Cara Melindungi MOSFET - Asas yang dijelaskan

Dalam catatan ini, kami secara komprehensif mempelajari cara melindungi mosfet dan mencegah pembakaran mosfet dalam litar elektronik dengan mengikuti beberapa panduan asas yang berkaitan dengan susun atur PCB yang betul, dan pengendalian manual yang sensitif terhadap manual ini.

Pengenalan

Walaupun setelah menyambungkan semuanya dengan betul, anda dapati mosfet di litar anda menjadi PANAS dan meletup dalam beberapa minit. Ini adalah masalah yang biasa dihadapi oleh kebanyakan penggemar baru dan juga peminat yang berpengalaman semasa merancang dan mengoptimumkan litar berasaskan mosfet terutama yang melibatkan frekuensi tinggi.

Jelas, menyambungkan semua bahagian dengan betul mengikut perincian yang diberikan adalah perkara utama yang perlu diperiksa dan disahkan terlebih dahulu sebelum menanggung masalah lain, kerana melainkan jika perkara asas diletakkan dengan betul, tidak ada artinya mengesan bug tersembunyi lain di litar anda .

Aplikasi perlindungan asas Mosfet menjadi kritikal khususnya dalam rangkaian yang melibatkan frekuensi tinggi dalam urutan banyak kHz. Ini kerana aplikasi dengan frekuensi tinggi memerlukan pengaktifan dan mematikan peranti dengan cepat (dalam ns) yang seterusnya menuntut pelaksanaan yang efisien dari semua kriteria yang berkaitan secara langsung atau tidak langsung dengan pertukaran yang berkenaan.

Oleh itu, apakah halangan utama yang menyebabkan pertukaran mosfet tidak betul atau tidak cekap, mari kita pelajari secara komprehensif bagaimana melindungi mosfet dengan perkara berikut.

Singkirkan Induktansi Sesat:

Bug yang paling biasa dan utama di que adalah induktansi sesat yang mungkin tersembunyi di trek litar. Apabila frekuensi dan arus peralihan tinggi, sedikit pun peningkatan yang tidak perlu dalam jalur penghubung yang merupakan trek PCB boleh menyebabkan induktansi saling berkaitan yang seterusnya dapat mempengaruhi tingkah laku mosfet secara drastik kerana pengaliran, peralihan dan lonjakan yang tidak cekap.

Untuk menyingkirkan masalah ini, sangat disarankan untuk menjaga trek lebih lebar dan memastikan peranti sentiasa dekat antara satu sama lain dan IC pemandu yang digunakan untuk menggerakkan mosfet masing-masing.

Itulah sebabnya SMD lebih disukai dan merupakan kaedah terbaik untuk menghilangkan induktansi silang pada komponen, juga penggunaan PCB dua sisi membantu mengawal masalah ini kerana hubungannya yang pendek dengan cetakan melalui komponen.

Bahkan ketinggian berdiri mosfets harus diatur minimum dengan memasukkan kabel sedalam mungkin ke dalam PCB, menggunakan SMD mungkin merupakan pilihan terbaik.

Kita semua tahu bahawa mosfet termasuk kapasitor terbina dalam yang memerlukan pengecasan dan pengosongan untuk menjadikan alat tersebut berfungsi.

Pada dasarnya kapasitor ini disambungkan melintasi gerbang / sumber dan gerbang / longkang. Mosfets 'tidak suka' pengisian dan pemuatan kapasitansi yang tertunda berpanjangan kerana ini secara langsung berkaitan dengan kecekapannya.

Menyambungkan mosfet terus ke output sumber logik nampaknya dapat menyelesaikan masalah ini, kerana sumber logik akan dengan mudah menukar dan merendam kapasitansi dari Vcc ke sifar dengan cepat, dan sebaliknya kerana tidak ada halangan di jalannya.

Walau bagaimanapun, pelaksanaan pertimbangan di atas juga dapat menyebabkan terjadinya lonjakan transien dan lonjakan negatif dengan amplitud berbahaya di longkang dan gerbang menjadikan mosfet rentan terhadap lonjakan yang dihasilkan kerana pertukaran arus tinggi yang tiba-tiba melintasi saluran / sumber.

Ini dapat dengan mudah memecah pemisahan silikon antara bahagian mosfet yang menjadikan litar pintas di dalam peranti, dan merosakkannya secara kekal.

