õpime igakülgselt, kuidas kaitsta mosfette ja takistada mosfeti põletamist elektroonilistes vooluringides, järgides mõningaid põhijuhiseid, mis on seotud PCB-plaatide õige paigutusega, ja nende tundlike seadmete hoolikat käsitsi käsitsemist.

Sissejuhatus

Isegi pärast kõige õigesti ühendamist leiate, et teie ringkonnas olevad mosfetid muutuvad kuumaks ja puhuvad mõne minuti jooksul. See on üsna tavaline probleem, millega seisavad silmitsi enamik uusi ja kogenud harrastajaid mosfet-põhiste vooluringide kavandamisel ja optimeerimisel, eriti need, mis hõlmavad kõrgeid sagedusi.

Ilmselt on kõigi osade õige ühendamine vastavalt antud üksikasjadele peamine, mida tuleb enne muude probleemide võtmist kõigepealt kontrollida ja kinnitada, sest kui põhiasjad pole täiesti õiged, on mõttetu jälgida teiste teie vooluringi peidetud vigu .

Põhiline Mosfeti kaitse rakendus muutub kriitiliseks just nendes vooluringides, mis hõlmavad kõrgeid sagedusi suurusjärgus mitu kHz. Seda seetõttu, et kõrgsageduslikud rakendused nõuavad seadmete kiiret (ns jooksul) sisse- ja väljalülitamist, mis omakorda nõuab kõigi asjaomase vahetusega otseselt või kaudselt seotud kriteeriumide tõhusat rakendamist.

Mis on peamised takistused, mis põhjustavad mosfeti vale või ebaefektiivse ümberlülitamise, õppigem põhjalikult, kuidas kaitsta mosfette järgmiste punktidega.

Vabanege hulkuvast induktiivsusest:

Kõige tavalisem ja peamine viga järjekorras on hulkuv induktiivsus, mis võib olla varjatud vooluringi radadel. Kui lülitussagedus ja -vool on kõrged, võib isegi väikseim tarbetu PCB-rajaga ühendustee suurenemine põhjustada omavahel seotud induktiivsust, mis omakorda võib ebaefektiivse juhtivuse, transientide ja naastude tõttu mosfeti käitumist drastiliselt mõjutada.

Sellest probleemist vabanemiseks on tungivalt soovitatav hoida rajad laiemad ja hoida seadmed üksteisele ja draiveri IC-le nii lähedal kui võimalik, mida kasutatakse vastavate mosfettide juhtimiseks.

Sellepärast eelistatakse SMD-d ja see on parim viis ristinduktiivsuse välistamiseks komponentide vahel, samuti aitab kahepoolse PCB kasutamine probleemi lahendada tänu lühikestele läbi aukude prinditud ühendustele komponentide vahel.

Isegi mosfettide seisukõrgus tuleb viia miinimumini, sisestades plii võimalikult sügavale trükkplaati, SMD kasutamine on ilmselt parim võimalus.

Me kõik teame, et mosfets sisaldab sisseehitatud kondensaatoreid, mis nõuavad seadme juhtimiseks laadimist ja tühjendamist.

Põhimõtteliselt on need kondensaatorid ühendatud üle värava / allika ja värava / äravoolu. Mosfetsile ei meeldi pikendatud hiline laadimine ja mahtuvuse tühjenemine, kuna need on otseselt seotud selle efektiivsusega.

Tundub, et mosfetide ühendamine otse loogikaallika väljundiga lahendab selle probleemi, sest loogikaallikas muudaks mahtuvuse hõlpsalt Vcc-st nulli ja vastupidi, kuna selle teel pole ühtegi takistust.

Kuid ülaltoodud kaalutluse rakendamine võib viia ka äravoolu ja värava ohtlike amplituudidega transientide ja negatiivsete naastude tekkimiseni, muutes mosfeti tekitatud naelu suhtes haavatavaks, kuna äkiline suur vool ületab äravoolu / allika.

See võib hõlpsasti murda räni eralduse mosfeti osade vahel, mis põhjustab seadme sees lühise ja kahjustab seda jäädavalt.

