Kaip apsaugoti MOSFET - pagrindai paaiškinti

Šiame įraše mes išsamiai sužinome, kaip apsaugoti mosfetus ir užkirsti kelią mosfet degimui elektroninėse grandinėse, laikydamiesi kai kurių pagrindinių rekomendacijų, susijusių su teisingu PCB išdėstymu ir atsargiu rankiniu būdu tvarkant šiuos jautrius įrenginius.

Įvadas

Net viską teisingai sujungę, grandinėje esantys mosfetai tampa KARŠTI ir per kelias minutes išsipučia. Tai gana dažna problema, su kuria susiduria dauguma naujų ir patyrusių mėgėjų, kurdami ir optimizuodami „mosfet“ pagrindu veikiančias grandines, ypač tas, kurios susijusios su aukštais dažniais.

Akivaizdu, kad visų dalių teisingas sujungimas pagal pateiktą informaciją yra pagrindinis dalykas, kurį pirmiausia reikia patikrinti ir patvirtinti prieš imantis kitų klausimų, nes jei pagrindiniai dalykai nebus tinkamai sutvarkyti, būtų beprasmiška atsekti kitas paslėptas jūsų grandinės klaidas .

Pagrindinė „Mosfet“ apsaugos programa tampa ypač svarbi tose grandinėse, kuriose yra aukšti dažniai daugelio kHz tvarka. Taip yra dėl to, kad aukšto dažnio programos reikalauja greitai (per ns) įjungti ir išjungti įrenginius, o tai savo ruožtu reikalauja efektyviai įgyvendinti visus tiesiogiai ar netiesiogiai su atitinkamu perjungimu susijusius kriterijus.

Taigi, kokios yra pagrindinės kliūtys, dėl kurių netinkamai ar neefektyviai persijungia „mosfets“, išmoksime išsamiai, kaip apsaugoti mosfetus šiais klausimais.

Atsikratykite klaidžiojančio induktyvumo:

Dažniausia ir svarbiausia klaida eilėje yra nukrypęs induktyvumas, kuris gali būti paslėptas grandinės takeliuose. Kai perjungimo dažnis ir srovė yra dideli, net mažiausias nereikalingas jungiamojo kelio, kuris yra PCB takelis, padidėjimas gali sukelti tarpusavyje susietą induktyvumą, o tai savo ruožtu gali drastiškai paveikti „mosfet“ elgesį dėl neefektyvaus laidumo, pereinamųjų procesų ir šuolių.

Norint atsikratyti šios problemos, labai rekomenduojama, kad takeliai būtų platesni ir kad prietaisai būtų kuo arčiau vienas kitam ir tvarkyklės IC, kurie naudojami atitinkamiems „mosfetams“ valdyti.

Štai kodėl pirmenybė teikiama SMD ir tai yra geriausias būdas pašalinti kryžminį induktyvumą visuose komponentuose, taip pat dvipusio PCB naudojimas padeda kontroliuoti problemą dėl trumpų „atspausdintų skylių“ jungčių per komponentus.

Net mafetų stovėjimo aukštis turi būti sumažintas iki minimumo įkišant šviną į PCB, turbūt geriausias variantas yra naudoti SMD.

Mes visi žinome, kad „mosfets“ yra įmontuoti kondensatoriai, kuriuos reikia įkrauti ir iškrauti, kad prietaisas veiktų.

Iš esmės šie kondensatoriai yra sujungti per vartus / šaltinį ir vartus / kanalizaciją. „Mosfets“ nemėgsta ilgesnio uždelsto akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo, nes tai tiesiogiai susiję su jo efektyvumu.

Panašu, kad „mosfets“ prijungimas tiesiogiai prie loginio šaltinio išvesties išspręs šią problemą, nes loginis šaltinis lengvai perjungs ir greitai nuleis talpą iš Vcc į nulį ir atvirkščiai, nes jo kelyje nėra jokių kliūčių.

Tačiau įgyvendinus minėtą svarstymą, taip pat gali atsirasti pereinamųjų procesų ir neigiamų šuolių su pavojingomis amplitudėmis per kanalizaciją ir vartus, todėl „mosfet“ bus pažeidžiama dėl susidariusių šuolių dėl staigaus didelės srovės persijungimo per kanalizaciją / šaltinį.

Tai gali lengvai nutraukti silicio atskyrimą tarp „mosfet“ sekcijų, todėl prietaiso viduje susidaro trumpasis jungimas ir visam laikui sugadinama.

