Neste post, aprendemos de forma abrangente como proteger mosfets e evitar a queima de mosfets em circuitos eletrônicos, seguindo algumas diretrizes básicas relacionadas ao layout correto do PCB e ao manuseio manual cuidadoso desses dispositivos sensíveis.
Introdução
Mesmo depois de conectar tudo corretamente, você encontra os mosfets em seu circuito ficando QUENTES e explodindo em poucos minutos. Este é um problema bastante comum enfrentado pela maioria dos amadores novos e experientes ao projetar e otimizar circuitos baseados em mosfet, especialmente aqueles que envolvem altas frequências.
Obviamente, conectar todas as partes corretamente de acordo com os detalhes fornecidos é a principal coisa que precisa ser verificada e confirmada antes de assumir outros problemas, porque, a menos que as coisas fundamentais sejam absolutamente corretas, não faria sentido rastrear os outros bugs ocultos em seu circuito .
A aplicação básica de proteção Mosfet torna-se crítica especificamente naqueles circuitos que envolvem altas frequências na ordem de muitos kHz. Isso ocorre porque as aplicações de alta frequência exigem um rápido (dentro de ns) ligar e desligar os dispositivos, o que, por sua vez, exige a implementação eficiente de todos os critérios associados direta ou indiretamente à comutação em questão.
Então, quais são os principais obstáculos que causam comutação inadequada ou ineficiente dos mosfets, vamos aprender de forma abrangente como proteger mosfets com os seguintes pontos.
Livrar-se da indutância perdida:
O bug mais comum e principal no que é a indutância perdida que pode estar escondida dentro dos trilhos do circuito. Quando a frequência e a corrente de comutação são altas, mesmo um pequeno aumento desnecessário no caminho de conexão que é a trilha da placa de circuito impresso pode resultar em indutância interligada que, por sua vez, pode afetar drasticamente o comportamento do mosfet devido à condução ineficiente, transientes e picos.
Para se livrar desse problema, é altamente recomendável manter as faixas mais largas e manter os dispositivos O MAIS PRÓXIMOS POSSÍVEL uns dos outros e do driver IC que está sendo usado para acionar os respectivos mosfets.
É por isso que o SMD é preferido e é a melhor maneira de eliminar a indutância cruzada entre os componentes, também o uso de PCB de dupla face ajuda a controlar o problema devido às suas conexões curtas “impressas através do orifício” entre os componentes.
Mesmo a altura em pé dos mosfets deve ser reduzida ao mínimo inserindo o chumbo o mais fundo possível no PCB, usando SMD é provavelmente a melhor opção.
Todos nós sabemos que os mosfets incluem capacitores embutidos que exigem carga e descarga para fazer o dispositivo conduzir.
Basicamente, esses capacitores são conectados através da porta/fonte e porta/dreno. Os mosfets “não gostam” de carregamento e descarregamento prolongados e atrasados de sua capacitância, pois estes estão diretamente relacionados à sua eficiência.
Conectar os mosfets diretamente a uma saída de fonte lógica pode parecer resolver esse problema, porque a fonte lógica facilmente comutaria e diminuiria a capacitância de Vcc para zero rapidamente e vice-versa devido à ausência de qualquer obstáculo em seu caminho.
No entanto, a implementação da consideração acima também pode levar à geração de transientes e picos negativos com amplitudes perigosas no dreno e no portão, tornando o mosfet vulnerável aos picos gerados devido à comutação repentina de alta corrente no dreno/fonte.
Isso poderia facilmente quebrar a separação de silício entre as seções do mosfet, causando um curto-circuito dentro do dispositivo e danificando-o permanentemente.
Importância da resistência do portão:
Para se livrar do problema acima, é recomendável usar resistor de baixo valor em série com a entrada lógica e a porta mosfet.
Com frequências relativamente mais baixas (50 Hz a 1kHz), o valor pode estar em qualquer lugar entre 100 e 470 ohms, enquanto para frequências acima disso o valor pode estar dentro de 100 ohms, para frequências muito mais altas (10kHz e acima) isso não deve exceder 50 ohms .
A consideração acima permite o carregamento exponencial ou carregamento gradual dos capacitores internos, reduzindo ou atenuando as chances de picos negativos nos pinos de dreno/portão.
Usando diodos reversos:
Na consideração acima, um carregamento exponencial da capacitância da porta reduz as chances de picos, mas isso também significa que a descarga da capacitância envolvida seria atrasada devido à resistência no caminho da entrada lógica, toda vez que ela muda para zero lógico. Causar uma descarga atrasada significaria forçar o mosfet a conduzir sob condições estressantes, tornando-o desnecessariamente mais quente.
Incluir um diodo reverso em paralelo com o resistor de porta é sempre uma boa prática e simplesmente aborda a descarga atrasada da porta fornecendo um caminho contínuo para a descarga da porta através do diodo e na entrada lógica.
Os pontos acima mencionados sobre a implementação correta de mosfets podem ser facilmente incluídos em qualquer circuito para proteger os mosfets de falhas misteriosas e queima.
Mesmo em aplicações complicadas, como circuitos de driver de mosfet de meia ponte ou ponte completa, juntamente com algumas proteções adicionais recomendadas.
Usando um resistor entre o portão e a fonte
Embora não tenhamos indicado essa inclusão nas imagens anteriores, isso é altamente recomendado para proteger o mosfet de explodir em todas as circunstâncias.
Então, como um resistor através da porta/fonte fornece uma proteção garantida?
