MOSFET kênh P xâm nhập giới hạn hiện tại


9

Tôi đã tìm kiếm EESE và Google trong vài tuần nay để tìm giải pháp cho vấn đề này và trong khi tôi tìm thấy một số đề xuất có vẻ hứa hẹn, việc triển khai trong thế giới thực không như mong đợi.

Tôi có một bộ điều chỉnh điện áp trên một bảng với điện dung đầu vào 10uF, để giúp bảo vệ chống lại các điều kiện mất điện. Tôi có một cầu chì nối tiếp với bộ nguồn có kích thước tới 125mA vì nhiều lý do khác nhau và để rõ ràng, tôi không tìm thấy bất kỳ phiên bản thổi chậm nào đáp ứng yêu cầu của tôi. Nguồn cung cấp có thể là bất cứ thứ gì từ 5 volt đến 15 volt DC, rất có thể là pin axit-chì. Khi pin được kết nối lần đầu tiên, tôi thấy một dòng điện vào với cực đại khoảng 8 ampe trên 8us, rất nhanh làm nổ cầu chì 125mA. Được rồi, vì vậy tôi cần phải hạn chế dòng vào. Không có vấn đề lớn, phải không?

Tôi đã thử một số tùy chọn khác nhau, nhưng đây là một trong những lựa chọn có vẻ hứa hẹn nhất:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

R1 và R2 tạo thành một bộ chia điện áp giới hạn VSS để ngăn ngừa thiệt hại cho MOSFET và cùng với tụ điện tạo ra độ trễ RC cho phép FET Vss tăng chậm hơn, giữ FET ở vùng ohmic của nó trong thời gian dài hơn . Làm cho cảm giác hoàn hảo. Điện dung cao hơn = bật chậm hơn = dòng vào ít hơn.

Chà tất cả đều ổn và bảnh bao, ngoại trừ sau khi tăng tụ điện từ 1uF lên 4,7uF lên 10uF, tôi nhận ra rằng tôi đã chạm đáy ở dòng điện vào khoảng 1,5Apk trên 2us. Sau khi đạt đến điểm đó, bất kể điện dung nào tôi đã thêm cho C1 (tôi đã thử lên tới 47uF), dòng điện vào sẽ không giảm xuống dưới 1,5Apk. Rõ ràng dòng điện này vẫn còn quá cao và sẽ thổi bay cầu chì của tôi ngay lập tức. Tôi không thể tăng đánh giá hiện tại của cầu chì, vì vậy tôi cần tìm cách để làm cho công việc này hoạt động.

Giả thuyết hiện tại của tôi là thế này:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Css và Cgd là công suất nguồn cổng và cửa cống nội tại của MOSFET, và trong khi chúng tương đối nhỏ (50pF-700pF), lý thuyết của tôi là chúng hoạt động như một sự truyền qua khi Vin lần đầu tiên được áp dụng. Vì các công suất này không thể giảm, nên chúng (đặc biệt là Cgd) là các yếu tố hạn chế khiến tôi không thể hạ thấp dòng điện xâm nhập dưới 1,5Apk.

Có những lựa chọn nào khác để hạn chế dòng xâm nhập? Tôi đã tìm thấy các giải pháp một chip khác nhau cho các ứng dụng trao đổi nóng, nhưng chúng có cấu trúc liên kết tương tự như mạch trên và tôi tưởng tượng chúng sẽ có nhược điểm tương tự.

Vin có thể thấp tới 5 volt, vì vậy nếu tôi tính đến bảo vệ phân cực ngược được cung cấp bởi một diode Schottky, điện áp rơi trên cầu chì, giảm trên điện trở MOSFET và giảm do cáp (có thể khá dài) kết nối bảng này với nguồn cung cấp, việc giảm điện áp của tôi đang trở nên khá đáng kể (bộ điều chỉnh điện áp này được cung cấp vào khoảng 4,1V để điều chỉnh đúng cách). Một loạt điện trở giới hạn dòng không may là sẽ không phải là một lựa chọn.

