MOSFET'ler Nasıl Korunur - Açıklanan Temel Bilgiler

Bu yazıda, doğru PCB yerleşimi ile ilgili bazı temel yönergeleri izleyerek ve bu hassas cihazların dikkatli bir şekilde elle tutulmasını sağlayarak, mosfetlerin nasıl korunacağını ve elektronik devrelerde mosfet yanmasının nasıl önleneceğini kapsamlı bir şekilde öğreniyoruz.

Giriş

Her şeyi doğru bir şekilde bağladıktan sonra bile devrenizdeki mosfetlerin SICAK olduğunu ve dakikalar içinde patladığını görürsünüz. Bu, mosfet tabanlı devreleri, özellikle de yüksek frekansları içeren devreleri tasarlarken ve optimize ederken, çoğu yeni ve deneyimli hobicinin karşılaştığı oldukça yaygın bir sorundur.

Açıkçası, tüm parçaları verilen ayrıntılara göre doğru bir şekilde bağlamak, diğer sorunları üstlenmeden önce kontrol edilmesi ve onaylanması gereken en önemli şeydir, çünkü temel şeyler kesinlikle doğru konulmadıkça, devrenizdeki diğer gizli hataları izlemek anlamsız olacaktır. .

Temel Mosfet koruma uygulaması, özellikle birçok kHz mertebesinde yüksek frekanslar içeren devrelerde kritik hale gelir. Bunun nedeni, yüksek frekans uygulamalarının, ilgili anahtarlama ile doğrudan veya dolaylı olarak ilişkili tüm kriterlerin verimli bir şekilde uygulanmasını gerektiren cihazların hızlı (ns dahilinde) AÇIK ve KAPALI duruma getirilmesini gerektirmesidir.

Peki, mosfetlerin yanlış veya verimsiz geçişine neden olan ana engeller nelerdir, aşağıdaki noktalarla mosfetlerin nasıl korunacağını kapsamlı bir şekilde öğrenelim.

Kaçak Endüktanstan Kurtulun:

Kuyruktaki en yaygın ve ana hata, devre izleri içinde gizlenmiş olabilecek başıboş endüktandır. Anahtarlama frekansı ve akımı yüksek olduğunda, PCB yolu olan bağlantı yolunda en ufak bir gereksiz artış bile birbirine bağlı endüktansa neden olabilir ve bu da verimsiz iletim, geçişler ve sivri uçlar nedeniyle mosfet davranışını büyük ölçüde etkileyebilir.

Bu sorundan kurtulmak için, yolları daha geniş tutmanız ve cihazları birbirine ve ilgili mosfetleri sürmek için kullanılan IC sürücüsüne MÜMKÜN OLDUĞU KADAR YAKIN tutmanız şiddetle tavsiye edilir.

Bu nedenle SMD tercih edilir ve bileşenler arasında çapraz endüktansı ortadan kaldırmanın en iyi yoludur, ayrıca çift taraflı PCB kullanımı, bileşenler arasındaki kısa 'delikten baskılı' bağlantılar nedeniyle sorunun kontrol edilmesine yardımcı olur.

Mosfetlerin ayakta yüksekliği bile, kurşun PCB'ye mümkün olduğunca derine sokularak minimuma indirilmelidir, SMD kullanmak muhtemelen en iyi seçenektir.

Hepimiz, mosfetlerin, cihazın çalışmasını sağlamak için şarj ve deşarj gerektiren dahili kapasitörler içerdiğini biliyoruz.

Temel olarak bu kapasitörler kapı / kaynak ve kapı / drenaj boyunca bağlanır. Mosfetler, doğrudan verimliliği ile ilgili olduğundan, kapasitansının uzun süreli gecikmeli şarj ve deşarjını 'sevmez'.

Mosfetleri doğrudan bir mantık kaynağı çıkışına bağlamak, bu sorunu çözebilir, çünkü mantık kaynağı, kapasitansı Vcc'den hızla sıfıra kolayca değiştirip batırabilir ve bunun tersi, yolunda herhangi bir engel olmaması nedeniyle de geçerlidir.

Bununla birlikte, yukarıdaki düşüncenin uygulanması, drenaj / kaynak boyunca ani yüksek akım geçişi nedeniyle mosfet'i üretilen ani artışlara karşı savunmasız kılan, drenaj ve kapı boyunca tehlikeli genliklere sahip geçici akımların ve negatif ani yükselmelerin oluşmasına da yol açabilir.

Bu, mosfet'in bölümleri arasındaki silikon ayrımını kolayca kırarak cihazın içinde kısa devre oluşturabilir ve cihaza kalıcı olarak zarar verebilir.

