Kako zaščititi MOSFET-je - pojasnjene osnove

V tem prispevku se izčrpno naučimo, kako zaščititi MOSFET-je in preprečiti izgorevanje MOSFET-a v elektronskih vezjih, tako da upoštevamo nekatere osnovne smernice, povezane s pravilno postavitvijo PCB, in skrbno ročno ravnanje s temi občutljivimi napravami.

Uvod

Tudi po pravilnem povezovanju ugotovite, da se mosfets v vašem krogu v nekaj minutah vroče začnejo pihati. To je precej pogosta težava, s katero se srečujejo večina novih, pa tudi izkušenih ljubiteljev hobije, pri načrtovanju in optimizaciji vezij na osnovi MOSFET-a, zlasti tistih, ki vključujejo visoke frekvence.

Jasno je, da je pravilno povezovanje vseh delov glede na dane podrobnosti glavna stvar, ki jo je treba najprej preveriti in potrditi, preden prevzamemo druge težave, saj bi bilo brez smisla slediti ostalim skritim napakam v vašem vezju, če ne bi postavili temeljnih stvari. .

Osnovna Mosfetova zaščitna aplikacija postane kritična posebej v tistih vezjih, ki vključujejo visoke frekvence velikosti kHz. Razlog za to je, da visokofrekvenčne aplikacije zahtevajo hitro (znotraj ns) vklop in izklop naprav, kar posledično zahteva učinkovito izvajanje vseh meril, ki so neposredno ali posredno povezane z zadevnim preklopom.

Katere so torej glavne ovire, ki povzročajo nepravilno ali neučinkovito preklapljanje MOSFET-ov, se izčrpno naučimo, kako zaščititi MOSFET-e z naslednjimi točkami.

Znebite se potepuške induktivnosti:

Najpogostejša in najpomembnejša napaka v que je zapuščena induktivnost, ki je lahko skrita znotraj vezja. Ko sta frekvenca preklopa in tok visoka, lahko že najmanjše nepotrebno povečanje povezovalne poti, ki je proga PCB, povzroči medsebojno povezano induktivnost, kar lahko posledično drastično vpliva na vedenje MOSFET-a zaradi neučinkovite prevodnosti, prehodnih razmer in konic.

Da bi se rešili te težave, je močno priporočljivo, da steze ohranimo širše in da naprave ostanejo KOLIKO BOLJ tesno med seboj in z gonilnikom IC, ki se uporabljajo za pogon ustreznih MOSFET-ov.

Zato je prednost SMD in je najboljši način za odpravo navzkrižne induktivnosti med komponentami, prav tako pa uporaba dvostranskih PCB pomaga nadzirati težavo zaradi svojih kratkih povezav s 'natisnjeno luknjo' med komponentami.

Tudi stojno višino MOSFET-ov je treba zmanjšati tako, da svinec vstavite čim globlje v PCB, saj je verjetno najboljša možnost uporaba SMD.

Vsi vemo, da MOSFET-ji vključujejo vgrajene kondenzatorje, ki zahtevajo polnjenje in praznjenje, da naprava deluje.

V bistvu so ti kondenzatorji povezani čez vrata / vir in vrata / odtok. Mosfetom 'ni všeč' dolgotrajno zakasnjeno polnjenje in praznjenje kapacitivnosti, saj so ti neposredno povezani z njegovo učinkovitostjo.

Zdi se, da ta težava lahko reši neposredno povezavo mosfetov z izhodom logičnega vira, ker bi logični vir hitro preklopil in hitro potopil kapacitivnost iz Vcc na nič in obratno, ker na njeni poti ni nobene ovire.

Vendar bi lahko izvajanje zgornjega premisleka privedlo tudi do ustvarjanja prehodnih in negativnih konic z nevarnimi amplitudami po odtoku in vratih, zaradi česar je MOSFET občutljiv na generirane konice zaradi nenadnega preklopa visokega toka čez odtok / vir.

To bi lahko zlahka prekinilo ločevanje silicija med odseki MOSFET-a, zaradi česar je kratek stik znotraj naprave trajno poškodovan.

