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銳駿MOSFET保護電路圖

MOSFET作為一種新型的功率器件,具有開關速度快,內阻低損耗小等優(yōu)點,但是如果使用不當也容易損壞。MOSFET損壞的原因主要有過壓,過流,短路,靜電,過熱,機械損壞等。

 

一.過壓:

MOSFET的過壓主要分為柵源極過壓和漏源極過壓。

1.       柵源極過壓:

MOSFET的柵源極之間允許的電壓(VGSS)都有一個限制,業(yè)界的一般是±20V,銳駿半導體大部分MOS管的柵源極耐壓是±25V,意味著MOSFET的柵源極之間超過這個電壓,MOSFET就有可能擊穿損壞。為了防止柵源極過壓,我們可以采取如下措施:

1.采用12-15V穩(wěn)定的電壓給MOSFET驅動芯片供電;

2.對于無法采用12-15V穩(wěn)定的電壓給MOSFET驅動芯片供電的情況下需要在柵源極之間并聯(lián)15V的穩(wěn)壓管。

 

2.       漏源極過壓

MOSFET的漏源極之間允許的電壓(BVDSS)都有一個限制,意味著MOSFET的漏源極之間超過這個電壓,MOSFET就有可能擊穿損壞。因此在選型的時候我們需要根據(jù)電路的電壓輸入范圍和拓撲結構來選擇MOSFET并留有一定的余量。當然,由于分布參數(shù)和變壓器漏感的影響,在MOSFET的某個工作瞬間往往會瞬間過壓,雖然MOSFET具有抗擊這種瞬間過壓不被損壞的能力,但也不能超過一定的限度,為了電路的安全,我們還是要做好保護措,一般以下幾3種:

1.采用瞬態(tài)二極管的尖峰抑制電路:

  

2.采用RC吸收回路:

 

3.采用RCD吸收回路:

 

二.      過流

MOSFET能承受的的電流和芯片,時間,結溫和電流都有關系,例如銳駿半導體的RU190N08R,芯片在25度時允許通過的電流為ID=190A, 100度許通過的電流為ID=140A,但是這個只是芯片能承受的電流,當然還受封裝的限制,對于TO-220封裝來說,只允許通過75A的電流。如果是瞬間呢,在25度時,在300微秒(沒有超過安全區(qū)域)的脈沖寬度可以通過700AIDP(峰值電流)

在設計選型時我們要根據(jù)的上述電流參數(shù)選擇合適的MOSFET并留有一定的余量,MOSFET過流一般都是由于過流后引起結溫過高而損壞,或者是超過了安全區(qū)域導致耗散功率過大損壞。

常規(guī)的過流保護電路有:

1.采用源極串聯(lián)電流取樣電阻的過流保護電路:由圖中可以看出,U1的電流比較基準是1V,只要R3兩端的壓降超過了1V,U1就關斷PWM停止輸出,從而保護了MOSFET.

 

2.采用電流互感器取樣的過流保護電路:互感器取樣的特點是能過很大的電流而損耗小,但體積比較大。

 

三.短路

短路也可以理解為嚴重的過流,以銳駿半導體的RU190N08為例,我們來看下MOS管的安全區(qū)域:

 

從曲線上可以看出,當VDS=13V時,300A的電流只有1MS的時間耐量。還有規(guī)格書上標明了300US的耐電流是700A,這些都是我們設計短路保護的重要依據(jù)。比如我們設計一個24V的系統(tǒng)采用的就是單顆這個型號的MOSFET,經(jīng)過計算和測量MOSFET回路(包含供電電源的內阻)是20 mΩ,如果不限制短路電流的話,那么短路電流將達到24/20 mΩ=1200A,這個電流有可能使MOSFET在很短的時間內燒毀。所以我們需要快速地檢測MOSFET的電流比如達到300A,快速(幾十到幾百微妙)地關斷它。從而保護了MOSFET的安全。

一種典型的過流短路保護電路如下圖:

 