Kapı Direncinin Önemi:

Yukarıdaki sorundan kurtulmak için, mantık girişi ve mosfet geçidi ile seri olarak düşük değerli direnç kullanılması önerilir.

Nispeten daha düşük frekanslarda (50 Hz ila 1 kHz), değer 100 ila 470 ohm arasında herhangi bir yerde olabilirken, bunun üzerindeki frekanslar için değer 100 ohm içinde olabilir, çok daha yüksek frekanslar için (10 kHz ve üzeri) bu, 50 ohm'u geçmemelidir. .

Yukarıdaki husus, dahili kapasitörlerin üssel olarak yüklenmesine veya kademeli olarak yüklenmesine izin vererek, boşaltma / kapı pimleri boyunca negatif ani yükselme olasılığını azaltır veya köreltir.

Ters Diyotların Kullanılması:

Yukarıdaki değerlendirmede, kapı kapasitansının üssel olarak yüklenmesi, ani yükselme olasılığını azaltır, ancak bu aynı zamanda, mantık girişinin yolundaki direnç nedeniyle, mantıksal sıfıra her geçtiğinde ilgili kapasitansın boşaltılmasının gecikeceği anlamına gelir. Boşaltmanın gecikmesine neden olmak, mosfet'i stresli koşullar altında hareket etmeye zorlamak anlamına gelir ve gereksiz yere daha sıcak hale getirir.

Kapı direncine paralel bir ters diyotun dahil edilmesi her zaman iyi bir uygulamadır ve diyottan mantık girişine kapı deşarjı için sürekli bir yol sağlayarak geçidin gecikmeli deşarjının üstesinden gelir.

Mosfetlerin doğru uygulanmasına ilişkin yukarıda belirtilen noktalar, mosfetleri gizemli arızalardan ve yanmalardan korumak için herhangi bir devreye kolayca dahil edilebilir.

Yarım köprü veya tam köprü mosfet sürücü devreleri gibi karmaşık uygulamalarda bile bazı ek önerilen korumalar ile birlikte.

Kapı ve Kaynak Arasında Direnç Kullanma

Önceki görüntülerde bu eki belirtmemiş olsak da, mosfet'i her koşulda patlamadan korumak için şiddetle tavsiye edilir.

Peki, kapı / kaynak boyunca bir direnç nasıl garantili bir koruma sağlar?

Normalde mosfetler, bir anahtarlama gerilimi uygulandığında kilitlenme eğilimindedir, bu mandallama etkisinin geri döndürülmesi bazen zor olabilir ve zıt bir anahtarlama akımı uygulandığında çok geç kalır.

Bahsedilen direnç, anahtarlama sinyali kaldırılır kaldırılmaz mosfet'in hızlı bir şekilde KAPALI konuma gelmesini ve olası bir hasarı önleyebilmesini sağlar.

Bu direnç değeri 1K ile 10K arasında herhangi bir yerde olabilir, ancak daha düşük değerler daha iyi ve daha etkili sonuçlar sağlayacaktır.

Çığ Koruması

MOSFET'ler, iç gövde diyotlarındaki aşırı voltaj koşulları nedeniyle bağlantı sıcaklığı aniden tolere edilebilir sınırın üzerine çıkarsa hasar görebilir. Bu olay, MOSFET'lerde çığ olarak adlandırılır.

Cihazın drenaj tarafında endüktif bir yük kullanıldığında ve MOSFET KAPALI dönemlerinde, indüktörün MOSFET gövde diyotundan geçen ters EMF'si çok yüksek hale geldiğinde, MOSFET bağlantı sıcaklıklarında ani bir artışa neden olduğunda sorun ortaya çıkabilir ve arızası.

MOSFET'lerin boşaltma / kaynak terminallerine harici bir yüksek güçlü diyot eklenerek sorun çözülebilir, böylece ters akım diyotlar arasında paylaşılır ve aşırı ısı oluşumu ortadan kaldırılır.

