Creando un interruptor MOSFET de potencia robusto

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Así que he estado investigando sobre la protección de un MOSFET. He usado MOSFET para los interruptores básicos de encendido / apagado, pero nunca pensé en protegerlos completamente. Los he usado para activar / desactivar los interruptores para activar las bobinas de relé. Lo único que hice fue colocar un diodo de retorno a través de la carga inductiva.

Luego me encontré con MOSFET autoprotegidos. Aquí hay un enlace a un diagrama: enlace

Solo estoy realmente interesado en las secciones de protección contra sobretensión y ESD para implementar en mis propios diseños. Si tuviera que hacer un diseño robusto para manejar, digamos, un motor DC, aquí están mis pensamientos:

Proteger la puerta: Colocaría una resistencia en serie de aproximadamente 100 ohmios para evitar que se cargue demasiado la capa de la compuerta para pinchar.

Asegúrate de que el MOSFET se apague: Colocaría un resistor de 100k ohm entre la compuerta y la fuente (suponiendo que la fuente esté conectada a tierra del circuito o negativo a la batería) para garantizar que el comportamiento del capacitor de la compuerta del MOSFET se descargue de modo que si la entrada flota, el MOSFET se apague.

Protección Vgs: Colocaría un diodo de TVS antes de la resistencia de 100 ohmios para poder detectar los transitorios. Si es unidireccional o bidireccional, creo que depende de la tolerancia de las puertas para estos voltajes. Voy a suponer que Vgs solo debe ser positivo y, por lo tanto, utilizar un TVS unidireccional. Y selecciónelo de modo que el voltaje de sujeción no exceda el máximo absoluto de Vgs para el MOSFET. El voltaje inverso debe ajustarse de inmediato.

> > > Vds Protección: < < < Aquí es donde surge mi confusión. ¿Necesito esto? La mayoría de los MOSFET tienen un diodo corporal y deben protegerse de los voltajes debido a que los inductores se desconectan rápidamente. No me gusta correr riesgos, así que usaría un diodo más rápido o tal vez incluso un TVS a través del drenaje y la fuente y colocaría un diodo de retorno en el inductor. Pero en el diagrama al que estoy vinculado, el TVS está a través del drenaje y la puerta. ¿Por qué?

Si asumo que se acumula un gran voltaje en el drenaje, el TVS conduciría (antes del Vds máximo que asumo del transistor), atravesaría la resistencia de la compuerta y se dirigiría al riel positivo que conducía a la compuerta ya través de 100k. resistencia de sangrado de ohm a tierra? ¿Pero no enciende esto también el MOSFET? Aquí es donde las cosas se complican y, a pesar de investigar la respuesta en Internet, no pude encontrar una respuesta clara.

Actualizar: Aquí hay un diagrama de circuito de lo que hay en mi cabeza por solicitud del usuario.

    
pregunta xxgiuzeppexx

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Al colocar un diodo Zener (o similar) entre el drenaje y la compuerta, la tensión de la compuerta se verá obligada a aumentar si el drenaje supera la tensión de ruptura del diodo. Tienes razón al pensar que esto activará el MOSFET. Así es como funciona ese método de protección. Para ver por qué tienes que entender la avalancha MOSFET. El diodo del cuerpo del MOSFET se descompondrá a un cierto voltaje como un diodo Zener (o diodo de avalancha para ser estrictamente correcto). Un MOSFET de potencia está formado por muchas células en paralelo entre sí. Dependiendo del procesamiento del transistor, estas células pueden o no compartir bien la energía de la avalancha. Además, el lugar dentro de la célula donde se disipa la energía de la avalancha no es exactamente el mismo que donde ocurre la disipación de conducción normal. Por esta razón, algunos MOSFET tienen una cantidad limitada de energía que pueden absorber de manera segura en un solo pulso de avalancha. Esta energía puede ser mucho menor de lo que podrían tomar en un pulso de conducción normal. Puede ser cero Por otro lado, algunos MOSFET tienen una energía de avalancha limitada solo por consideraciones térmicas, en otras palabras, pueden tomar cualquier cantidad de energía de avalancha siempre que la matriz no se sobrecaliente.

Al encender el MOSFET antes de que la tensión de la fuente de drenaje supere el punto de avalancha, la energía se disipa por el mecanismo de conducción normal. Esto permite que un MOSFET que no puede tomar alta energía de avalancha disipe de forma segura un transitorio, por ejemplo, de una carga inductiva no sujeta. Aún debe asegurarse de que en su diseño el MOSFET no pueda exponerse a un transitorio que sea demasiado grande desde el punto de vista térmico, la energía calentará el troquel igual y no debe exceder Tj max.

Tienes que tener cuidado al agregar diodos al terminal de la puerta. En algunas circunstancias, los diodos conectados directamente a la puerta pueden dar como resultado una oscilación de frecuencia muy alta del MOSFET. Esto se debe a la inductancia y capacitancia parásitas en el circuito que causan una ruta de retroalimentación en VHF. Un diodo puede rectificar esto y elevar el nivel de CC en la compuerta dando como resultado una oscilación estable que mantiene el dispositivo en un estado parcialmente encendido cuando se intenta apagarlo. Esto se mitiga agregando una resistencia de compuerta adecuada.

Si la topología de su circuito garantiza que los MOSFET nunca vean un voltaje excesivo, o si pueden resistir transitorios por avalancha, es posible que no necesite proporcionar ningún componente de protección. Esta es una buena solución porque puede haber más problemas introducidos por los dispositivos de protección (un tema demasiado grande para cubrir aquí). Desacoplar los rieles de suministro cerca de los dispositivos de salida en las etapas de potencia ayuda. Asegurarse de que los dispositivos en configuraciones de puente no puedan realizar una conducta cruzada también es muy importante.

    
respondido por el user1582568

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