Kuinka suojata MOSFET-tiedostoja - perusteet selitetty

Tässä viestissä opimme kattavasti, kuinka suojella mosfettejä ja estää mosfetin palaminen elektronisissa piireissä noudattamalla joitain perusohjeita, jotka liittyvät oikean PCB-asettelun ja näiden arkaluonteisten laitteiden huolelliseen manuaaliseen käsittelyyn.

Johdanto

Jopa kun olet liittänyt kaiken oikein, huomaat, että piirisi mosfetit kuumenevat ja puhaltavat muutamassa minuutissa. Tämä on melko yleinen ongelma, jonka kohtaavat useimmat uudet ja kokeneet harrastajat suunnittelessaan ja optimoimalla mosfet-pohjaisia ​​piirejä, erityisesti niitä, joihin liittyy korkeita taajuuksia.

On selvää, että kaikkien osien yhdistäminen oikein annettujen yksityiskohtien mukaan on tärkein asia, joka on tarkistettava ja vahvistettava ensin ennen muiden asioiden ottamista, koska ellei perustavaa laatua olevaa asiaa laiteta täysin oikein, piirisi muiden piilotettujen virheiden jäljittäminen olisi merkityksetöntä .

Perus Mosfet-suojaussovelluksesta tulee kriittinen erityisesti niissä piireissä, joihin liittyy korkeita taajuuksia monen kHz: n luokkaa. Tämä johtuu siitä, että suurtaajuussovellukset edellyttävät laitteiden nopeaa (ns: n sisällä) virran kytkemistä päälle ja pois päältä, mikä puolestaan ​​vaatii kaikkien suoraan tai epäsuorasti kyseiseen kytkentään liittyvien kriteerien tehokasta toteuttamista.

Joten mitkä ovat tärkeimmät esteet, jotka aiheuttavat väärän tai tehottoman mosfettien vaihtamisen, opitaan kattavasti, kuinka suojata mosfettejä seuraavilla kohdilla.

Päästä eroon harhainduktanssista:

Yleisin ja tärkein vika jonossa on harhainduktanssi, joka voi olla piilossa piiriradoilla. Kun kytkentätaajuus ja virta ovat suuret, pienintäkään tarpeetonta kasvua kytkentäreitissä, joka on piirilevy-raita, voi johtaa toisiinsa kytkeytyneeseen induktanssiin, joka puolestaan ​​voi vaikuttaa mosfetin käyttäytymiseen dramaattisesti tehottoman johtumisen, transienttien ja piikkien vuoksi.

Tämän ongelman poistamiseksi on erittäin suositeltavaa pitää raidat leveämpinä ja pitää laitteet niin lähellä kuin mahdollista, toistensa ja kuljettajan IC: n kanssa, joita käytetään vastaavien mosfettien ajamiseen.

Siksi SMD on suositeltava ja se on paras tapa eliminoida ristiininduktanssi komponenttien välillä, ja myös kaksipuolisen piirilevyn käyttö auttaa hallitsemaan ongelmaa johtuen sen lyhyistä, läpireikäisistä liitännöistä komponenttien yli.

Jopa mosfettien seisomakorkeus on saatettava minimiin asettamalla lyijy mahdollisimman syvälle piirilevyyn, SMD: n käyttö on todennäköisesti paras vaihtoehto.

Me kaikki tiedämme, että mosfeteissä on sisäänrakennettuja kondensaattoreita, jotka vaativat lataamista ja purkamista laitteen johtamiseksi.

Pohjimmiltaan nämä kondensaattorit on kytketty portin / lähteen ja portin / tyhjennyksen yli. Mosfets 'ei pidä' pitkäaikaisesta viivästyneestä lataamisesta ja kapasitanssin purkamisesta, koska ne liittyvät suoraan sen tehokkuuteen.

Mosfettien liittäminen suoraan loogiseen lähdelähtöön saattaa näyttää ratkaisevan tämän ongelman, koska looginen lähde helposti vaihtaisi ja upottaisi kapasitanssin Vcc: stä nopeasti nollaan, ja päinvastoin, koska polussa ei ole esteitä.

Edellä mainitun näkökohdan toteuttaminen voi kuitenkin johtaa myös transienttien ja negatiivisten piikkien syntymiseen vaarallisilla amplitudeilla viemärin ja portin yli, jolloin mosfet on haavoittuva syntyville piikeille äkillisen suuren virran vaihdon takia tyhjennyksen / lähteen välillä.

Tämä voi helposti rikkoa piierotuksen mosfetin osien välillä, mikä aiheuttaa oikosulun laitteen sisällä ja vahingoittaa sitä pysyvästi.