 四. 靜電

MOSFET由于輸入阻抗極高,屬于容性負載,因而對靜電非常敏感,當輸入電容感應靜電到一定電壓時就有可能損壞。

防靜電的一般措施有:

1.包裝,采用防靜電袋,管腳套短路環(huán);

2.儲存環(huán)境的濕度控制,保持相對比較高的濕度可以防靜電;

3.接地,所有接觸MOSFET的設備都要有妥善的接地措施;

4.電路加入防靜電措施,如柵極并聯(lián)穩(wěn)壓管;

 

 

5.操作人員的防靜電,如穿防靜電服,帶靜電環(huán)等。

.  過熱

   MOSFET超過允許的結溫時很容易縮短使用壽命,甚至很快燒毀,所以在選型時需要預留值比較大,并設計過熱保護電路。

   一般的過熱保護電路由熱敏電阻做溫度檢測,如PTC,超過一定溫度,PTC的電阻會上升很多,如果在PTC上通過一個電流,其兩端的電壓也會上升很多,我們可以用比較器設定一個基準電平,超過這個基準電平,比較器就會發(fā)出一個高或地電平關斷MOSFET,這就是典型的溫度保護的原理,其典型的電路如下:

 

 

 

 

六. 機械損壞

由于芯片和管殼的彈性系數(shù)不同,雖然在管殼螺絲孔和芯片之間加了機械應力緩沖措施,當它們封裝成一個整體后,還是不能超過一定的機械應力,比如對于TO-220封裝在打螺絲時,(電動)螺絲刀的扭力不應超過6KG.

 

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2011-06-11 12:15

搶沙發(fā),學習。

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chuangmao
LV.7
3
2011-06-11 20:45
@loudianxin
搶沙發(fā),學習。
鐘工的講演很精辟,收獲不小。
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fsxqw
LV.9
4
2011-06-11 21:15
@chuangmao
鐘工的講演很精辟,收獲不小。
銳駿很強大,支持!
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bailao
LV.2
5
2011-06-26 07:50
鐘工,能否給出各個電路元器件選型的公式或者應用說明之類的,畢竟經(jīng)驗豐富者是少數(shù)。我就需要RCD去尖峰電路的器件選型,設計參數(shù)如下:PWM頻率800-1000Hz,供電電壓28V,占空比0-100%,最大連續(xù)電流18A,采用RU6199,低端驅動直流風扇,續(xù)流管MBR20100,要求通過RCD,使DS之間電壓小于50V。能否麻煩鐘工就這個情況給出RCD選型:R請給出阻值和功率要求,C請給出容值 和耐壓要求,D請給出型號?
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逍遙子
LV.5
6
2011-07-19 10:18
不錯,很好,很實用
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2011-08-24 16:43
大師
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xiejian
LV.3
8
2011-09-26 22:06
@Qyuan_1209
大師[圖片]

學習!學習!

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2011-10-01 18:07
@xiejian
學習!學習!

非常實用

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332410951
LV.2
10
2011-10-16 20:04

受益匪淺啊,像我們這樣吧的菜鳥就需要這樣的學習資料。

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2011-10-26 14:36
@loudianxin
搶沙發(fā),學習。
好貼!對于我們銷售行業(yè)相當有幫助。謝謝!
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weishanpo
LV.4
12
2011-11-09 00:04

分析很好!!!

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luyonfe
LV.2
13
2011-11-10 10:03
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zhouboak
LV.8
14
2011-11-15 15:56
@luyonfe
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LPQQQ
LV.5
15
2012-03-08 15:59
@zhouboak
[圖片]
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sendejinshu
LV.7
16
2012-09-05 01:17
@LPQQQ
[圖片]
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hblsh
LV.5
17
2012-09-22 17:21
那個過流保護電路圖不算理解.希望發(fā)更詳細的圖上來.并配上詳細的說明文字,畢竟每個人對電路的理解不一樣.
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Widey
LV.5
18
2012-10-12 21:43
@hblsh
那個過流保護電路圖不算理解.希望發(fā)更詳細的圖上來.并配上詳細的說明文字,畢竟每個人對電路的理解不一樣.
收藏了
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yuchuan
LV.5
19
2012-10-16 19:43

