Comment protéger les MOSFET - Explication des bases

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Dans cet article, nous apprenons en détail comment protéger les mosfets et empêcher les mosfets de brûler dans les circuits électroniques en suivant quelques directives de base relatives à la disposition correcte des PCB et à la manipulation manuelle prudente de ces appareils sensibles.

introduction

Même après avoir tout connecté correctement, vous trouvez que les mosfets de votre circuit deviennent CHAUDS et s'envolent en quelques minutes. C'est un problème assez courant auquel sont confrontés la plupart des amateurs, nouveaux ou expérimentés, lors de la conception et de l'optimisation des circuits à base de mosfet, en particulier ceux qui impliquent des fréquences élevées.



De toute évidence, connecter toutes les pièces correctement selon les détails donnés est la chose principale qui doit être vérifiée et confirmée avant d'assumer d'autres problèmes, car à moins que les choses fondamentales ne soient absolument correctes, il serait inutile de retracer les autres bogues cachés dans votre circuit. .

L'application de base de la protection Mosfet devient critique spécifiquement dans les circuits qui impliquent des fréquences élevées de l'ordre de plusieurs kHz. Ceci est dû au fait que les applications à haute fréquence nécessitent une mise en marche et un arrêt rapides (à l'intérieur de ns) des dispositifs qui à leur tour exigent une mise en œuvre efficace de tous les critères associés directement ou indirectement à la commutation concernée.



Alors, quels sont les principaux obstacles qui provoquent une commutation incorrecte ou inefficace des mosfets, apprenons en détail comment protéger les mosfets avec les points suivants.

Débarrassez-vous de l'inductance parasite:

Le bogue le plus courant et le plus important dans le que est l'inductance parasite qui peut être cachée dans les pistes du circuit. Lorsque la fréquence de commutation et le courant sont élevés, même une moindre augmentation inutile du chemin de connexion qui est la piste PCB peut entraîner une inductance interconnectée qui à son tour peut affecter considérablement le comportement du mosfet en raison d'une conduction inefficace, des transitoires et des pics.

Afin de se débarrasser de ce problème, il est fortement recommandé de garder les pistes plus larges et de garder les périphériques aussi proches que possible les uns des autres et du pilote IC qui sont utilisés pour piloter les mosfets respectifs.

C'est pourquoi le SMD est préféré et constitue le meilleur moyen d'éliminer l'inductance croisée entre les composants.L'utilisation de PCB double face permet également de contrôler le problème en raison de ses connexions courtes `` traversantes imprimées '' entre les composants.

Même la hauteur debout des mosfets doit être réduite au minimum en insérant le fil aussi profondément que possible dans le PCB, l'utilisation de SMD est probablement la meilleure option.

protéger mosfet en supprimant l

Nous savons tous que les mosfets comprennent des condensateurs intégrés qui nécessitent une charge et une décharge pour que l'appareil soit conducteur.

Fondamentalement, ces condensateurs sont connectés à travers la grille / source et la grille / drain. Les mosfets `` n'aiment pas '' la charge et la décharge retardées prolongées de sa capacité, car elles sont directement liées à son efficacité.

Connecter les mosfets directement à une sortie de source logique peut sembler résoudre ce problème, car la source logique basculerait facilement et réduirait rapidement la capacité de Vcc à zéro, et vice versa en raison de l'absence d'obstacle sur son chemin.

Cependant, la mise en œuvre de la considération ci-dessus pourrait également conduire à la génération de transitoires et de pointes négatives avec des amplitudes dangereuses à travers le drain et la porte, rendant le mosfet vulnérable aux pointes générées en raison de la commutation soudaine de courant élevé à travers le drain / la source.

Cela pourrait facilement rompre la séparation de silicium entre les sections du mosfet, créant un court-circuit à l'intérieur de l'appareil et l'endommageant de manière permanente.

résistance de grille pour éviter les pointes négatives

Importance de la résistance de porte:

Pour se débarrasser du problème ci-dessus, il est recommandé d'utiliser une résistance de faible valeur en série avec l'entrée logique et la porte mosfet.