Portin vastuksen merkitys:

Edellä mainitun ongelman poistamiseksi on suositeltavaa käyttää pieniarvoista vastusta sarjaan logiikkatulon ja mosfet-portin kanssa.

Suhteellisen matalilla taajuuksilla (50 Hz - 1 kHz) arvo voi olla missä tahansa välillä 100 ja 470 ohmia, kun taas tämän ylittävillä taajuuksilla arvo voi olla 100 ohmia, paljon korkeammilla taajuuksilla (10 kHz ja yli) tämä ei saa ylittää 50 ohmia .

Edellä esitetty huomio sallii sisäisten kondensaattorien eksponentiaalisen lataamisen tai asteittaisen lataamisen vähentäen tai heikentäen negatiivisten piikkien mahdollisuutta tyhjennys- / porttitappien yli.

Käänteisdiodien käyttö:

Edellä olevassa näkökulmassa portin kapasitanssin eksponentiaalinen lataus vähentää piikkien mahdollisuutta, mutta se tarkoittaa myös, että mukana olevan kapasitanssin purkautuminen viivästyisi logiikkatulon polun vastuksen takia, aina kun se vaihtaa logiikkanollaksi. Viivästyneen purkauksen aiheuttaminen merkitsisi mosfetin pakottamista käyttäytymään stressaavissa olosuhteissa, mikä tekisi siitä tarpeettoman lämpimämmän.

Käänteisen diodin sisällyttäminen yhdyskäytävän kanssa vastuksen kanssa on aina hyvä käytäntö, ja se yksinkertaisesti puuttuu portin viivästyneeseen purkautumiseen tarjoamalla jatkuvan polun portin purkautumiselle diodin läpi ja loogiseen tuloon.

Edellä mainitut mosfettien oikean toteutuksen kohdat voidaan helposti sisällyttää mihin tahansa piiriin mosfettien suojaamiseksi salaperäisiltä toimintahäiriöiltä ja palamiselta.

Jopa monimutkaisissa sovelluksissa, kuten puolisilta- tai täyssiltamosfet-ajuripiirit sekä joitain suositeltuja lisäsuojauksia.

Vastuksen käyttäminen portin ja lähteen välillä

Vaikka emme ole maininneet tätä sisällyttämistä edellisissä kuvissa, tätä on erittäin suositeltavaa suojella mosfettiä puhaltamasta kaikissa olosuhteissa.

Joten miten vastus portin / lähteen poikki tarjoaa taatun suojan?

No, normaalisti mosfeteillä on taipumus lukkiutua aina, kun kytkentäjännitettä käytetään, tätä lukitusvaikutusta voi joskus olla vaikea palauttaa, ja kun vastakkaista kytkentävirtaa käytetään, se on jo liian myöhäistä.

Mainittu vastus varmistaa, että heti kun kytkentäsignaali poistetaan, mosfet pystyy nopeasti sammumaan ja estämään mahdolliset vauriot.

Tämä vastuksen arvo voi olla missä tahansa välillä 1K - 10K, mutta pienemmät arvot antaisivat parempia ja tehokkaampia tuloksia.

Lumivyöryjen suojaus

MOSFETit voivat vahingoittua, jos sen liitoslämpötila nousee yhtäkkiä siedettävän rajan yli sisäisten kehodiodien ylijänniteolosuhteiden vuoksi. Tätä tapahtumaa kutsutaan lumivyöryksi MOSFET: issä.

Ongelma voi ilmetä, kun laitteen tyhjennyspuolella käytetään induktiivista kuormitusta ja MOSFET-kytkimen POIS-jaksojen aikana induktorin käänteinen EMF, joka kulkee MOSFET-kehodiodin läpi, nousee liian korkeaksi, mikä aiheuttaa äkillisen MOSFET-liitoslämpötilan nousun, ja sen jakautuminen.

Ongelma voidaan ratkaista lisäämällä ulkoinen suuritehoinen diodi MOSFET-laitteiden tyhjennys- / lähdeliittimien yli siten, että vastavirta jaetaan diodien kesken ja ylimääräinen lämmöntuotanto eliminoidaan.

