Hogyan védjük meg a MOSFET-eket - Az alapok elmagyarázása

Ebben a bejegyzésben átfogóan megtanuljuk, hogyan védhetjük meg a mosfeteket és megakadályozhatjuk a mosfet égését az elektronikus áramkörökben azáltal, hogy követünk néhány alapvető irányelvet, amelyek a NYÁK helyes elrendezéséhez és ezen érzékeny eszközök gondos kézi kezeléséhez kapcsolódnak.

Bevezetés

Még azután is, hogy mindent rendesen csatlakoztatott, azt találja, hogy az áramkörében a moszfeták forróvá válnak és perceken belül kifújnak. Ez egy meglehetősen gyakori probléma, amellyel a legtöbb új és tapasztalt hobbistának szembe kell néznie, miközben a mosfet alapú áramköröket tervezik és optimalizálják, különösen azokat, amelyek magas frekvenciákat tartalmaznak.

Nyilvánvaló, hogy az összes alkatrész helyes összekapcsolása a megadott részletek szerint a legfontosabb dolog, amelyet először ellenőrizni és megerősíteni kell, mielőtt más kérdéseket vállalnánk, mert ha az alapvető dolgokat nem teszik teljesen rendbe, értelmetlen lenne nyomon követni az áramkör többi rejtett hibáját .

Az alapvető Mosfet-védelmi alkalmazás különösen azokban az áramkörökben válik kritikussá, amelyek sok kHz nagyságrendű magas frekvenciát foglalnak magukba. Ennek oka, hogy a nagyfrekvenciás alkalmazások az eszközök gyors (ns-en belüli) be- és kikapcsolását követelik meg, ami viszont az érintett kapcsoláshoz közvetlenül vagy közvetetten kapcsolódó összes kritérium hatékony végrehajtását követeli meg.

Tehát melyek azok a fő akadályok, amelyek a mosfetek helytelen vagy nem hatékony kapcsolását okozzák, tanuljuk meg átfogóan, hogyan védhetjük meg a mosfeteket az alábbi pontokkal.

Megszabadulni a kóbor induktivitástól:

A leggyakoribb és legfontosabb hiba a sorban az a kóbor induktivitás, amely az áramköri pályákon belül rejtőzhet. Ha a kapcsolási frekvencia és az áram magas, akkor még a PCB-pálya összekötő útjának legkisebb szükségtelen növekedése is összekapcsolt induktivitást eredményezhet, ami viszont a nem hatékony vezetés, tranziensek és tüskék miatt drasztikusan befolyásolhatja a mosfet viselkedését.

Annak érdekében, hogy megszabaduljon ettől a problémától, erősen ajánlott a sávokat szélesebb körben tartani, és a lehető legközelebbi eszközöket tartani egymásnak és a meghajtó IC-nek, amelyeket a megfelelő mosfetek meghajtására használnak.

Éppen ezért az SMD az előnyben részesített megoldás, és ez a legjobb módja a komponensek közötti keresztinduktivitás kiküszöbölésének, valamint a kétoldalas NYÁK használata is megkönnyíti a probléma kezelését az alkatrészeken átnyúló, rövid, átnyomott lyukú kapcsolatok miatt.

Még a mosfetek álló magasságát is minimálisra kell csökkenteni azáltal, hogy a vezetéket a lehető legmélyebbre illesztjük a NYÁK-ba, valószínűleg az SMD használata a legjobb megoldás.

Mindannyian tudjuk, hogy a mosfetek tartalmazzák a beépített kondenzátorokat, amelyek töltését és kisütését igénylik annak érdekében, hogy a készülék működőképes legyen.

Alapvetően ezek a kondenzátorok a kapun / forráson és a kapun / lefolyón keresztül vannak összekötve. A Mosfets „nem szereti” a késleltetett késleltetett töltést és a kapacitás lemerülését, mivel ezek közvetlenül kapcsolódnak a hatékonyságához.

Úgy tűnik, hogy megoldja ezt a problémát, ha a mosfeteket közvetlenül egy logikai forrás kimenethez csatlakoztatja, mivel a logikai forrás könnyen átkapcsolja és gyorsan nullára süllyeszti a kapacitást Vcc-ről nullára, és fordítva, mivel az útjában nincs akadály.

A fenti megfontolás megvalósítása azonban tranziensek és negatív tüskék kialakulásához is vezethet, amelyek veszélyes amplitúdójúak lehetnek a lefolyón és a kapun, és a mosfet kiszolgáltatottá válik a keletkező tüskék miatt a hirtelen nagy áramváltás miatt a lefolyón / forráson.