Bem, normalmente os mosfets têm a tendência de travar sempre que uma tensão de comutação é aplicada, esse efeito de travamento às vezes pode ser difícil de reverter e, no momento em que uma corrente de comutação oposta é aplicada, já é tarde demais.
O resistor mencionado garante que, assim que o sinal de comutação for removido, o mosfet seja capaz de desligar rapidamente e evitar um possível dano.
Este valor de resistor pode estar em qualquer lugar entre 1K e 10K, porém valores mais baixos forneceriam resultados melhores e mais eficazes.
Proteção contra avalanches
Os MOSFETs podem ser danificados se a temperatura da junção aumentar repentinamente além do limite tolerável devido a condições de sobretensão em seus diodos internos do corpo. Esta ocorrência é denominada como avalanche em MOSFETs.
O problema pode surgir quando uma carga indutiva é usada no lado do dreno do dispositivo e, durante os períodos de desligamento do MOSFET, a EMF reversa do indutor que passa pelo diodo do corpo do MOSFET fica muito alta, causando um aumento repentino nas temperaturas da junção do MOSFET e sua ruptura.
O problema pode ser resolvido adicionando um diodo externo de alta potência nos terminais de dreno/fonte dos MOSFETs, de modo que a corrente reversa seja compartilhada entre os diodos e a geração de calor em excesso seja eliminada.
Protegendo Mosfets em Circuitos H-Bridge de Queimaduras
Ao usar um circuito de driver de ponte completo envolvendo um IC de driver, como o IR2110, além do acima, os seguintes aspectos devem ser entediados em mente (discutirei isso em detalhes em um dos meus próximos artigos em breve)
- Adicione um capacitor de desacoplamento próximo às pinagens de alimentação do IC do driver, isso reduzirá os transitórios de comutação nas pinagens de alimentação internas, o que, por sua vez, impedirá uma lógica de saída não natural para as portas mosfet.
- Sempre use capacitores de baixo ESD de alta qualidade e baixo vazamento para o capacitor de bootstrap e possivelmente use alguns deles em paralelo. Use dentro do valor recomendado fornecido na folha de dados.
- Sempre conecte os quatro interlinks do mosfet o mais próximo possível um do outro. Como explicado acima, isso reduzirá a indutância perdida nos mosfets.
- E, conecte um capacitor de valor relativamente grande entre o positivo do lado alto (VDD) e o terra do lado baixo (VSS), isso aterrará efetivamente todas as indutâncias parasitas que possam estar escondidas ao redor das conexões.
- Junte o VSS, o aterramento do lado baixo do mosfet e o aterramento de entrada lógica todos juntos e termine em um único aterramento comum para o terminal de alimentação.
- Por último, mas não menos importante, lave a placa completamente com acetona ou agente anti-fluxo similar para remover todos os possíveis vestígios do fluxo de solda para evitar interconexões ocultas e curtos.
Protegendo os Mosfets do Superaquecimento
Os dimmers de iluminação geralmente sofrem com falhas no MOSFET. A maioria dos dimmers usados em aplicações industriais de CA de baixa temperatura são fechados e geralmente embutidos na parede. Isso pode causar problemas de dissipação de calor e pode resultar em acúmulo de calor – levando a um evento térmico. Normalmente, o MOSFET usado para os circuitos dimmer de iluminação falha no ‘modo resistivo’.
Uma proteção térmica com capacidade de refluxo ou RTP da TE Connectivity fornece uma resposta à falha do MOSFET em aplicações de CA de baixa temperatura.
Este dispositivo atua como um resistor de baixo valor nas temperaturas normais de operação do MOSFET. Ele é montado quase diretamente no MOSFET e, portanto, é capaz de detectar a temperatura com precisão. Se, por qualquer motivo, o MOSFET entrar em uma condição de alta temperatura, isso é detectado pelo RTP e, em uma temperatura predefinida, o RTP se transforma em um resistor de alto valor.
Isso efetivamente corta a energia do MOSFET, salvando-o da destruição. Assim, um resistor de preço mais baixo se sacrifica para economizar um MOSFET mais caro. Uma analogia semelhante poderia ser o uso de um fusível (material de baixo valor) na proteção de circuitos mais complexos (por exemplo, uma televisão).
Um dos aspectos mais interessantes do RTP da TE Connectivity é sua capacidade de suportar enormes temperaturas – até 260ºC. Isso é surpreendente, pois a mudança de resistência (para proteger o MOSFET) geralmente ocorre em torno de 140ºC.
Este feito milagroso é realizado através do design inovador da TE Connectivity. O RTP deve ser ativado antes de começar a proteger o MOSFET. A ativação eletrônica do RTP ocorre após a conclusão da soldagem de fluxo (anexo). Cada RTP deve ser armado individualmente enviando uma corrente especificada através do pino de armar do RTP por um tempo especificado.
As características tempo-corrente fazem parte das especificações do RTP. Antes de ser armado, o valor do resistor do RTP seguirá as características especificadas. No entanto, uma vez armado, o pino de armar ficará eletricamente aberto – evitando mais alterações.
É muito importante que o layout especificado pela TE Connectivity seja seguido ao projetar e montar o MOSFET e o RTP na PCB. Como o RTP precisa detectar a temperatura do MOSFET, segue-se naturalmente que os dois devem permanecer próximos.
A resistência do RTP permitirá até 80A de corrente a 120V AC através do MOSFET desde que a temperatura do MOSFET permaneça abaixo da Temperatura de Abertura do RTP, que pode estar entre 135-145ºC.
Hashtags: #Como #proteger #MOSFETs #Explicação #básico
FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)
Se tiver algum erro coloque nos comentários