Hạn chế khác tôi có là không gian. Tôi có khoảng 4,5 x 4,5 mm vuông để làm việc. Mạch trên chỉ vừa đủ để phù hợp, vì vậy việc thêm nhiều thành phần hơn không thực sự là một lựa chọn. Nếu không thì đây sẽ là một vấn đề dễ giải quyết hơn một chút.


3
Nếu không gian không phải là một vấn đề thì tôi sẽ nói "NTC". thở dài!
Rohat Kılıç

Đó là kế hoạch ban đầu của tôi, nhưng than ôi, dường như không có bất kỳ NTC nhỏ nào đáp ứng yêu cầu của tôi. Họ cũng có một chút khó lường
DerStrom8 22/03/2017

Tôi tin rằng tụ điện của bạn cần phải nằm giữa cổng để thoát nước chứ không phải cổng vào nguồn. Dưới đây là một ví dụ: khảm
industries.com/embedded

@SajeevRanasinghe cả hai đều phổ biến nhưng đặt nó giữa cổng và nguồn được ưu tiên cho ứng dụng này do thực tế là nó nằm ở phía cung của bóng bán dẫn. Tôi đã thử cả hai phương pháp, nhưng không hiệu quả. Cuối cùng tôi đã từ bỏ ý tưởng về việc giới hạn hiện tại hoàn toàn.
DerStrom8

MOSFE yêu cầu một sự khác biệt điện áp giữa cổng và nguồn để bật. Đặt tụ điện ở phía cống ít đáng tin cậy hơn nhiều
DerStrom8

Câu trả lời:


5

Bạn đã sắp xếp đúng ý tưởng:

Nhưng tụ điện ở sai vị trí. Để kiểm soát tốc độ xoay, nó phải nằm giữa cống và cổng chứ không phải nguồn và cổng như bạn chỉ ra. Đặt nó giữa cống và cổng gây ra phản hồi để khi cống tăng nhanh, nó sẽ tắt FET nhiều hơn.

Chỉ cần một nắp giữa cống và nguồn có thể là đủ tốt. Thời gian dựa vào một số thông số thường ít được biết đến và giới hạn độ dốc không khởi động cho đến khi cổng đến gần điện áp ngưỡng của nó.

Đây là một mạch đầu vào công suất giới hạn độ dốc phức tạp hơn mà tôi đã sử dụng một vài lần.

Thiết bị này kết nối với phần còn lại của hệ thống thông qua hai tuyến xe buýt CAN, mặt đất và nguồn 24 V. Nó có thể được cắm nóng bất cứ lúc nào. Không thể cho phép đột nhiên tạo ra một dòng điện lớn khi được cắm.

CANPWR là kết nối trực tiếp với bus nguồn 24 V và 24V là nguồn 24 V bên trong thiết bị này. Mục đích của mạch này là làm cho 24V tăng đủ chậm để hạn chế dòng vào đến mức chấp nhận được. Sau đó, nó nên ra khỏi đường càng nhiều càng tốt.

Độ dốc điện áp tăng lên trên 24 V gây ra dòng điện C2, bật Q3, bật Q1, cố gắng tắt ổ đĩa cổng thành Q2, phần tử truyền điện. Lưu ý rằng điều này khởi động với ít hơn 1 V trên 24V.

Độ dốc hạn chế phản hồi xảy ra khi có đủ điện áp trên R4 để bật Q3. Hình khoảng 1,5 V, xem xét mức giảm trên R5 cần thiết để bật Q1. Do đó, giới hạn độ dốc là những gì nó cần để vượt qua (1,5 V) / (10 kΩ) = 150 EDA qua C2. (150 PhaA) / (1 PhaF) = 150 V / s. Để tăng 24 V do đó phải mất khoảng 150 ms. Tôi nhớ đo khoảng 100 ms thời gian tăng với một phạm vi, để tất cả kiểm tra.

Khi mạng tăng 24 V, R3 giữ Q2, và D2 ​​giữ điện áp nguồn cổng trong phạm vi cho phép.