Ez könnyen megtörheti a szilícium elválasztását a mosfet szakaszai között, ami rövidzárlatot okozhat a készülék belsejében, és tartósan károsíthatja azt.

A kapu ellenállásának fontossága:

A fenti kérdés megszabadulása érdekében ajánlott alacsony értékű ellenállást használni sorban a logikai bemenettel és a mosfet kapuval.

Viszonylag alacsony frekvenciák mellett (50 Hz - 1 kHz) az érték 100 és 470 ohm között lehet, míg az ezt meghaladó frekvenciák esetében az érték 100 ohmos lehet, sokkal magasabb (10 kHz és magasabb) frekvenciák esetén ez nem haladhatja meg az 50 ohmot .

A fenti megfontolás lehetővé teszi a belső kondenzátorok exponenciális vagy fokozatos feltöltését, csökkentve vagy tompítva a lefolyó / kapu csapok negatív tüskéinek esélyét.

Fordított diódák használata:

A fenti szempont szerint a kapu kapacitásának exponenciális feltöltése csökkenti a tüskék esélyét, de ez azt is jelenti, hogy az érintett kapacitás lemerülése a logikai bemenet útjában lévő ellenállás miatt késleltetésre kerül, valahányszor logikai nulla értékre vált. Késleltetett ürítés okozta a mosfet kényszerítését arra, hogy stresszes körülmények között viselkedjen, feleslegesen melegítve.

A fordított dióda beépítése a kapuellenállással párhuzamosan mindig jó gyakorlat, és egyszerűen megoldja a kapu késleltetett kisülését azáltal, hogy folyamatos utat biztosít a kapu kisüléséhez a diódán keresztül és a logikai bemenetbe.

A moszféták helyes megvalósításával kapcsolatos fent említett pontok könnyen bekerülhetnek bármely áramkörbe annak érdekében, hogy megvédjék a moszfétákat a rejtélyes meghibásodásoktól és az égéstől.

Még bonyolult alkalmazásokban is, például félhíd vagy teljes híd mosfet meghajtó áramkörök, néhány további ajánlott védelemmel együtt.

Ellenállás használata a kapu és a forrás között

Bár ezt a felvételt az előző képeken nem jeleztük, ezt mindenképpen javasoljuk, hogy a mosfetet minden körülmények között megvédjük a fújástól.

Tehát hogyan biztosít garantált védelmet a kapun / forráson átívelő ellenállás?

Nos, a mosfetek általában hajlamosak megszakadni, amikor kapcsolási feszültséget alkalmaznak, ezt a reteszelő hatást néha nehéz visszafordítani, és mire egy ellenkező kapcsolási áramot alkalmaznak, már késő.

Az említett ellenállás biztosítja, hogy amint a kapcsolási jelet eltávolítják, a mosfet képes gyorsan kikapcsolni és megakadályozni az esetleges károsodásokat.

Ez az ellenállás értéke 1K és 10K között lehet, azonban az alacsonyabb értékek jobb és hatékonyabb eredményeket nyújtanak.

Lavina védelem

A MOSFET károsodhat, ha csatlakozási hőmérséklete hirtelen meghaladja az elviselhető határértéket a belső testdiódák túlfeszültségi viszonyai miatt. Ezt az eseményt lavinának nevezik a MOSFET-ekben.

A probléma akkor merülhet fel, ha induktív terhelést alkalmaznak a készülék leeresztő oldalán, és a MOSFET kikapcsolási időszakában az induktor hátrameneti EMF-je, amely áthalad a MOSFET testdiódáján, túl magasra válik, ami a MOSFET csatlakozási hőmérsékletének hirtelen emelkedését okozza, és annak lebontása.

A problémát úgy lehet megoldani, hogy egy külső nagy teljesítményű diódát adunk a MOSFET lefolyó / forrás termináljaihoz, így a fordított áram megoszlik a diódák között, és megszűnik a felesleges hőtermelés.

