כיצד להגן על MOSFET - מוסברים יסודות

בפוסט זה אנו לומדים באופן מקיף כיצד להגן על mosfets ולמנוע שריפת mosfet במעגלים אלקטרוניים על ידי ביצוע כמה הנחיות בסיסיות הקשורות לפריסת PCB נכונה וטיפול ידני זהיר בהתקנים רגישים אלה.

מבוא

גם לאחר חיבור נכון של הכל, אתה מוצא שהמוספים במעגל שלך הופכים ל HOT ונשבים תוך דקות ספורות. זהו נושא די נפוץ בפני רוב התחביבים החדשים והמנוסים בעת תכנון ואופטימיזציה של מעגלים מבוססי מוספטים במיוחד אלה הכוללים תדרים גבוהים.

ברור שחיבור כל החלקים בצורה נכונה לפי הפרטים הנתונים הוא הדבר העיקרי שצריך לבדוק ולאשר קודם לפני שנוניח לנושאים אחרים, כי אלא אם כן הדברים היסודיים יושמרו בסדר מוחלט, זה יהיה חסר משמעות להתחקות אחר הבאגים הנסתרים האחרים במעגל שלך. .

יישום בסיסי להגנת Mosfet הופך להיות קריטי במיוחד במעגלים הכוללים תדרים גבוהים בסדר גודל של kHz רבים. הסיבה לכך היא שיישומים בתדירות גבוהה דורשים הפעלה מהירה (בתוך ns) של המכשירים אשר מצידם דורשת יישום יעיל של כל הקריטריונים הקשורים ישירות או בעקיפין למיתוג הרלוונטי.

אז מה הם המכשולים העיקריים הגורמים להחלפה לא נכונה או לא יעילה של המוספטים, בואו נלמד באופן מקיף כיצד להגן על מוספטים באמצעות הנקודות הבאות.

היפטר מההשראות המשוטטות:

הבאג הנפוץ והראשון ביותר בתור הוא השראות התועה שעשויה להיות מוסתרת בתוך מסלולי המעגל. כאשר תדירות המיתוג והזרם גבוהים, אפילו עלייה קלה מיותרת בנתיב החיבור שהוא מסלול ה- PCB עשויה לגרום להשראות מקושרות, אשר בתורן עשויות להשפיע באופן דרסטי על התנהגות המוספט בגלל הולכה לא יעילה, ארעיות וקוצים.

על מנת להיפטר מבעיה זו מומלץ בחום לשמור על המסלולים רחבים יותר ולהשאיר את המכשירים סמוכים ככל האפשר זה לזה ולממשק הנהג המשמש לנהיגה של המוספטים בהתאמה.

זו הסיבה ש- SMD מועדף והיא הדרך הטובה ביותר לבטל את ההשראות הצולבות בין הרכיבים, כמו כן השימוש ב- PCB דו צדדי מסייע בשליטה בנושא בשל חיבורי 'חור מודפס' קצרים על פני הרכיבים.

אפילו את גובה העמידה של המוסגים יש להביא למינימום על ידי הכנסת העופרת עמוק ככל האפשר לתוך ה- PCB, השימוש ב- SMD הוא כנראה האפשרות הטובה ביותר.

כולנו יודעים כי mosfets כוללים קבלים מובנים הדורשים טעינה ופריקה על מנת לגרום להתקן להתנהל.

בעיקרון קבלים אלה מחוברים על פני השער / המקור והשער / ניקוז. Mosfets 'לא אוהבים' טעינה ממושכת ופריקה של הקיבול שלה מכיוון שאלה קשורים ישירות ליעילות שלה.

חיבור המוספטים ישירות ליציאת מקור לוגי עשוי להיראות כפתרון לבעיה זו, מכיוון שמקור ההיגיון יעבור בקלות ויטביע את הקיבול מ- Vcc לאפס במהירות, ולהיפך בגלל היעדר מכשול בדרכו.

עם זאת יישום השיקול הנ'ל עשוי להוביל לייצור ארעיים וקוצים שליליים עם משרעות מסוכנות על פני הניקוז והשער והופך את המוספט לפגיע לקוצים שנוצרו עקב מעבר זרם פתאומי גבוה על פני ניקוז / מקור.

זה יכול בקלות לשבור את הפרדת הסיליקון בין חלקי המוספט, מה שהופך קצר בתוך המכשיר, ולפגוע בו לצמיתות.

החשיבות של עמידות בשערים:

כדי להיפטר מהנושא שלעיל מומלץ להשתמש בנגד בעל ערך נמוך בסדרה עם קלט ההיגיון ושער ה- mosfet.