Kepentingan Rintangan Pintu:

Untuk menyingkirkan masalah di atas, disarankan untuk menggunakan perintang nilai rendah secara bersiri dengan input logik dan pintu masuk mosfet.

Dengan frekuensi yang lebih rendah (50 Hz hingga 1kHz), nilainya boleh berada di antara 100 dan 470 ohm, sedangkan untuk frekuensi di atas ini nilainya mungkin dalam 100 ohm, untuk frekuensi yang jauh lebih tinggi (10kHz dan lebih tinggi) ini tidak boleh melebihi 50 ohm .

Pertimbangan di atas membolehkan pengecasan eksponensial atau pengisian kapasitor dalaman secara beransur-ansur mengurangkan atau mengaburkan kemungkinan lonjakan negatif melintasi pin longkang / pintu.

Menggunakan Diod Terbalik:

Dalam pertimbangan di atas, pengisian eksponensial dari kapasitansi gerbang mengurangkan kemungkinan lonjakan tetapi itu juga bermaksud bahawa pemuatan kapasitansi yang terlibat akan ditunda kerana rintangan pada jalur input logik, setiap kali ia beralih ke sifar logik. Menyebabkan pengosongan yang ditangguhkan bererti memaksa mosfet melakukan dalam keadaan tertekan, menjadikannya lebih panas.

Menyertakan diod terbalik selari dengan perintang gerbang selalu menjadi amalan yang baik, dan hanya mengatasi penangguhan pelepasan gerbang yang tertunda dengan menyediakan jalan berterusan untuk pelepasan gerbang melalui dioda dan ke input logik.

Perkara-perkara yang disebutkan di atas mengenai pelaksanaan mosfet yang betul dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam mana-mana litar untuk melindungi mosfet dari kerosakan dan pembakaran misteri.

Walaupun dalam aplikasi yang rumit seperti litar pemandu mosfet jambatan separuh penuh atau jambatan penuh bersama dengan beberapa perlindungan tambahan yang disyorkan.

Menggunakan Perintang Antara Gerbang dan Sumber

Walaupun kami belum menunjukkan penyertaan ini dalam gambar sebelumnya, ini sangat disarankan untuk melindungi mosfet dari letupan dalam semua keadaan.

Jadi bagaimana perintang di seberang pintu / sumber memberikan perlindungan yang terjamin?

Nah, biasanya mosfets cenderung untuk mengunci setiap kali voltan pensuisan diterapkan, kesan penyambungan ini kadang kala sukar untuk dipulihkan, dan pada saat arus suis berlawanan digunakan, ia sudah terlambat.

Perintang yang disebutkan memastikan bahawa sebaik sahaja isyarat beralih dikeluarkan, mosfet dapat dengan cepat mematikan, dan mencegah kemungkinan kerosakan.

Nilai perintang ini boleh berada di antara 1K dan 10K, namun nilai yang lebih rendah akan memberikan hasil yang lebih baik dan lebih berkesan.

Perlindungan longsoran

MOSFET mungkin rosak jika suhu persimpangannya tiba-tiba meningkat melebihi had yang boleh diterima kerana keadaan voltan yang terlalu tinggi di seluruh diod badan dalamannya. Kejadian ini diistilahkan sebagai longsoran di MOSFET.

Masalahnya boleh timbul apabila beban induktif digunakan di bahagian longkang peranti, dan semasa tempoh MOSFET OFF OFF, EMF terbalik induktor yang melewati diod badan MOSFET menjadi terlalu tinggi, menyebabkan kenaikan suhu persimpangan MOSFET secara tiba-tiba, dan kerosakannya.

Masalahnya dapat diatasi dengan menambahkan diod kuasa tinggi luaran di terminal longkang / sumber MOSFET, sehingga arus terbalik dikongsi di seluruh dioda, dan penghasilan panas yang berlebihan dihapuskan.