有個問題要問一下你:電源老化一段時間后,MOS管GS極擊穿短路了,這是有哪幾方面原因造成的?用的是2N60,輸出只有5.8W。

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zjhuang
LV.4
20
2012-10-17 09:29
@yuchuan
有個問題要問一下你:電源老化一段時間后,MOS管GS極擊穿短路了,這是有哪幾方面原因造成的?用的是2N60,輸出只有5.8W。

1. 如果是不良率較高/是批量性的毀壞 ---- 請檢查驅動級的系統(tǒng)設計。

2. 如果是個別現(xiàn)象 ---- 可能MOSFET在使用前GS極已經(jīng)存在靜電損傷/ESD。

3. 不妨請試一下銳駿的MOSFET RU6H2R ---- 它有較高的性價比。

聯(lián)系:0755-82907976-820 李生

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yuchuan
LV.5
21
2012-10-17 12:42
@zjhuang
1.如果是不良率較高/是批量性的毀壞----請檢查驅動級的系統(tǒng)設計。2.如果是個別現(xiàn)象----可能MOSFET在使用前GS極已經(jīng)存在靜電損傷/ESD。3.不妨請試一下銳駿的MOSFETRU6H2R----它有較高的性價比。聯(lián)系:0755-82907976-820李生

是不良率較高

我測了驅動波形沒有問題,但IC供電比較高有23V了,造成了驅動電壓較高,有19。2V,19。6V了,是2263推MOS的,驅動電阻10R。不良品中有多半是GS短路,還有小部分是三個極都擊穿短路了。

幫我分析一下,怎么解決

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zjhuang
LV.4
22
2012-10-18 09:08
@yuchuan
是不良率較高我測了驅動波形沒有問題,但IC供電比較高有23V了,造成了驅動電壓較高,有19。2V,19。6V了,是2263推MOS的,驅動電阻10R。不良品中有多半是GS短路,還有小部分是三個極都擊穿短路了。幫我分析一下,怎么解決

MOS的驅動電壓偏高,瞬態(tài)峰值使得MOS損傷/并導致毀壞。建議在G-S間加一顆15V 的Zener Diode保護MOS,一般驅動電壓在VGS=10~12V期間,其MOS的開關損耗最小。

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yuchuan
LV.5
23
2012-10-24 16:13
@zjhuang
MOS的驅動電壓偏高,瞬態(tài)峰值使得MOS損傷/并導致毀壞。建議在G-S間加一顆15V 的ZenerDiode保護MOS,一般驅動電壓在VGS=10~12V期間,其MOS的開關損耗最小。

李生:如果我把IC供電電壓給降下來,做到17V,驅動電壓降到15.8V,這樣也可以解決這種批量的不良吧。

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zjhuang
LV.4
24
2012-10-25 09:16
@yuchuan
李生:如果我把IC供電電壓給降下來,做到17V,驅動電壓降到15.8V,這樣也可以解決這種批量的不良吧。

原則上不良率是會降低,可否能把IC的供電電壓降低在15V? ---- 注意:如果是橋式拓撲結構,同時上臂使用的是P-MOS, 主電壓軌不變(>15V),哪不良率將會更高。)

 

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yuchuan
LV.5
25
2012-10-25 11:00
@zjhuang
原則上不良率是會降低,可否能把IC的供電電壓降低在15V?----注意:如果是橋式拓撲結構,同時上臂使用的是P-MOS,主電壓軌不變(>15V),哪不良率將會更高。) 

我的是一個反激的小功率電源,不是橋式電源,我用的是N MOS,用的是2N60,再降低IC供電,要做出很大改動,這批貨就難處理了。這貨出了,后面要做貨,好多元器件要做調整。

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zjhuang
LV.4
26
2012-10-26 15:41
@yuchuan
我的是一個反激的小功率電源,不是橋式電源,我用的是NMOS,用的是2N60,再降低IC供電,要做出很大改動,這批貨就難處理了。這貨出了,后面要做貨,好多元器件要做調整。
建議: 在G-S間加一顆15V 的Zener Diode保護MOS.
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a1986114118
LV.4
27
2012-11-06 12:29
@zjhuang
建議:在G-S間加一顆15V 的ZenerDiode保護MOS.

