Estou trabalhando em um circuito de proteção de polaridade reversa, semelhante ao da Figura 2 do SLVA139: Circuitos de proteção de corrente reversa / bateria . Aqui está o meu circuito:
Meu caso é um pouco mais complexo devido à possível tensão de entrada que varia de 5-40V. A maioria dos MOSFETs parece ter uma voltagem máxima da fonte da porta V GS de 20V, então eu preciso do grampo Zener na porta (ou um FET muito grande / caro). A corrente máxima de entrada será de cerca de 6A.
O que eu quero saber é que características FET realmente importam nessa configuração? Eu sei que definitivamente quero uma tensão de ruptura BV- DSS da fonte de drenagem alta o suficiente para lidar com a tensão de entrada completa na condição de polaridade reversa. Também tenho certeza de que quero minimizar o R DS (ativado) para não introduzir impedância no circuito de aterramento. Fairchild AN-9010: MOSFET Basics tem a dizer sobre operação na região Ohmic:
"Se a tensão de drenagem para a fonte for zero, a corrente de drenagem também se tornará zero, independentemente da tensão entre a porta e a fonte. Esta região está no lado esquerdo da linha de fronteira V GS - V GS (th) = V DS ( V GS - V GS (th) > V DS > 0). Mesmo que a corrente de drenagem seja muito grande, nessa região a dissipação de energia é mantida minimizando V DS (ativado) . "
Essa configuração se enquadra na classificação V DS = 0? Isso parece uma suposição um tanto perigosa de se fazer em um ambiente barulhento (isso estará operando nas proximidades de vários tipos de motores), pois qualquer compensação de tensão entre o aterramento da fonte de entrada e o local pode causar o fluxo da corrente. Mesmo com essa possibilidade, não tenho certeza se preciso especificar minha corrente de carga máxima na corrente de drenagem ID . Daí resulta que eu também não preciso dissipar muita energia. Suponho que eu poderia atenuar o problema apertando o Zener V GS mais perto do V GS (th) para reduzir a corrente / tensão do dreno?
Estou no caminho certo com isso ou estou perdendo alguns detalhes críticos que farão um pequeno MOSFET explodir na minha cara?
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Mtecla e pressioneRquando necessário ..Respostas:
O uso de um MOSFET para proteção de tensão reversa é muito direto.
Algumas de suas referências estão corretas, mas de baixa relevância e tendem a tornar o problema mais complexo do que é. Os principais requisitos (que você essencialmente já identificou) são
O MOSFET deve ter classificação Vds_max suficiente para a tensão máxima aplicada
Classificação do MOSFET Ids_max mais que suficiente
Rdson o mais baixo possível.
Vgs_max não excedido no circuito final.
Dissipação de energia, conforme instalada, capaz de manipular sensivelmente a energia operacional de I_operating ^ 2 x Rdson_actual
A dissipação de energia, conforme instalada, é capaz de lidar com ligar e desligar regiões de dissipação mais altas.
Portão acionado até o corte "rápido o suficiente" no circuito do mundo real.
(Na pior das hipóteses - aplique Vin corretamente e depois inverta-o instantaneamente. O corte é rápido o suficiente?)
Na prática, isso é facilmente alcançado na maioria dos casos.
Vin tem pouco efeito na dissipação operacional.
Rdson precisa ser classificado como pior caso passível de experiência na prática. Cerca de 2 x Rdson com as manchetes geralmente são seguros OU examine cuidadosamente as folhas de dados. Use classificações de pior caso - NÃO use classificações típicas.
A ativação pode ser lenta, se desejado, mas observe que a dissipação precisa ser permitida.
O desligamento sob polaridade reversa deve ser rápido para permitir a aplicação repentina de proteção.
O que é o Iin max?
Você não diz o que é I_in_max e isso faz muita diferença na prática.
Você citou:
e
Observe que esses são pensamentos relativamente independentes do escritor. O primeiro é essencialmente irrelevante para esta aplicação.
O segundo simplesmente diz que um baixo FET Rdson é uma boa idéia.
Você disse:
Muito pensamento :-).
Quando Vin estiver OK, ative o FET o mais rápido possível.
Agora Vds é o mais baixo possível e é definido por Ids ^ 2 x Rdson
Ids = sua corrente de circuito.
A 25C, o ambiente Rds começará no valor citado em 25C na folha de especificações e aumentará se / como o FET aquecer. Na maioria dos casos, o FET não aquece muito.
por exemplo, 1 20 miliOhm FET a 1 amp fornece aquecimento de 20 mW. O aumento da temperatura é muito baixo em qualquer pacote sensato com dissipação de calor mínima. Em 10A, a dissipação = 10 ^ 2 x 0,020 = 2 Watts. Isso precisará de um pacote DPAk ou TO220 ou SOT89 ou melhor e um dissipador de calor sensível. A temperatura da matriz pode estar na faixa de 50 a 100 ° C e o Rdson aumentará acima do valor nominal de 25 ° C. Na pior das hipóteses, você pode obter, digamos, 40 milliOhm e 4 Watts. Isso ainda é fácil de projetar.
Adicionado: usando o 6A max que você forneceu posteriormente.
PFet = I ^ 2.R. R = P / i ^ 2.
Para uma dissipação máxima de 1 Watt, você deseja Rdson = P / i ^ 2 = 1/36 ~ = 25 miliohm.
Muito facilmente alcançado.
A 10 miliohm P = I ^ 2.R = 36 x 0,01 = 0,36W.
A 360 mW, um TO220 estará quente, mas não quente, sem dissipador de calor, mas com bom fluxo de ar. Um traço do dissipador de calor da bandeira o manterá feliz.
A seguir, estão todos abaixo de US $ 1,40 / 1 e em estoque na Digikey.
LFPACK 60V 90A 6,4 milliohm !!!!!!!!!!!
TO252 70V 90A 8 milliohm
TO220 60V 50A 8,1 milhões de hm
Você disse:
Não!
Melhor guardado para o final :-).
Este é exatamente o oposto do que é necessário.
Seu protetor precisa ter um impacto mínimo no circuito controlado.
O exposto acima tem um impacto mjaximum e aumenta a dissipação do protetor sobre o que pode ser alcançado usando um Rdson FET sensivelmente baixo e ativando-o com força.
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