בתדרים נמוכים יחסית (50 הרץ עד 1 קילוהרץ), הערך יכול להיות בין 100 ל -470 אוהם, ואילו בתדרים מעל זה הערך יכול להיות בטווח של 100 אוהם, בתדרים גבוהים בהרבה (10 קילוהרץ ומעלה) זה לא יכול לעלות על 50 אוהם. .

השיקול שלעיל מאפשר טעינה אקספוננציאלית או טעינה הדרגתית של הקבלים הפנימיים הקטנת או הקהיית הסיכויים לדוקרנים שליליים על פני פינות הניקוז / שער.

שימוש בדיודות הפוכות:

בשיקול לעיל טעינה אקספוננציאלית של קיבול השער מקטינה את הסיכויים לדוקרנים, אך פירוש הדבר גם כי פריקת הקיבול המעורב תתעכב בגלל ההתנגדות בדרך של קלט ההיגיון, בכל פעם שהוא עובר לאפס לוגי. גרימת שחרור מאוחר פירושו לאלץ את המוספט להתנהל בתנאים מלחיצים, ולהפוך אותו לחם מיותר.

הכללת דיודה הפוכה במקביל לנגד השער היא תמיד נוהג טוב, ופשוט מתמודד עם פריקת השער המתעכבת על ידי מתן נתיב רציף לפריקת השער דרך הדיודה אל תוך קלט ההיגיון.

הנקודות שהוזכרו לעיל בנוגע ליישום נכון של מוספטים יכולות להיכלל בקלות בכל מעגל על ​​מנת להגן על מוספטים מפני תקלות ושריפה מסתוריים.

אפילו ביישומים מסובכים כגון מעגלי נהג מוספטים של חצי גשר או גשר מלא יחד עם הגנות מומלצות נוספות.

שימוש בנגד בין שער למקור

למרות שלא ציינו הכללה זו בתמונות הקודמות, מומלץ בחום להגן על התקווה מפני נשיפה בכל תנאי.

אז איך הנגד מעבר לשער / מקור מספק הגנה מובטחת?

ובכן, בדרך כלל למוספטים יש נטייה להידבק בכל פעם שמופעל מתח מיתוג, לפעמים קשה להחזיר אפקט תפס זה, וכאשר מרימים זרם מיתוג הפוך זה כבר מאוחר מדי.

הנגד המוזכר מבטיח שברגע שמסלק את אות המיתוג, המוספט יכול לכבות במהירות ולמנוע נזק אפשרי.

ערך הנגד הזה יכול להיות בין 1K ל -10K, אולם ערכים נמוכים יותר יספקו תוצאות טובות ויעילות יותר.

הגנה מפני מפולות

MOSFET עלולים להיפגע אם טמפרטורת הצומת שלה תעלה לפתע מעבר לגבול הנסבל בגלל תנאי מתח יתר על פני דיודות הגוף הפנימיות שלה. התרחשות זו מכונה כמפולת שלגים ב- MOSFETs.

הבעיה יכולה להיווצר כאשר נעשה שימוש בעומס אינדוקטיבי בצד הניקוז של המכשיר, ובמהלך כיבוי ה- MOSFET כבוי ה- EMF ההפוך של המשרן שעובר דרך דיודת גוף ה- MOSFET הופך גבוה מדי וגורם לעלייה פתאומית בטמפרטורות הצומת של ה- MOSFET, התמוטטות שלה.

ניתן להתמודד עם הבעיה על ידי הוספת דיודה חיצונית עם הספק גבוה על מסופי ניקוז / מקור של ה- MOSFET, כך שהזרם ההפוך מתחלק על פני הדיודות, ויוצר עודף ייצור חום.

הגנה על מוספטים במעגלי H-Bridge מפני שריפה

בעת שימוש במעגל נהג גשר מלא המשלב נהג IC כמו ה- IR2110 בנוסף לאמור לעיל, יש לזכור את ההיבטים הבאים (בקרוב אדבר על כך באחד מהמאמרים הקרובים שלי)