我現(xiàn)在也遇到類似的問題,上次出5K到客戶那,就有10PCS MOS管壞的,后面把MOS寄到原廠分析,說是G-S擊穿.我測了下驅動波形,一般是18V左右.

現(xiàn)在我在G-S之間加了一個20K的電阻,不知道對靜電防護和過壓有沒有效果.

像樓主所說的,在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管,對驅動波形會不會有影響.

還有就是怎么保證它的驅動波形在10-12V,我現(xiàn)在的VCC電壓才14V.

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2012-11-11 14:47
總結好啊 有幫助 學習
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zjhuang
LV.4
29
2012-11-12 14:12
@a1986114118
我現(xiàn)在也遇到類似的問題,上次出5K到客戶那,就有10PCSMOS管壞的,后面把MOS寄到原廠分析,說是G-S擊穿.我測了下驅動波形,一般是18V左右.現(xiàn)在我在G-S之間加了一個20K的電阻,不知道對靜電防護和過壓有沒有效果.像樓主所說的,在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管,對驅動波形會不會有影響.還有就是怎么保證它的驅動波形在10-12V,我現(xiàn)在的VCC電壓才14V.

1) 在G-S之間加了一個20K的電阻, 對靜電防護會有一些效果,而對過壓沒什么效果.

2)在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管, 對驅動瞬態(tài)峰值有一定的抑制作用。而驅動波形本身高電平正常值是18V左右,哪在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管不可取,會 對驅動電路/IC造成一定的功耗壓力,最好將驅動電路&IC的供給電源控制在15V以內。

3)VCC電壓不超出15V, 對驅動MOS來說都是比較合理的。只是超出12V后(<15V),對開關損耗(P=1/2[Cin*Vgs^2*f])會增大一點,MOS管溫升會高一點點。

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hfstray
LV.3
30
2012-11-21 15:04
@zjhuang
1)在G-S之間加了一個20K的電阻,對靜電防護會有一些效果,而對過壓沒什么效果.2)在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管,對驅動瞬態(tài)峰值有一定的抑制作用。而驅動波形本身高電平正常值是18V左右,哪在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管不可取,會對驅動電路/IC造成一定的功耗壓力,最好將驅動電路&IC的供給電源控制在15V以內。3)VCC電壓不超出15V,對驅動MOS來說都是比較合理的。只是超出12V后(
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a1986114118
LV.4
31
2012-11-29 09:50
@zjhuang
1)在G-S之間加了一個20K的電阻,對靜電防護會有一些效果,而對過壓沒什么效果.2)在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管,對驅動瞬態(tài)峰值有一定的抑制作用。而驅動波形本身高電平正常值是18V左右,哪在G-S之間加一個15的穩(wěn)壓管不可取,會對驅動電路/IC造成一定的功耗壓力,最好將驅動電路&IC的供給電源控制在15V以內。3)VCC電壓不超出15V,對驅動MOS來說都是比較合理的。只是超出12V后(

樓主,你好! 對于上次提的問題,我測了一些波形,和原廠的分析報告.幫忙看一下,有什么好的改善方法.

CP-12084 FTA06N65 _晶_20121102 

MOSFET 驅動波形 

現(xiàn)在的問題是,是不是磁珠會引起MOSFET的擊穿,但我直接測MOS管G--S兩端的波形,也不會有尖峰出來.

我的貼片磁珠不能去掉,EMI過不了;我現(xiàn)在采取的措施是,在G-S之間加一個18V的穩(wěn)壓管.不知道有沒有效果.

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