Värava vastupanu tähtsus:

Ülaltoodud probleemist vabanemiseks on soovitatav kasutada väikese väärtusega takistit järjestikku koos loogikasisendi ja mosfeti väravaga.

Suhteliselt madalamate sageduste (50 Hz kuni 1 kHz) korral võib väärtus olla vahemikus 100 kuni 470 oomi, samas kui selle kõrgemate sageduste puhul võib väärtus olla 100 oomi piires, palju kõrgemate (10 kHz ja kõrgemate) sageduste puhul ei tohi see ületada 50 oomi .

Ülaltoodud kaalutlus võimaldab sisekondensaatorite eksponentsiaalset laadimist või järkjärgulist laadimist, vähendades negatiivsete naastude tõenäosust äravoolu / värava tihvtides.

Pöörddioodide kasutamine:

Ülaltoodud kaalutluses vähendab värava mahtuvuse eksponentsiaalne laadimine piikide tekke tõenäosust, kuid see tähendab ka seda, et kaasatud mahtuvuse tühjenemine viibiks loogika sisendi teekonna takistuse tõttu iga kord, kui see lülitub loogilisele nullile. Viivitatud tühjendamine põhjustaks mosfeti sundimist käituma stressitingimustes, muutes selle tarbetult soojemaks.

Pöördioodi lisamine väravatakistiga paralleelselt on alati hea tava ja see lihtsalt lahendab värava viivitatud tühjendamise, pakkudes pidevat teed värava tühjendamiseks läbi dioodi ja loogikasisendisse.

Eespool nimetatud punktid mosfettide õige rakendamise kohta saab hõlpsasti lisada mis tahes vooluringi, et kaitsta mosfette salapäraste rikete ja põletuste eest.

Isegi keerulistes rakendustes, näiteks pool- või täissilla mosfeti draiverite ahelad koos mõnede soovitatavate täiendavate kaitsetega.

Takisti kasutamine värava ja allika vahel

Kuigi me ei ole seda kaasamist varasematel piltidel märkinud, on see tungivalt soovitatav, et kaitsta mosfeti puhumise eest igas olukorras.

Niisiis, kuidas takistus üle värava / allika tagab tagatud kaitse?

Noh, tavaliselt on mosfetitel kombeks haakuda, kui rakendatakse lülituspinget, seda lukustusefekti võib mõnikord olla raske taastada ja vastupidise lülitusvoolu rakendamise ajaks on juba liiga hilja.

Mainitud takisti tagab, et niipea, kui lülitussignaal eemaldatakse, suudab mosfet kiiresti välja lülitada ja vältida võimalikke kahjustusi.

See takisti väärtus võib olla vahemikus 1K kuni 10K, kuid madalamad väärtused annaksid paremaid ja tõhusamaid tulemusi.

Laviinikaitse

MOSFETid võivad kahjustuda, kui selle ristmiku temperatuur tõuseb järsku üle talutava piiri, mis on tingitud tema sisemistest dioodidest ülepinge tingimustes. Seda juhtumit nimetatakse MOSFETides laviiniks.

Probleem võib tekkida siis, kui seadme äravooluküljel kasutatakse induktiivset koormust ja MOSFET-lüliti väljalülitamise ajal muutub induktori tagurpidi EMF, mis läbib MOSFET-i keredioodi, liiga kõrgeks, põhjustades MOSFET-i ristmiku temperatuuri järsu tõusu ja selle lagunemine.

Probleemi saab lahendada lisades välise suure võimsusega dioodi üle MOSFET-i äravoolu / allika klemmide, nii et vastupidine vool jaguneb dioodide vahel ja liigne soojusenergia tekkimine kõrvaldatakse.