Pomen odpornosti vrat:

Da bi se znebili zgornje težave, je priporočljivo uporabiti upor nizke vrednosti zaporedno z logičnim vhodom in mosfetovimi vrati.

Pri sorazmerno nižjih frekvencah (50 Hz do 1 kHz) bi lahko bila vrednost med 100 in 470 ohmi, pri frekvencah nad to vrednost pa bi lahko bila znotraj 100 ohmov, pri veliko višjih frekvencah (10 kHz in več) pa ta ne bi smela presegati 50 ohmov. .

Zgornji premislek omogoča eksponentno polnjenje ali postopno polnjenje notranjih kondenzatorjev, kar zmanjšuje ali omili možnosti negativnih konic čez zatiče odtokov / vrat.

Uporaba povratnih diod:

V zgornjem razmisleku eksponentno polnjenje kapacitivnosti vrat zmanjša možnosti konic, vendar to pomeni tudi, da bi se praznjenje vključene kapacitivnosti upočasnilo zaradi upora na poti logičnega vhoda vsakič, ko preklopi na logično ničlo. Povzročilo zapoznelo praznjenje bi pomenilo, da bi MOSFET prisilil k ravnanju v stresnih pogojih, zaradi česar bi bilo po nepotrebnem toplejše.

Vključitev vzporedne diode, vzporedne z uporom vrat, je vedno dobra praksa in se preprosto spopada z zapoznelim praznjenjem vrat, tako da zagotavlja neprekinjeno pot za izpust vrat skozi diodo in v logični vhod.

Zgoraj omenjene točke glede pravilne izvedbe MOSFET-ov je mogoče enostavno vključiti v katero koli vezje, da se MOSFET-i zaščitijo pred skrivnostnimi okvarami in izgorevanjem.

Tudi v zapletenih aplikacijah, kot so vezja gonilnikov MOSFET s pol mostom ali polnim mostom, skupaj z nekaterimi dodatnimi priporočenimi zaščitami.

Uporaba upora med vhodom in izvorom

Čeprav tega nismo vključili na prejšnjih slikah, je to močno priporočljivo, da v vseh okoliščinah zaščitimo MOSFET pred pihanjem.

Torej, kako upor čez vrata / vir zagotavlja zajamčeno zaščito?

No, običajno se mosfetovi ponavadi zaskočijo, kadar koli se uporabi preklopna napetost, je ta učinek zapaha včasih težko obnoviti, in ko se uporabi nasprotni preklopni tok, je že prepozno.

Omenjeni upor zagotavlja, da se lahko mosfet takoj po odstranitvi stikalnega signala hitro IZKLOPI in prepreči morebitno škodo.

Ta vrednost upora je lahko med 1K in 10K, vendar bi nižje vrednosti zagotavljale boljše in učinkovitejše rezultate.

Zaščita pred plazovi

MOSFET-ji se lahko poškodujejo, če se njegova temperatura stika nenadoma poveča čez sprejemljivo mejo zaradi prenapetostnih razmer na notranjih diodah telesa. Ta pojav se v MOSFET-ih imenuje plaz.

Težava lahko nastane, če se na odtočni strani naprave uporablja induktivna obremenitev in med obdobji IZKLOPA MOSFET-a vzvratni EMF induktorja, ki prehaja skozi diodo telesa MOSFET, postane previsok, kar povzroči nenaden dvig temperatur spoja MOSFET-a in njegova razčlenitev.

Težavo je mogoče odpraviti z dodajanjem zunanje diode visoke moči preko odtočnih / virskih sponk MOSFET-jev, tako da se povratni tok deli med diode in odvečna proizvodnja toplote odpravi.