A H-Bridge áramkörökben található Mosfets védelme az égéstől

Miközben a fentieken túl egy teljes híd meghajtó áramkört is használ, amely magában foglal egy meghajtó IC-t, például az IR2110-et, a következő szempontokat kell szem előtt tartani (ezt hamarosan részletesen megvitatom az egyik következő cikkemben)

• Adjon hozzá egy leválasztó kondenzátort a meghajtó IC tápcsatlakozóihoz közel, ez csökkenti a kapcsolási tranzienseket a belső tápkábeleken, ami megakadályozza a természetellenes kimeneti logikát a mosfet kapukon.
• A rendszerindító kondenzátorhoz mindig használjon kiváló minőségű alacsony ESD, alacsony szivárgású kondenzátorokat, és esetleg használjon párat párhuzamosan. Használja az adatlapon megadott ajánlott értéken belül.
• Mindig csatlakoztassa a négy mosfet összekapcsolást a lehető legközelebb egymáshoz. Amint azt a fentiekben kifejtettük, ez csökkenti a kóbor induktivitást a moszfetákon.
• ÉS, viszonylag nagy értékű kondenzátort csatlakoztasson a magas oldali pozitív (VDD) és az alacsony oldali földre (VSS), ez hatékonyan megalapozza az összes kóbor induktivitást, amely a kapcsolatok körül rejtőzhet.
• Csatlakoztassa a VSS-t, a mosfet alacsony oldali földet és a logikai bemeneti földet együtt, és egyetlen közös vastag földdé váljon a tápterminál felé.
• Végül, de nem utolsósorban alaposan mossa le a táblát acetonnal vagy hasonló anti-fluxus szerrel annak érdekében, hogy eltávolítsa a forrasztási fluxus minden lehetséges nyomát a rejtett kapcsolatok és rövidnadrágok elkerülése érdekében.

A Mosfets védelme a túlmelegedéstől

A fényerő-szabályozók gyakran szenvednek a MOSFET meghibásodásaitól. Az alacsony hőmérsékletű váltóáramú ipari alkalmazásokban használt fényerő-szabályozók zártak és gyakran be vannak ágyazva a falba. Ez hőelvezetési problémákat okozhat, és hőfelhalmozódást eredményezhet - ami hőeseményhez vezet. A fényerő-szabályozó áramkörökhöz használt MOSFET általában „rezisztív módban” nem működik.

A TE Connectivity reflow-képes hővédelme vagy RTP választ ad a MOSFET meghibásodására alacsony hőmérsékletű váltóáramú alkalmazásokban.

Ez az eszköz úgy működik, mint egy kis értékű ellenállás a MOSFET normál üzemi hőmérsékletén. Szinte közvetlenül a MOSFET-re van szerelve, ezért képes pontosan érzékelni a hőmérsékletet. Ha valamilyen oknál fogva a MOSFET magas hőmérsékletű állapotba sodródik, ezt az RTP érzékeli, és egy előre meghatározott hőmérsékleten az RTP nagy értékű ellenállássá változik.

Ez gyakorlatilag kikapcsolja a MOSFET áramellátását, megmentve a pusztulástól. Így egy olcsóbb ellenállás feláldozza magát a drágább MOSFET megtakarítása érdekében. Hasonló analógia lehet a biztosíték (alacsony értékű anyag) használata a bonyolultabb áramkörök (pl. Televízió) védelmében.

A TE Connectivity RTP-jének egyik legérdekesebb szempontja, hogy képes ellenállni a hatalmas hőmérsékleteknek - 260ºC-ig. Ez meglepő, mivel az ellenállásváltozás (a MOSFET védelme érdekében) általában 140 ° C körül alakul.

Ezt a csodálatos teljesítményt a TE Connectivity innovatív kialakításával valósítja meg. Az RTP-t aktiválni kell, mielőtt megkezdené a MOSFET védelmét. Az RTP elektronikus aktiválása az áramlási forrasztás (melléklet) befejezése után következik be. Minden RTP-t külön-külön kell élesíteni egy meghatározott áram átadásával az RTP élesítő tűjén keresztül egy meghatározott időre.

Az idő-áram jellemzők az RTP specifikációinak részét képezik. Élesítés előtt az RTP ellenállásának értéke követni fogja a megadott jellemzőket. Ha azonban élesítették, akkor az élesítés csapja elektromosan megnyílik - megakadályozva a további változásokat.

Nagyon fontos, hogy a TE Connectivity által meghatározott elrendezést kövessük az MOSFET és az RTP megtervezésekor és a NYÁK-ra történő felszerelésekor. Mivel az RTP-nek érzékelnie kell a MOSFET hőmérsékletét, ebből természetesen következik, hogy a kettőnek közvetlen közelében kell maradnia.

Az RTP ellenállás 80 A áramot enged meg 120 V AC-on keresztül a MOSFET-en keresztül, mindaddig, amíg a MOSFET hőmérséklete az RTP nyitott hőmérséklete alatt marad, ami 135-145ºC között lehet.