H-Bridge-piireissä olevien mosfettien suojaaminen palamiselta

Käytettäessä täyden siltaohjaimen virtapiiriä, johon kuuluu ajurin IC, kuten IR2110 edellä mainittujen lisäksi, seuraavat näkökohdat on pidettävä mielessä (keskustelen asiasta yksityiskohtaisesti yhdessä tulevista artikkeleistani pian)

• Lisää irrotuskondensaattori lähelle ohjaimen piirilevyn syöttöliittimiä, mikä vähentää kytkentätransientteja sisäisten syöttöpiirien yli, mikä puolestaan ​​estää luonnotonta lähtölogiikkaa mosfet-portteihin.
• Käytä aina korkealaatuisia matalan ESD: n, vähän vuotoja kondensaattoreita käynnistyskondensaattoreille ja mahdollisesti käytä pari niistä rinnakkain. Käytä suositeltavan arvon sisällä taulukossa.
• Liitä aina neljä mosfet-linkitystä mahdollisimman lähelle toisiaan. Kuten edellä selitettiin, tämä vähentää harhaa induktanssia mosfettien läpi.
• JA, kytke suhteellisen suuri arvo kondensaattori korkean puolen positiivisen (VDD) ja matalan sivupinnan (VSS) poikki, tämä maadoittaa tehokkaasti kaiken harhainduktanssin, joka voi olla piilossa liitosten ympärillä.
• Liitä VSS, mosfetin matala sivumaadoitus ja logiikkasyöttömaadoitus yhdessä ja päätä yhdeksi yhteiseksi paksuksi maadoitukseksi syöttöpäätteeseen.
• Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä pese lauta huolellisesti asetonilla tai vastaavalla juoksutetta estävällä aineella kaikkien mahdollisten juotosvirtauksen jälkien poistamiseksi piilotettujen liitosten ja shortsien välttämiseksi.

Mosfetsin suojaaminen ylikuumenemiselta

Valaistuksen himmentimet kärsivät usein MOSFET-häiriöistä. Suurin osa matalan lämpötilan AC-teollisuussovelluksissa käytetyistä himmentimistä on suljettu ja upotettu usein seinään. Tämä voi aiheuttaa lämmön haihtumisongelmia ja johtaa lämmön kertymiseen - mikä johtaa lämpötapahtumaan. Yleensä valaistuksen himmentimien piireissä käytetty MOSFET epäonnistuu 'resistiivisessä tilassa'.

TE Connectivityn heijastuskykyinen lämpösuojaus tai RTP antaa vastauksen MOSFET-vikaantumiseen matalalämpötilaisissa AC-sovelluksissa.

Tämä laite toimii kuin pieniarvoinen vastus MOSFETin normaalissa käyttölämpötilassa. Se on asennettu melkein suoraan MOSFET-laitteeseen ja pystyy sen vuoksi tunnistamaan lämpötilan tarkasti. Jos MOSFET ajautuu jostain syystä korkean lämpötilan olosuhteisiin, RTP havaitsee tämän, ja ennalta määrätyssä lämpötilassa RTP muuttuu arvokkaaksi vastukseksi.

Tämä katkaisee MOSFET-virran tehokkaasti ja säästää sitä tuholta. Täten edullisempi vastus uhraa itsensä säästääkseen kalliimpaa MOSFETiä. Samanlainen analogia voisi olla sulakkeen (vähäarvoisen materiaalin) käyttö monimutkaisempien piirien (esim. Television) suojaamisessa.

Yksi TE Connectivityn RTP: n mielenkiintoisimmista ominaisuuksista on sen kyky kestää valtavia lämpötiloja - jopa 260ºC. Tämä on yllättävää, koska resistanssin muutos (MOSFETin suojaamiseksi) tapahtuu yleensä noin 140 ºC: ssa.

Tämä ihmeellinen saavutus saavutetaan TE Connectivityn innovatiivisella suunnittelulla. RTP on aktivoitava ennen kuin se alkaa suojata MOSFETiä. RTP: n sähköinen aktivointi tapahtuu virtauksen juottamisen (kiinnityksen) valmistuttua. Jokainen RTP on viritettävä erikseen lähettämällä määritetty virta RTP: n viritystapin kautta tietyn ajan.

Aikavirtaominaisuudet ovat osa RTP: n spesifikaatioita. Ennen kuin se on viritetty, RTP: n vastuksen arvo noudattaa määriteltyjä ominaisuuksia. Kuitenkin, kun se on aseistettu, viritystappi tulee sähköisesti auki estäen muutoksista.

On erittäin tärkeää, että TE Connectivityn määrittelemää asettelua noudatetaan suunniteltaessa ja asennettaessa MOSFET ja RTP piirilevylle. Koska RTP: n on tunnistettava MOSFETin lämpötila, seuraa luonnollisesti, että näiden kahden tulisi pysyä lähellä.

RTP-vastus sallii jopa 80 A: n virran 120 V AC: lla MOSFETin kautta, kunhan MOSFETin lämpötila pysyy alle RTP: n avoimen lämpötilan, joka voi olla välillä 135-145ºC.