Avec des fréquences relativement plus basses (50 Hz à 1 kHz), la valeur peut être comprise entre 100 et 470 ohms, tandis que pour les fréquences supérieures à cela, la valeur peut être de 100 ohms, pour des fréquences beaucoup plus élevées (10 kHz et plus), elle ne doit pas dépasser 50 ohms .

La considération ci-dessus permet une charge exponentielle ou une charge progressive des condensateurs internes en réduisant ou en émoussant les chances de pointes négatives à travers les broches de drain / grille.

ajout de diodes inversées pour la protection mosfet

Utilisation de diodes inversées:

Dans la considération ci-dessus, une charge exponentielle de la capacité de grille réduit les risques de pointes, mais cela signifie également que la décharge de la capacité impliquée serait retardée en raison de la résistance sur le chemin de l'entrée logique, chaque fois qu'elle passe au zéro logique. Causer une décharge retardée signifierait forcer le mosfet à conduire dans des conditions stressantes, ce qui le rendrait inutilement plus chaud.

L'inclusion d'une diode inverse en parallèle avec la résistance de grille est toujours une bonne pratique, et s'attaque simplement à la décharge retardée de la grille en fournissant un chemin continu pour la décharge de grille à travers la diode et dans l'entrée logique.

Les points mentionnés ci-dessus concernant la mise en œuvre correcte des mosfets peuvent être facilement inclus dans n'importe quel circuit afin de protéger les mosfets contre des dysfonctionnements mystérieux et des brûlures.

Même dans les applications complexes telles que les circuits d'attaque mosfet en demi-pont ou en pont complet, ainsi que certaines protections supplémentaires recommandées.

ajout d

Utilisation d'une résistance entre la porte et la source

Bien que nous n'ayons pas indiqué cette inclusion dans les images précédentes, cela est fortement recommandé pour protéger le mosfet contre les explosions en toutes circonstances.

Alors, comment une résistance à travers la porte / source fournit-elle une protection garantie?

Eh bien, normalement, les mosfets ont tendance à se verrouiller chaque fois qu'une tension de commutation est appliquée, cet effet de verrouillage peut parfois être difficile à inverser, et au moment où un courant de commutation opposé est appliqué, il est déjà trop tard.

La résistance mentionnée garantit que dès que le signal de commutation est supprimé, le mosfet est capable de s'éteindre rapidement et d'éviter un éventuel dommage.

Cette valeur de résistance pourrait être comprise entre 1K et 10K, mais des valeurs plus faibles fourniraient des résultats meilleurs et plus efficaces.

Protection contre les avalanches

Les MOSFET peuvent être endommagés si leur température de jonction augmente soudainement au-delà de la limite tolérable en raison de conditions de surtension à travers ses diodes internes. Cet événement est appelé avalanche dans les MOSFET.

Le problème peut survenir lorsqu'une charge inductive est utilisée du côté drain de l'appareil, et pendant les périodes de désactivation du MOSFET, la force électromagnétique inverse de l'inducteur passant à travers la diode du corps du MOSFET devient trop élevée, provoquant une augmentation soudaine des températures de jonction du MOSFET, et sa panne.

Le problème peut être résolu en ajoutant une diode externe de haute puissance aux bornes drain / source des MOSFET, de sorte que le courant inverse est partagé entre les diodes et que la production de chaleur excessive est éliminée.