Vartų pasipriešinimo svarba:

Norint atsikratyti minėto klausimo, rekomenduojama naudoti mažos vertės rezistorių nuosekliai su logine įvestimi ir „mosfet“ vartais.

Esant santykinai žemesniems dažniams (nuo 50 Hz iki 1 kHz), vertė gali būti nuo 100 iki 470 omų, tuo tarpu esant dažniui, viršijančiam šią vertę, vertė gali siekti 100 omų, o daug aukštesniems (10 kHz ir aukštesniems) dažniams - ne daugiau kaip 50 .

Pirmiau pateiktas svarstymas leidžia eksponentiškai įkrauti arba laipsniškai įkrauti vidinius kondensatorius, sumažinant neigiamą šuolių tikimybę per kanalizacijos / vartų kaiščius arba sumažinant jų tikimybę.

Atvirkštinių diodų naudojimas:

Atsižvelgiant į tai, eksponentinis vartų talpos įkrovimas sumažina šuolių tikimybę, tačiau tai taip pat reiškia, kad dalyvaujančios talpos iškrovimas būtų atidėtas dėl pasipriešinimo loginio įėjimo kelyje, kiekvieną kartą, kai jis persijungia į loginį nulį. Pavėluoto išleidimo sukėlimas reikštų priversti „mosfet“ elgtis esant stresinėms sąlygoms, todėl jis būtų be reikalo šiltesnis.

Visada gera praktika yra atvirkštinio diodo įtraukimas lygiagrečiai su vartų rezistoriumi ir paprasčiausiai sprendžia uždelstą vartų išleidimą, užtikrindamas nenutrūkstamą vartų išleidimo kelią per diodą ir į loginę įvestį.

Pirmiau minėtus dalykus, susijusius su tinkamu „mosfets“ įgyvendinimu, galima lengvai įtraukti į bet kurią grandinę, siekiant apsaugoti mosfetus nuo paslaptingų veikimo sutrikimų ir degimo.

Net ir sudėtingose ​​programose, tokiose kaip pusiau tilto arba viso tilto „mosfet“ tvarkyklės, taip pat su papildomomis rekomenduojamomis apsaugomis.

Rezistoriaus naudojimas tarp vartų ir šaltinio

Nors mes nenurodėme šio įtraukimo ankstesniuose vaizduose, tai yra labai rekomenduojama, kad bet kokiomis aplinkybėmis apsaugotume mosfetą nuo pūtimo.

Taigi, kaip rezistorius per vartus / šaltinį užtikrina garantuotą apsaugą?

Na, paprastai „mosfets“ turi tendenciją užsiblokuoti, kai įjungiama perjungimo įtampa, šį fiksavimo efektą kartais gali būti sunku atstatyti, o kai įjungiama priešinga perjungimo srovė, jau yra per vėlu.

Minėtas rezistorius užtikrina, kad kai tik perjungimo signalas bus pašalintas, „mosfet“ galės greitai išsijungti ir užkirsti kelią galimam pažeidimui.

Ši rezistoriaus vertė gali būti nuo 1K iki 10K, tačiau mažesnės vertės užtikrintų geresnius ir efektyvesnius rezultatus.

Lavinų apsauga

MOSFET gali sugadinti, jei jo jungties temperatūra staiga padidės viršijant leistiną ribą dėl per didelių įtampos sąlygų vidiniuose kūno dioduose. Šis įvykis MOSFET vadinamas lavina.

Problema gali kilti, kai prietaiso nutekėjimo pusėje naudojama indukcinė apkrova, o per MOSFET išjungimo periodus induktoriaus atvirkštinis EMF, praeinantis per MOSFET kūno diodą, tampa per didelis, todėl staiga pakyla MOSFET sankryžos temperatūra ir jo suskirstymas.

Problemą galima išspręsti pridedant išorinį didelės galios diodą prie MOSFET nutekėjimo / šaltinio gnybtų, kad atvirkštinė srovė būtų padalinta visiems diodams ir būtų pašalinta perteklinė šilumos gamyba.