H-silla ahelate mosfettide kaitsmine põlemise eest

Kasutades lisaks ülaltoodule täissilla draiveri vooluringi, mis hõlmab draiveri IC-d, näiteks IR2110, tuleks meeles pidada järgmisi aspekte (arutlen seda varsti üksikasjades ühes oma eelseisvatest artiklitest)

• Lisage draiveri IC toiteallikate lähedale lahtiühenduskondensaator, mis vähendab sisemiste toiteallikate ülemineku transiente, mis omakorda väldib ebaloomulikku väljundloogikat mosfeti väravatele.
• Bootstrapping-kondensaatori jaoks kasutage alati kvaliteetseid madala ESD-ga, madala lekkega kondensaatoreid ja kasutage neid paralleelselt. Kasutage andmelehel toodud soovitatud väärtuse piires.
• Ühendage neli mosfeti ühenduslüli alati üksteisele võimalikult lähedal. Nagu eespool selgitatud, vähendab see mosfettide hulkuvat induktiivsust.
• JA ühendage suhteliselt suure väärtusega kondensaator suure positiivse külje (VDD) ja madala külgmise maapinnaga (VSS), see maandab tõhusalt kogu hulkuva induktiivsuse, mis võib ühenduste ümber peituda.
• Ühendage VSS, mosfeti madal külgpind ja loogilise sisendi maandus kõik kokku ja lõpetage toiteterminali ühtseks paksuks pinnaseks.
• Viimasena, kuid mitte vähem tähtsana, peske plaati põhjalikult atsetooni või sarnase vooluvastase ainega, et eemaldada kõik võimalikud jootevoo jäljed varjatud ühenduste ja lühikeste pükste vältimiseks.

Mosfeti kaitsmine ülekuumenemise eest

Valgustusregulaatorid kannatavad sageli MOSFETi rikete all. Enamik madala temperatuuriga vahelduvvoolu tööstuslikes rakendustes kasutatavaid hämardeid on suletud ja sageli seina sisse kinnitatud. See võib põhjustada soojuse hajumise probleeme ja põhjustada soojuse kogunemist - mis võib viia termilise sündmuseni. Tavaliselt ebaõnnestub valgustuse hämardusahelate jaoks kasutatav MOSFET 'takistusrežiimis'.

TE Connectivity tagasivoolu võimaldav termokaitse või RTP annab vastuse MOSFETi tõrgetele madalatemperatuuriliste vahelduvvoolu rakenduste korral.

See seade toimib MOSFETi tavapärastel töötemperatuuridel nagu väikese väärtusega takisti. See on paigaldatud peaaegu otse MOSFET-ile ja on seetõttu võimeline täpselt temperatuuri tajuma. Kui mingil põhjusel triivib MOSFET kõrge temperatuuriga olekusse, siis RTP tajub seda ja etteantud temperatuuril muutub RTP väärtuslikuks takistiks.

See katkestab tõhusalt MOSFETi toite, säästes seda hävitamisest. Seega ohverdab madalama hinnaga takisti ennast kallima MOSFETi päästmiseks. Sarnane analoogia võib olla kaitsme (väheväärtuslik materjal) kasutamine keerukamate vooluringide (nt televiisori) kaitsmisel.

TE Connectivity RTP üks huvitavamaid aspekte on võime taluda tohutut temperatuuri - kuni 260ºC. See on üllatav, kuna takistuse muutus (MOSFETi kaitsmiseks) toimub tavaliselt umbes 140 ° C juures.

Selle imelise mängu saavutab TE Connectivity uuendusliku disaini abil. Enne MOSFET-i kaitsmise alustamist tuleb RTP aktiveerida. RTP elektrooniline aktiveerimine toimub pärast voolu jootmise (manuse) lõpuleviimist. Iga RTP peab olema eraldi relvastatud, saates kindlaksmääratud aja jooksul RTP relvastatud tihvti kaudu kindlaksmääratud voolu.

Ajavoolu omadused on osa RTP spetsifikatsioonidest. Enne sisselülitamist järgib RTP takisti väärtus kindlaksmääratud omadusi. Kui relv on sisse lülitatud, avaneb relvastatud tihvt elektriliselt lahti - see takistab edasisi muudatusi.

On väga oluline, et MOSFETi ja RTP PCB-le kavandamisel ja paigaldamisel järgitaks TE Connectivitysi määratud paigutust. Kuna RTP peab tajuma MOSFETi temperatuuri, järeldub loomulikult sellest, et need kaks peaksid jääma lähedusse.

RTP-takistus võimaldab MOSFET-i kaudu kuni 80 A voolutugevust 120 V vahelduvvoolul seni, kuni MOSFET-i temperatuur jääb alla RTP avatud temperatuuri, mis võib olla vahemikus 135-145ºC.