Protéger les mosfets dans les circuits du pont en H contre les brûlures

Lors de l'utilisation d'un circuit de pilote de pont complet impliquant un circuit intégré de pilote tel que l'IR2110 en plus de ce qui précède, les aspects suivants doivent être ennuyés à l'esprit (je vais en discuter en détail dans l'un de mes prochains articles bientôt)

  • Ajoutez un condensateur de découplage à proximité des broches d'alimentation du circuit intégré du pilote, cela réduira les transitoires de commutation à travers les broches d'alimentation internes, ce qui empêchera une logique de sortie non naturelle aux portes mosfet.
  • Utilisez toujours des condensateurs de haute qualité à faible ESD et à faible fuite pour le condensateur d'amorçage et éventuellement en utiliser quelques-uns en parallèle. Utiliser dans les limites de la valeur recommandée indiquée dans la fiche technique.
  • Connectez toujours les quatre interconnexions mosfet aussi près que possible les unes des autres. Comme expliqué ci-dessus, cela réduira l'inductance parasite à travers les mosfets.
  • ET, connectez un condensateur de valeur relativement grande entre le côté positif du côté haut (VDD) et la masse du côté bas (VSS), cela mettra à la terre efficacement toute inductance parasite qui pourrait se cacher autour des connexions.
  • Rejoignez le VSS, la masse du côté bas du mosfet et la masse de l'entrée logique ensemble, et terminez-vous en une seule masse épaisse commune à la borne d'alimentation.
  • Enfin, lavez soigneusement la carte avec de l'acétone ou un agent anti-flux similaire afin d'éliminer toutes les traces possibles du flux de soudage pour éviter les interconnexions cachées et les courts-circuits.
comment protéger mosfet dans les circuits en pont en H ou en pont complet

Protéger les Mosfets contre la surchauffe

Les gradateurs d'éclairage souffrent souvent de pannes MOSFET. La plupart des gradateurs utilisés dans les applications industrielles CA à basse température sont enfermés et souvent encastrés dans le mur. Cela peut entraîner des problèmes de dissipation de chaleur et entraîner une accumulation de chaleur, entraînant un événement thermique. Habituellement, le MOSFET utilisé pour les circuits de gradateurs d'éclairage tombe en panne en «mode résistif».

Une protection thermique refondable ou RTP de TE Connectivity fournit une réponse en cas de défaillance du MOSFET dans les applications CA basse température.

Cet appareil agit comme une résistance de faible valeur aux températures de fonctionnement normales du MOSFET. Il est monté presque directement sur le MOSFET, et est donc capable de détecter la température avec précision. Si pour une raison quelconque, le MOSFET dérive dans une condition de température élevée, cela est détecté par le RTP, et à une température prédéfinie, le RTP se transforme en une résistance de haute valeur.

Cela coupe efficacement l'alimentation du MOSFET, le sauvant de la destruction. Ainsi, une résistance moins chère se sacrifie pour économiser un MOSFET plus cher. Une analogie similaire pourrait être l'utilisation d'un fusible (matériau de faible valeur) pour protéger des circuits plus complexes (par exemple un téléviseur).

L'un des aspects les plus intéressants du RTP de TE Connectivity est sa capacité à résister à d'énormes températures - jusqu'à 260 ° C. Ceci est surprenant car le changement de résistance (pour protéger le MOSFET) se produit généralement à environ 140 ° C.

Cet exploit miraculeux est accompli grâce au design innovant de TE Connectivity. Le RTP doit être activé avant de commencer à protéger le MOSFET. L'activation électronique du RTP se produit une fois le soudage par flux (fixation) terminé. Chaque RTP doit être armé individuellement en envoyant un courant spécifié via la broche d'armement du RTP pendant une durée spécifiée.

Les caractéristiques temps-courant font partie des spécifications du RTP. Avant d'être armé, la valeur de la résistance du RTP suivra les caractéristiques spécifiées. Cependant, une fois armé, la broche d'armement s'ouvrira électriquement, ce qui empêchera d'autres changements.

Il est très important que la disposition spécifiée par TE Connectivity soit suivie lors de la conception et du montage du MOSFET et du RTP sur le PCB. Puisque le RTP doit détecter la température du MOSFET, il s'ensuit naturellement que les deux doivent rester à proximité.

La résistance RTP permettra jusqu'à 80 A de courant à 120 V CA à travers le MOSFET tant que la température du MOSFET reste en dessous de la température ouverte du RTP, qui peut être comprise entre 135 et 145 ° C.




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