Zaščita mosfetov v vezjih H-mostu pred sežiganjem

Medtem ko poleg zgoraj uporabljate celotno vezje gonilnika mostu, ki vključuje še gonilno vezje, kot je IR2110, bi morali biti v mislih naslednji vidiki (o tem bom kmalu podrobneje razpravljal v enem od prihajajočih člankov)

• Dodajte ločilni kondenzator blizu izhodov napajalne IC, kar bo zmanjšalo prehodne prehodne razmere na notranjih napajalnih izhodih, kar bo preprečilo nenaravno izhodno logiko vrat mosfet.
• Za zagonski kondenzator vedno uporabite visokokakovostne nizko ESD kondenzatorje z nizkim uhajanjem in po možnosti vzporedno z njimi. Uporabite znotraj priporočene vrednosti, podane v obrazcu.
• Štiri povezave mosfet vedno povežite čim bližje med seboj. Kot je razloženo zgoraj, bo to zmanjšalo razpršeno induktivnost skozi MOSFET-ove.
• IN priključite relativno velik kondenzator čez pozitivno stran visoke napetosti (VDD) in nizko stransko ozemljitev (VSS), kar bo učinkovito ozemlilo vso zapuščeno induktivnost, ki se morda skriva okoli povezav.
• Spojite VSS, nizko stransko ozemljitev MOSFET-a in ozemljitev logičnega vhoda skupaj in zaključite v eno skupno debelo maso do napajalnega terminala.
• Nenazadnje ploščo temeljito operite z acetonom ali podobnim sredstvom proti pretoku, da odstranite vse možne sledi spajkalnega toka, da se izognete skritim medsebojnim povezavam in kratkim hlačam.

Zaščita mosfetov pred pregrevanjem

Zatemnitve osvetlitve pogosto trpijo zaradi okvar MOSFET-a. Večina zatemnilnikov, ki se uporabljajo v nizkotemperaturnih industrijskih aplikacijah, je zaprtih in pogosto vgrajenih v steno. To lahko povzroči težave z odvajanjem toplote in lahko povzroči kopičenje toplote - kar povzroči toplotni dogodek. MOSFET, ki se uporablja za vezja zatemnitve razsvetljave, običajno odpove v 'uporovnem načinu'.

Termična zaščita, ki jo je mogoče obnoviti, ali RTP podjetja TE Connectivity daje odgovor na okvaro MOSFET-a pri nizkotemperaturnih izmeničnih napravah.

Ta naprava deluje kot upor majhne vrednosti pri običajnih delovnih temperaturah MOSFET-a. Nameščen je skoraj neposredno na MOSFET, zato lahko natančno zazna temperaturo. Če iz kakršnega koli razloga MOSFET preide v stanje visoke temperature, to zazna RTP, pri vnaprej določeni temperaturi pa se RTP spremeni v upor visoke vrednosti.

To učinkovito prekine napajanje MOSFET-a in ga reši pred uničenjem. Tako se nižji upor žrtvuje, da prihrani dražji MOSFET. Podobna analogija bi lahko bila uporaba varovalke (material majhne vrednosti) za zaščito bolj zapletenih vezij (npr. Televizor).

Eden najzanimivejših vidikov RTP podjetja TE Connectivity je njegova sposobnost, da prenese izjemne temperature - do 260 ° C. To je presenetljivo, saj se sprememba upora (za zaščito MOSFET-a) običajno pojavi pri približno 140 ° C.

Ta čudežni podvig je dosežen z inovativnim dizajnom TE Connectivity. RTP je treba aktivirati, preden začne varovati MOSFET. Elektronsko aktiviranje RTP se zgodi po dokončanem spajkanju (pritrditvi). Vsak RTP mora biti oborožen s pošiljanjem določenega toka skozi vtičnico RTP za določen čas.

Karakteristike časovnega toka so del specifikacij RTP. Preden bo vključen, bo vrednost upora RTP sledila določenim značilnostim. Ko pa je oborožen, se bo varovalni zatič električno odprl in preprečil nadaljnje spremembe.

Zelo pomembno je, da se pri načrtovanju in namestitvi MOSFET-a in RTP-ja na PCB upošteva postavitev, ki jo določa TE Connectivity. Ker mora RTP zaznavati temperaturo MOSFET-a, seveda sledi, da morata biti v neposredni bližini.

Odpornost RTP bo omogočila do 80A toka pri 120V AC skozi MOSFET, če bo temperatura MOSFET-a ostala pod odprto temperaturo RTP, ki je lahko med 135-145 ° C.