Có nhiều thiết kế đề xuất các vị trí khác nhau cho tụ điện, và tôi đã thử cả hai nhưng không thành công. Tôi đã thử rất nhiều giá trị thành phần, tất cả được tính toán dựa trên các công thức từ các ghi chú ứng dụng khác nhau cho loại mạch này, nhưng mức tăng hiện tại ban đầu trong quá trình bật nguồn là quá cao và tôi chắc chắn rằng nó phải làm với ký sinh trùng của FET. Thật không may, tôi không thể đi đến một mạch phức tạp hơn như mạch bạn hiển thị trong hình ảnh thứ hai do hạn chế về không gian.
DerStrom8

4

Giải pháp công nghệ thấp:

  • Gắn cầu chì SAU nắp đầu vào. Thêm một nắp 100nF ở đầu vào bộ điều chỉnh để đảm bảo sự ổn định của nó.
  • Thay cầu chì bằng Polyswitch (sẽ có thời gian phản ứng chậm hơn).
  • Đặt tụ điện song song với cầu chì

Giải pháp ưa thích của tôi sẽ là giải pháp đầu tiên hoặc thứ hai.

Giải pháp công nghệ trung bình:

Thêm một điện trở nối tiếp với nắp đầu vào song song với một diode schottky. Điện trở sẽ làm chậm quá trình sạc tụ điện và diode sẽ cho phép phóng điện nhanh nếu LDO cần dòng điện. Một chút giải pháp hữu ích ...

Giải pháp công nghệ cao: Bộ giới hạn hiện tại sử dụng ...

  • một MOSFET cạn kiệt như DN2540.
  • chuyển đổi tải phía cao giới hạn hiện tại

1
Nếu cầu chì đi sau nắp, nếu nắp bị hỏng là ngắn thì sao? Đó thường là không có trong các ứng dụng ô tô
KyranF 22/03/2017

1
Đúng, đó là vấn đề. Bạn có thể đặt một cú đánh chậm 2amp trước khi đội mũ. Tôi muốn sử dụng một polyswitch.
peufeu

người bạn đời cũ nói rằng anh ta không thể thay đổi cầu chì, điều đó thật tệ. 125mA với phản ứng nhanh như vậy là khá khó chịu. Điều đó gây ra nhiều nỗi đau hơn giá trị của nó, chắc chắn.
KyranF

Ngoài ra còn có một diode TVS có thể bị thiếu mà cần phải càng gần xe buýt càng tốt. Vì vậy, cầu chì phải đi trước phần còn lại của mạch. Polyswitches đã được xem xét, nhưng rất không đáng tin cậy và không nhất quán. Cũng xem xét một nắp song song với cầu chì nhưng nghĩ rằng nhiều hack hơn là một giải pháp thực tế.
DerStrom8

1
Được rồi, vì vậy tôi đoán rằng bộ điều chỉnh và giới hạn đầu ra của nó không thể đổ lỗi cho sự xâm nhập! Lý do tại sao bạn không thể sử dụng cầu chì chậm hơn? Ngoài ra, mạch của bạn thực sự sử dụng bao nhiêu?
peufeu

3

Bất kỳ mạch "giám sát" logic thực tế nào sẽ không phù hợp với không gian bạn có sẵn. Một điện trở NTC đơn giản có thể cũng sẽ quá lớn. chắc chắn nhìn vào những cái đó, có lẽ có một cái nhỏ phù hợp với mục đích của bạn.

Nếu bạn có nhiều không gian hơn, tôi sẽ sử dụng bộ giới hạn dòng không đổi để cắt đầu ra, giống như kiểu PWM hiện tại, cho đến khi nắp được sạc. Sử dụng một điện trở cảm giác, bộ so sánh và một PFET khác trước các nắp. Nhưng điều này sẽ hoàn toàn không phù hợp với mạch của bạn. Bạn COULD thiết kế mô-đun mà tôi mô tả là một thiết bị nội tuyến trước khi nó đến số VIN của mạch của bạn, từ pin. Tương tự với điện trở NTC, có thể là một cái gì đó trước PCB với mạch của bạn được hiển thị.

