¿Cómo evitar que MOSFET funcione en la parte de alta resistencia del modo lineal?

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Estoy usando varios MOSFET para controlar varias cargas, por ejemplo. Bombas, iluminación, ventilación, etc.

En la implementación, tengo varios circuitos de controlador en una placa (seguidor de emisor simple, que proporciona una buena velocidad de conmutación con un voltaje de compuerta de ~ 5V; el uso de pull-ups fue demasiado lento / ineficaz), con cables de puente a una placa Con varios circuitos MOSFET. Cada circuito es como el esquema.

Mientras realizaba la prueba, toqué el cable de señal y provocó que el MOSFET se encendiera, pero se puso extremadamente caliente en solo medio segundo de tiempo.

Ahora me preocupa que haya una pequeña falla en el circuito del controlador, por ejemplo. Si se desconecta la MCU y el cable de señal de alguna manera toma un pequeño voltaje, se amplificará en la puerta MOSFET, causando una fusión en solo un corto período de tiempo. ¿Podría esto iniciar un incendio? ¿O el dispositivo simplemente no se cerrará?

Idealmente, el circuito ni siquiera permitiría que el MOSFET operara en una parte de alta resistencia del modo lineal. ¿Puedo mejorar mi circuito para evitar voltajes de compuerta menores a, por ejemplo, 4V? ¿Hay alguna forma en que pueda detectar / prevenir el sobrecalentamiento (además de una configuración complicada de sensores)?

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

ACTUALIZACIÓN: desplegable en la señal La adición de un desplegable de 10k en la base de los BJT hizo que el ruido ya no activara el MOSFET.

PREGUNTA: Sin embargo, en realidad no respondía al núcleo de mi pregunta, que es más porque me preocupan las situaciones en las que un MOSFET se puede encender ligeramente, pero puede conducir, causando un calor extremo y, en consecuencia, potencialmente iniciar un incendio. No puedo usar un fusible, ya que el problema no es sobreintensidad. Tal vez un fusible térmico montado en el MOSFET, pero eso parece bastante poco ortodoxo. ¿No es un problema que estoy pensando demasiado?

    
pregunta user95482301

4 respuestas

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Una forma sencilla, modular y robusta de obtener un mejor comportamiento de un circuito cuando la entrada está en un estado no válido es colocar un Schmitt trigger entre la entrada expuesta y el controlador. Se garantiza (casi) que un disparador Schmitt produce una lógica alta o una lógica baja incluso si la entrada está en un nivel intermedio no válido, débil o flotante.

  • Tenga en cuenta que el controlador MOSFET integrado que la respuesta de anrieff mencionó tiene un disparador interno Schmitt en su entrada lógica (denotada por el ⎎ símbolo).

  • Si su circuito existente es adecuado en el trabajo real de conducir el MOSFET cuando la entrada es de 0 V o 5 V según lo previsto, entonces puede agregar un disparador Schmitt en forma de inversor, búfer o otra puerta lógica que tiene una entrada de activación Schmitt, que precede a su circuito de conducción.

  • Como un ejemplo adicional de su uso, los activadores de Schmitt también se usan comúnmente en las entradas del microcontrolador para proteger la lógica interna: las puertas lógicas comunes pueden comportarse mal, e incluso generar una corriente excesiva y sobrecalentarse, cuando la entrada no es válida, mientras que un disparador Schmitt convierte una señal no válida en alguna señal válida.

Otro peligro específico para la conducción de MOSFET (o cualquier transistor de potencia) que no se resuelve simplemente usando un disparador Schmitt es si la entrada le está ordenando al conductor que se encienda y apague rápidamente (ya sea que es deliberado, como en la unidad PWM, o ruido accidental). Luego, el MOSFET pasará más tiempo en medio de la conmutación, y así disipará más potencia. Para reducir esto, debe evitar las transiciones frecuentes que llegan al conductor (probablemente la mejor opción, si es que se necesita, en su aplicación, ya que sus cargas podrían estar descontentas) o asegurarse de que el controlador cambie muy rápido (tiempo de subida / baja) .

    
respondido por el Kevin Reid
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Puede usar controladores MOSFET dedicados como el TC4424. Puede usar esos en lugar de su par Q1 / Q2. También hay MOSFET con protección de temperatura integrada.

    
respondido por el anrieff
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No estoy seguro de que su FET haya sido en modo lineal, también podría haber estado oscilando. Esto puede suceder fácilmente cuando la unidad de puerta tiene inductancia (es decir, un cable de 10 cm).

Recomendaría una resistencia de compuerta de 50 ohmios para evitar esto. Para su próxima placa, es mejor colocar los controladores justo al lado de los MOSFET.

Para la conmutación de baja frecuencia, no es necesaria una corriente de activación de puerta alta, ya que las pérdidas de conmutación serán muy bajas de todos modos. El cambio lento (1µs, no 10ns) es mejor, ya que irradiará menos EMI.

Si sus FET son de nivel lógico, también puede usar puertas lógicas de 74HC como controladores.

    
respondido por el peufeu
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Creo que algo tan simple como una resistencia desplegable en el BJT resolverá este problema al proporcionar un nivel de voltaje bien definido incluso cuando el pin de la MCU tenga una alta impedancia o el cable se abra o se desconecte. Sugiero probar como una resistencia desplegable de 10K y probarlo antes de intentar soluciones más complejas.

La respuesta a su pregunta es que evitar que el MOSFET funcione en la región lineal es el trabajo de su circuito de conducción. Como ingeniero, debe diseñar y probar su circuito de conducción MOSFET para operar el MOSFET fuera de la región lineal tanto como sea posible mientras hace malabarismos con todas las demás compensaciones. En su caso, encontró una falla en la conducción de circuitos porque en algunas circunstancias su entrada no estaba en un estado bien definido. Si estaba pensando en hacer que su dispositivo sea más seguro, entonces puede comenzar a mirar los interruptores de límite térmico, el sensor de temperatura, los dispositivos más blandos que tienen protección térmica heredada incorporada, etc. Tal vez incluso algo tan simple como el calentamiento adecuado del hundimiento utilizando la PCB cobre sea bueno suficiente para mantener el dispositivo fresco incluso en la región lineal. Todo depende de su aplicación y sus requisitos

    
respondido por el Kvegaoro

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