Melindungi Mosfets di Litar H-Bridge dari Pembakaran

Semasa menggunakan litar pemacu jambatan penuh yang melibatkan IC pemandu seperti IR2110 sebagai tambahan kepada perkara di atas, aspek berikut harus diingat (saya akan membincangkannya secara terperinci dalam salah satu artikel saya yang akan datang)

• Tambahkan kapasitor decoupling dekat dengan pinout bekalan IC pemandu, ini akan mengurangkan peralihan peralihan melintasi pinout bekalan dalaman yang seterusnya akan mengelakkan logik output tidak wajar ke pintu mosfet.
• Sentiasa gunakan ESD rendah berkualiti tinggi, jenis kapasitor kebocoran rendah untuk kapasitor bootstrap dan mungkin menggunakan beberapa daripadanya secara selari. Gunakan sesuai dengan nilai yang disarankan yang diberikan dalam lembar data.
• Sentiasa sambungkan empat pautan mosfet sedekat mungkin antara satu sama lain. Seperti yang dijelaskan di atas ini akan mengurangkan induktansi sesat di mosfets.
• DAN, sambungkan kapasitor nilai yang agak besar di sisi positif tinggi (VDD), dan aras sisi rendah (VSS), ini secara berkesan akan membumikan semua induktansi sesat yang mungkin tersembunyi di sekitar sambungan.
• Sertailah VSS, tanah sisi rendah mosfet, dan landasan input logik bersama-sama, dan berakhir menjadi satu tanah tebal biasa ke terminal bekalan.
• Akhir sekali, cuci papan dengan bersih dengan aseton atau agen anti-fluks yang serupa untuk menghilangkan semua jejak fluks pematerian yang mungkin untuk mengelakkan sambungan dan seluar pendek tersembunyi.

Melindungi Mosfets daripada Terlalu Panas

Lampu redup sering mengalami kegagalan MOSFET. Sebilangan besar dimmer yang digunakan dalam aplikasi perindustrian AC suhu rendah dilampirkan dan sering tertanam di dinding. Ini boleh menyebabkan masalah pelesapan haba, dan boleh mengakibatkan penumpukan haba - menyebabkan berlakunya kejadian terma. Biasanya, MOSFET yang digunakan untuk litar redup redup gagal dalam 'mod resistif'.

Perlindungan terma atau RTP yang dapat dilakukan oleh reflow dari TE Connectivity memberikan jawapan kepada kegagalan MOSFET dalam aplikasi suhu rendah.

Peranti ini bertindak seperti perintang bernilai rendah pada suhu operasi normal MOSFET. Ia dipasang hampir secara langsung di MOSFET, dan oleh itu dapat merasakan suhu dengan tepat. Sekiranya atas sebab apa pun, MOSFET melayang ke keadaan suhu tinggi, ini dirasakan oleh RTP, dan pada suhu yang telah ditentukan, RTP berubah menjadi perintang bernilai tinggi.

Ini dengan berkesan memotong kuasa MOSFET, menyelamatkannya dari kehancuran. Oleh itu, perintang dengan harga yang lebih rendah mengorbankan dirinya untuk menjimatkan MOSFET yang lebih mahal. Analogi serupa adalah penggunaan sekering (bahan bernilai rendah) dalam melindungi litar yang lebih kompleks (mis. Televisyen).

Salah satu aspek yang paling menarik dari RTP dari TE Connectivity adalah kemampuannya untuk menahan suhu yang sangat tinggi - hingga 260ºC. Ini mengejutkan kerana perubahan rintangan (untuk melindungi MOSFET) biasanya berlaku pada suhu sekitar 140ºC.

Pencapaian luar biasa ini dicapai melalui reka bentuk inovatif oleh TE Connectivity. RTP harus diaktifkan sebelum mula melindungi MOSFET. Pengaktifan elektronik RTP berlaku setelah pematerian aliran (lampiran) selesai. Setiap RTP harus dipersenjatai secara individu dengan mengirimkan arus yang ditentukan melalui pin penyangga RTP untuk waktu yang ditentukan.

Ciri-ciri masa-masa adalah sebahagian daripada spesifikasi RTP. Sebelum bersenjata, nilai perintang RTP akan mengikut ciri-ciri yang ditentukan. Akan tetapi, apabila disenjatai, pin penyangga akan menjadi terbuka elektrik - mencegah perubahan selanjutnya.

Adalah sangat penting bahawa susun atur yang ditentukan oleh TE Connectivity diikuti semasa merancang dan memasang MOSFET dan RTP pada PCB. Oleh kerana RTP harus merasakan suhu MOSFET, secara semula jadi bahawa kedua-duanya harus tetap dekat.

Rintangan RTP akan memungkinkan hingga 80A arus pada 120V AC melalui MOSFET selagi suhu MOSFET tetap di bawah Suhu Terbuka RTP, yang dapat berada di antara 135-145ºC.