H-Köprü Devrelerindeki Mosfetleri Yanmadan Koruma

Yukarıdakilere ek olarak IR2110 gibi bir sürücü IC içeren tam bir köprü sürücü devresi kullanırken, aşağıdaki hususlar göz önünde bulundurulmalıdır (bunu yakında gelecek makalelerimden birinde ayrıntılı olarak tartışacağım)

• Sürücü IC besleme pin çıkışlarına yakın bir dekuplaj kondansatörü ekleyin, bu, dahili besleme pinleri boyunca anahtarlama geçişlerini azaltacak ve bu da mosfet kapılarına doğal olmayan çıkış mantığını önleyecektir.
• Önyükleme kapasitörü için her zaman yüksek kaliteli düşük ESD, düşük sızıntı tipi kapasitörler kullanın ve muhtemelen birkaçını paralel olarak kullanın. Veri sayfasında verilen önerilen değer dahilinde kullanın.
• Dört mosfet ara bağlantısını her zaman birbirine mümkün olduğunca yakın bağlayın. Yukarıda açıklandığı gibi bu, mosfetlerde başıboş endüktansı azaltacaktır.
• VE, yüksek taraf pozitif (VDD) ve düşük taraf toprağı (VSS) boyunca nispeten büyük değerli bir kapasitör bağlayın, bu, bağlantıların etrafında gizlenebilecek tüm kaçak endüktansı etkili bir şekilde topraklayacaktır.
• VSS'yi, mosfet alçak taraf topraklamasını ve mantık giriş topraklamasını bir araya getirin ve besleme terminaline tek bir ortak kalın zeminde sonlandırın.
• Son olarak, gizli ara bağlantılardan ve kısa devrelerden kaçınmak için lehim akısının olası tüm izlerini gidermek için tahtayı aseton veya benzeri bir anti-flux ajanla iyice yıkayın.

Mosfetleri Aşırı Isınmadan Koruma

Aydınlatma dimmerleri genellikle MOSFET arızalarından muzdariptir. Düşük sıcaklıklı AC endüstriyel uygulamalarında kullanılan çoğu dimmer kapalıdır ve genellikle duvara gömülüdür. Bu, ısı dağılımı sorunlarına neden olabilir ve ısının artmasına neden olarak termal bir olaya yol açabilir. Genellikle, aydınlatma dimmer devreleri için kullanılan MOSFET 'dirençli modda' başarısız olur.

TE Connectivity'den yeniden akabilen bir termal koruma veya RTP, düşük sıcaklıklı AC uygulamalarındaki MOSFET arızasına bir yanıt sağlar.

Bu cihaz, MOSFET'in normal çalışma sıcaklıklarında düşük değerli bir direnç gibi davranır. Neredeyse doğrudan MOSFET'e monte edilir ve bu nedenle sıcaklığı hassas bir şekilde algılayabilir. Herhangi bir nedenle, MOSFET yüksek bir sıcaklık durumuna sürüklenirse, bu RTP tarafından algılanır ve önceden tanımlanmış bir sıcaklıkta, RTP yüksek değerli bir dirence dönüşür.

Bu, MOSFET'e giden gücü etkili bir şekilde keserek onu yok edilmekten kurtarır. Bu nedenle, daha düşük fiyatlı bir direnç, daha pahalı bir MOSFET'i kurtarmak için kendini feda eder. Benzer bir analoji, daha karmaşık devreyi (örneğin bir televizyon) korumak için bir sigortanın (düşük değerli malzeme) kullanılması olabilir.

TE Connectivity'den RTP'nin en ilginç yönlerinden biri, 260ºC'ye kadar muazzam sıcaklıklara dayanabilmesidir. Direnç değişikliği (MOSFET'i korumak için) genellikle 140ºC civarında meydana geldiğinden, bu şaşırtıcıdır.

Bu mucizevi başarı, TE Connectivity'nin yenilikçi tasarımıyla gerçekleştirilir. MOSFET'i korumaya başlamadan önce RTP'nin etkinleştirilmesi gerekir. RTP'nin elektronik aktivasyonu, akış lehimleme (ekleme) tamamlandıktan sonra gerçekleşir. Her bir RTP, belirli bir süre için RTP'nin kurma pimi aracılığıyla belirli bir akım gönderilerek ayrı ayrı kurulmalıdır.

Zaman-akım özellikleri, RTP'nin özelliklerinin bir parçasıdır. Silahlandırılmadan önce, RTP direncinin değeri belirtilen özellikleri izleyecektir. Ancak, bir kez kurulduğunda, kurma pimi elektriksel olarak açılacak ve daha fazla değişiklik yapılmasını önleyecektir.

PCB üzerinde MOSFET ve RTP tasarlanırken ve monte edilirken TE Connectivity tarafından belirtilen yerleşimin takip edilmesi çok önemlidir. RTP'nin MOSFET'in sıcaklığını algılaması gerektiğinden, doğal olarak ikisinin birbirine yakın kalması gerektiği sonucu çıkar.

RTP direnci, MOSFET'in sıcaklığı 135-145ºC arasında olabilen RTP'nin Açık Sıcaklığının altında kaldığı sürece, MOSFET üzerinden 120V AC'de 80A'ya kadar akıma izin verecektir.