H-tilto grandinių „Mosfets“ apsauga nuo degimo

Naudojant pilną tiltelio tvarkyklę, apimančią vairuotojo IC, pvz., IR2110, be pirmiau minėtų dalykų, reikėtų nepamiršti šių aspektų (netrukus tai išsamiai aptarsiu viename iš būsimų savo straipsnių)

• Pridėkite atjungimo kondensatorių šalia tvarkyklės IC maitinimo lizdų. Tai sumažins perjungimo pereinamuosius laikotarpius per vidinius maitinimo lizdus, ​​o tai savo ruožtu užkirs kelią nenatūraliai išėjimo logikai į „mosfet“ vartus.
• Įkrovos kondensatoriui visada naudokite aukštos kokybės žemo ESD, mažai nuotėkio tipo kondensatorius ir galbūt naudokite porą jų lygiagrečiai. Naudokite neviršydami rekomenduojamos vertės, nurodytos duomenų lape.
• Visada prijunkite keturias „mosfet“ sąsajas kuo arčiau vienas kito. Kaip paaiškinta aukščiau, tai sumažins klajojantį induktyvumą visuose mosfetuose.
• IR, prijunkite santykinai didelės vertės kondensatorių per aukštąjį teigiamą (VDD) ir žemą šoninį įžeminimą (VSS), tai veiksmingai įžemins visą klajojantį induktyvumą, kuris gali pasislėpti aplink jungtis.
• Sujunkite VSS, „mosfet“ žemą šoninį įžeminimą ir loginės įvesties įžeminimą kartu ir sujungite į vieną bendrą storą įžeminimo terminalo žemę.
• Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas, lentą kruopščiai nuplaukite acetonu ar panašiu antivirusiniu agentu, kad pašalintumėte visus įmanomus litavimo srauto pėdsakus, kad išvengtumėte paslėptų jungčių ir šortų.

„Mosfets“ apsauga nuo perkaitimo

Apšvietimo reguliatoriai dažnai kenčia nuo MOSFET gedimų. Dauguma reguliatorių, naudojamų žemos temperatūros kintamosios srovės pramonėje, yra uždari ir dažnai įterpiami į sieną. Tai gali sukelti šilumos išsiskyrimo problemas ir sukelti šilumos kaupimąsi - sukelti šiluminį įvykį. Paprastai apšvietimo reguliatorių grandinėms naudojama MOSFET sugenda „varžiniu režimu“.

Šilumos apsauga, turinti grįžtamąjį ryšį, arba „RTP“ iš „TE Connectivity“ suteikia atsakymą į MOSFET gedimą esant žemos temperatūros kintamosios srovės programoms.

Šis prietaisas veikia kaip mažos vertės rezistorius esant įprastai MOSFET darbo temperatūrai. Jis montuojamas beveik tiesiai ant MOSFET, todėl gali tiksliai suvokti temperatūrą. Jei dėl kokių nors priežasčių MOSFET patenka į aukštos temperatūros būseną, tai jaučia RTP, o iš anksto nustatytoje temperatūroje RTP pasikeičia į didelės vertės rezistorių.

Tai veiksmingai nutraukia MOSFET maitinimą ir taupo jį nuo sunaikinimo. Taigi, mažesnės kainos rezistorius paaukoja save, kad sutaupytų brangesnį MOSFET. Panaši analogija galėtų būti saugiklio (mažos vertės medžiagos) naudojimas apsaugant sudėtingesnes schemas (pvz., Televizorių).

Vienas iš įdomiausių „TE Connectivity“ RTP aspektų yra jo sugebėjimas atlaikyti milžinišką temperatūrą - iki 260ºC. Tai stebina, nes pasipriešinimo pokyčiai (siekiant apsaugoti MOSFET) paprastai vyksta maždaug 140 ° C temperatūroje.

Šį stebuklingą žygdarbį pasiekė novatoriškas „TE Connectivity“ dizainas. RTP turi būti įjungtas prieš pradedant apsaugoti MOSFET. Elektroninis RTP aktyvavimas įvyksta baigus srauto litavimą (pritvirtinimą). Kiekvienas RTP turi būti įjungtas atskirai, tam tikrą laiką per RTP įjungimo kaištį siunčiant nurodytą srovę.

Laiko ir srovės charakteristikos yra RTP specifikacijų dalis. Prieš pradedant ginkluoti, RTP rezistoriaus vertė atitiks nurodytas charakteristikas. Tačiau, kai jis bus ginkluotas, ginklo kaištis taps elektra atidarytas - užkertant kelią tolesniems pokyčiams.

Labai svarbu, kad projektuojant ir montuojant MOSFET ir RTP ant PCB būtų laikomasi „TE Connectivity“ nurodyto išdėstymo. Kadangi RTP turi suvokti MOSFET temperatūrą, natūraliai išplaukia, kad jiedu turėtų likti arti.

RTP atsparumas leis iki 80A srovės esant 120 V kintamajai srovei per MOSFET tol, kol MOSFET temperatūra išlieka žemesnė už RTP atvirą temperatūrą, kuri gali būti tarp 135-145ºC.