La mejor manera de proteger un MOSFET de sobrecorriente

Este es un problema cuando se utiliza algo como una MCU para controlar un dispositivo que existe en el borde de la explosión, según el tiempo, ya que la MCU puede bloquearse desde EMI o lo que sea (incluso cuando el firmware funciona perfectamente) y destruir el MOSFET y / o el transformador. Los circuitos basados en hardware son un problema menor.

Un temporizador de vigilancia normal puede ser insuficiente para proteger el MOSFET. Durante el desarrollo, podría manipular algo (como un disparo único y una puerta) que limitaría el tiempo de funcionamiento del MOSFET, pero probablemente no sea práctico para un circuito de producción.

He utilizado las características no lineales de una bombilla de tungsteno como resistencia en serie durante el desarrollo. Dependiendo de las corrientes reales involucradas, es posible que pueda usar una lámpara de automóvil incandescente (lámpara interior, luz de freno o incluso un faro) como resistencia de serie PTC (coeficiente de temperatura positivo) durante el desarrollo. Si la luz se ilumina, tienes un problema.

[resumen: planifique responder a sobrecorriente en 1.16 microsegundos]

La constante de tiempo térmica de un metro cúbico de silicio es de 11,600 segundos (la inversa de la difusión térmica), calculada multiplicando el calor específico de un metro cúbico con la resistencia térmica de un metro cúbico.

La constante de tiempo térmica de 0.1 metro cúbico (4 "en un lado) es 100 veces más rápida, a 11600/100 o 116 segundos.

La constante de tiempo térmica de 0.01 m (1 centímetro o 0.4 pulgadas) es otro factor de 100 veces más rápido, a 11600/10000 = 1.6 segundos.

Este tamaño --- 1 cm --- es mucho más grande que la profundidad de unión de un MOSFET. Que encapsuló el canal donde se genera el calor, y variará según el diseño físico del MOSFET.

La parte activa del FET será de aproximadamente 100 micrones, por lo que el calor se puede descargar fácilmente en una TABLA DE COBRE y retirarse del paquete.

Ahora tenemos un tamaño que podemos calcular con ------ 100 micrones, o 0.1 miliMetros de profundidad.

¿Cuál es la constante de tiempo térmica de 100 micrones?

Ese ---- 100 micrones ---- es 10 * 10 más delgado que nuestros números anteriores a 1 cm, por lo que la constante de tiempo térmica es

11600 / (100 * 100 * 100 * 100) = 11600 / 100,000,000

== 11600 seg. no (esto es para 1 metro cúbico)

== 116 seg. no (esto es para 0.1 metro cúbico)

== 1.16 seg. no (esto es para un cubo de 1 cm)

== 0.0116 seg. no (esto es para un cubo de 1 mm)

== 0.000116 seg. SÍ (esto, 116 microsegundos, es para un cubo de 100 micrones)

Por lo tanto, su circuito de protección debe estar POR LO MENOS ESTE RÁPIDO.

Sin embargo, algunos FET utilizan solo los 10 micrones superiores para la acción de FET, y usted necesita proteger esa región de 10 micrones del sobrecalentamiento, protegiendo en 1.16 microsegundos.

Por lo tanto, en resumen, debe apuntar a un tiempo de respuesta de 1.16 microsegundos.

Los PTC y los fusibles no protegerán a los MOSFET de manera confiable, como indica la respuesta de analogsystemsrf, los semiconductores se pueden destruir muy rápidamente.

Lo mejor que puedes hacer es monitorear la corriente a través del MOSFET y apagarlo si la corriente comienza a salir del área que identificaste como segura. Hay un par de formas de implementar esta función limitante actual.

Lo más simple y probablemente más confiable es usar un IC que tenga una limitación de corriente incorporada para controlar su convertidor de conmutación. Si necesita tener ese convertidor de conmutación controlado por una MCU (es decir, para cambiar el punto de ajuste de voltaje), esto es a menudo posible mediante la polarización de un nodo de realimentación o dirigiendo un amplificador de error con un voltaje externo.

Si realmente necesita tener la señal PWM bajo el control de la MCU, entonces podría encontrar un IC de interruptor protegido adecuado, que es esencialmente un MOSFET con un controlador incorporado, detección de corriente y otras características de protección integradas. -en. Algunos de estos incluso están disponibles en paquetes MOSFET estándar, lo que los convierte en reemplazos directos para transistores estándar. Sin embargo, es posible que tenga dificultades para encontrar un dispositivo que sea adecuado para su uso en un convertidor de conmutación.

Una solución un poco más compleja es usar un comparador externo para deshabilitar la señal PWM cuando se excede el umbral actual. Esto se puede implementar de forma tal que el comparador limite el tiempo de encendido para darle un modo de operación limitado en la corriente, o para que el comparador retenga la señal PWM y apague el convertidor por completo. Muchas MCU modernas tienen unidades PWM sofisticadas con entradas de fallas externas que pueden usarse para implementar cualquiera de los dos esquemas dentro del mismo periférico (lo que significa que su firmware está descolgado para proteger el MOSFET, ¡lo cual es bueno!). Muchas MCU también tienen comparadores incorporados, que pueden permitirle implementar esta estrategia simplemente agregando una resistencia sensorial actual (especialmente si la MCU tiene un DAC que puede usar para el otro lado del comparador).

Excepto por algunos controladores de conmutación e interruptores protegidos que utilizan la resistencia del MOSFET para medir la corriente, cualquier esquema de limitación de corriente requerirá una resistencia de detección de corriente externa, lo que usted menciona puede ser difícil dadas sus limitaciones de espacio. La selección de la resistencia depende realmente del rango de corriente, y las corrientes más bajas son, por supuesto, más fáciles de manejar, ya que significan menos disipación de potencia para un rango de voltaje de salida de detección determinado. Tendría que examinar cuidadosamente las especificaciones de su comparador y observar detenidamente su diseño para ver realmente cuán bajo puede llegar en términos de resistencia sensorial.