• הוסף קבלים לניתוק צמוד לסיבובי האספקה ​​של זרם ה- IC של הנהג, זה יפחית את מעברי המעבר על פני פינות האספקה ​​הפנימיות, אשר בתורם ימנעו היגיון פלט לא טבעי לשערי המוספט.
• השתמש תמיד בקבלים מסוג ESD נמוך באיכות גבוהה, עם דליפה נמוכה עבור הקבל אתחול האתחול, ואולי השתמש בכמה מהם במקביל. השתמש במסגרת הערך המומלץ הנתון בגליון הנתונים.
• חבר תמיד את ארבעת קישורי ה- Mosfet כמה שיותר קרובים זה לזה. כפי שהוסבר לעיל זה יפחית השראות תועה על פני המוספטים.
• AND, חבר קבל בעל ערך יחסית גדול על פני הצד החיובי החיובי (VDD), ואל הקרקע הצדדית הנמוכה (VSS), זה יקרקע למעשה את כל ההשראות הסטריות שעשויות להסתתר סביב החיבורים.
• הצטרף ל- VSS, לאדמה הצדדית התחתונה של mosfet ולאדמת קלט ההיגיון יחד, והסתיים לאדמה עבה משותפת אחת למסוף האספקה.
• אחרון חביב, שטפו את הלוח ביסודיות באצטון או חומר נוגד שטף דומה בכדי להסיר את כל העקבות האפשריים של שטף ההלחמה לצורך התחמקות מחיבורי גומלין נסתרים ומכנסיים קצרים.

הגנה על מוספטים מפני התחממות יתר

דימומי תאורה לעיתים קרובות סובלים מכשלים ב- MOSFET. רוב הדימרים המשמשים ביישומים תעשייתיים בטמפרטורה נמוכה עם AC הם סגורים ולעתים קרובות מוטבעים בקיר. זה יכול לגרום לבעיות בפיזור חום, ויכול לגרום להצטברות חום - מה שמוביל לאירוע תרמי. בדרך כלל, ה- MOSFET המשמש למעגלי עמעום התאורה נכשל ב'מצב התנגדות '.

הגנה תרמית או RTP עם יכולת הזרימה מחדש מקישוריות TE מספקת מענה לכשל MOSFET ביישומי AC בטמפרטורה נמוכה.

מכשיר זה פועל כנגד בעל ערך נמוך בטמפרטורות ההפעלה הרגילות של ה- MOSFET. הוא מותקן כמעט ישירות על ה- MOSFET, ולכן מסוגל לחוש את הטמפרטורה בדיוק. אם מסיבה כלשהי, ה- MOSFET נסחף למצב טמפרטורה גבוהה, הדבר חש על ידי ה- RTP, ובטמפרטורה מוגדרת מראש, ה- RTP משתנה לנגד בעל ערך גבוה.

זה למעשה מנתק את הכוח ל- MOSFET, וחוסך אותו מהשמדה. לפיכך, נגד במחיר נמוך יותר מקריב את עצמו כדי לחסוך MOSFET יקר יותר. אנלוגיה דומה יכולה להיות שימוש בנתיך (חומר בעל ערך נמוך) בהגנה על מעגלים מורכבים יותר (למשל טלוויזיה).

אחד ההיבטים המעניינים ביותר ב- RTP מקישוריות TE הוא יכולתו לעמוד בטמפרטורות אדירות - עד 260 מעלות צלזיוס. זה מפתיע מכיוון ששינוי ההתנגדות (להגנה על ה- MOSFET) מתרחש בדרך כלל בסביבות 140 מעלות צלזיוס.

ההישג המופלא הזה מושג באמצעות עיצוב חדשני על ידי TE Connectivity. יש להפעיל את ה- RTP לפני שהוא מתחיל להגן על ה- MOSFET. ההפעלה האלקטרונית של ה- RTP מתרחשת לאחר השלמת הלחמת הזרימה (קובץ מצורף). כל RTP צריך להיות חמוש בנפרד על ידי שליחת זרם מוגדר דרך סיכת החימוש של ה- RTP למשך זמן מוגדר.

המאפיינים הנוכחיים בזמן הם חלק מהמפרט של ה- RTP. לפני שהוא חמוש, ערך הנגד של ה- RTP ילווה את המאפיינים שצוינו. עם זאת, ברגע שהוא חמוש, סיכת החימוש תיפתח חשמלית - ותמנע שינויים נוספים.

חשוב מאוד לעקוב אחר הפריסה שצוינה על ידי TE Connectivity בעת תכנון והרכבה של ה- MOSFET ו- RTP על ה- PCB. מכיוון ש- RTP צריך לחוש את הטמפרטורה של ה- MOSFET, באופן טבעי נובע כי השניים צריכים להישאר בקרבה.

עמידות ה- RTP תאפשר עד 80A של זרם ב -120 וולט AC דרך ה- MOSFET כל עוד הטמפרטורה של ה- MOSFET נשארת מתחת לטמפרטורה הפתוחה של ה- RTP, שיכולה להיות בין 135-145 מעלות צלזיוס.