Giải pháp tốt hơn, riêng biệt có thể là thế này: Một điện trở công suất 2 ohm nối tiếp trước khi tụ / FET của bạn chắc chắn vẫn là một lựa chọn. Nếu bạn có cầu chì được xếp hạng ở mức 125mA, rõ ràng bạn có tải điện rất thấp trong điều kiện bình thường. Để tạo ra phụ cấp cho khoảng trống điện áp, bạn nên thay vì sử dụng diode schottky, sử dụng PFET đảo ngược (nguồn thoát nước sẽ đối diện với cấu hình bình thường cho công tắc phía cao), với đế được nối đất. Đây là một giải pháp V-Forward cực kỳ thấp để bảo vệ phân cực ngược. 2 Ohms ở dòng cầu chì được xếp hạng 125mA của bạn (một ý tưởng tồi để vận hành gần với btw hiện tại) sẽ chỉ làm bạn mất 250mV, ít hơn Schottky của bạn sẽ mất, và vẫn còn nhiều chỗ để thả cáp và PFET. Về sức đề kháng cho các PFET sẽ theo thứ tự 30-90 milliohms nếu bạn có được những thứ tốt. Điều tốt nhất bạn có thể làm là nguyên mẫu mạch và kiểm tra nó. Một điện trở và PFET đảo ngược không nên chiếm nhiều chỗ! Tôi nghĩ rằng trong 4,5mm x 4,5mm, bạn có thể lắp một PFET gói SOT23 (hoặc SC-70) và điện trở gói 0,25W 0805 tôi nghĩ.

Một FET như MTM231232LBF này sẽ hoạt động rất tốt, nhưng nó cần một kẹp diode zener trên cổng để tiếp đất sau thiết bị. xem hình dưới đây để biết mạch, nhưng điện áp Zener cần phải rõ ràng <10V để bảo vệ cổng. Một điện áp zener giữa 5-7V sẽ làm việc.

PFET bảo vệ phân cực ngược và bảo vệ zener

Combo zener và điện trở có thể là các gói nhỏ nhất bạn có thể tìm thấy. Họ hầu như không làm bất cứ điều gì ngoại trừ đảm bảo FET của bạn không bật.

Vì vậy, sự kết hợp của điện trở nối tiếp và bảo vệ phân cực dựa trên PFET để cung cấp cho bạn khoảng trống điện áp bạn cần, sẽ giúp tránh sự xuất hiện của ngắn mạch từ tụ điện của bạn xuống dòng khi tải. Bản thân MOSFET cũng không bật ngay lập tức, do đó, nó hoạt động như một phần của bộ giới hạn dòng điện chỉ trong hành vi bật phi tuyến tính của nó.


Tôi đang xem xét điều này, tôi chỉ chưa thể xây dựng nó và thử nghiệm nó. Tôi sẽ cho bạn biết.
DerStrom8

Tôi đã suy nghĩ về giải pháp này và giả sử cầu chì 3,4 ohm (giống như cầu chì tôi đã chọn), điện trở 90m-ohm của FET và điện trở 9,5 ohm, tôi vẫn sẽ nhận được điện áp tôi cần ở bộ điều chỉnh, bỏ qua thả cáp. Tuy nhiên, dòng điện tức thời ước tính trong quá trình khởi động vẫn có thể lên đến hơn 1A, do đó cầu chì vẫn sẽ thổi. Tôi đặt nó lên một băng ghế và sự nghi ngờ của tôi đã được xác nhận.
DerStrom8

@ DerStrom8 có lý do tại sao cầu chì không thể được thay thế bằng một đánh giá lớn hơn? hoặc là vật lý không thể thay đổi? Tôi nghĩ rằng bạn có thể muốn một điện trở NTC là tùy chọn dự phòng cuối cùng ở đây. Cầu chì này của bạn rất nhanh.
KyranF

@ DerStrom8 bạn đã xem xét việc sử dụng một cuộn cảm như một cuộn cảm chưa? Nó chắc chắn sẽ mất lợi thế tăng đột biến hiện tại.
KyranF

Cầu chì phải có kích thước như vậy vì một trong các thành phần ở mặt trước (diode TVS) có thể bị chập một phần - hàng chục ohms - và kéo xuống toàn bộ xe buýt. Cầu chì PHẢI có kích thước sao cho nếu diode TVS bị hỏng vài chục ohms, cầu chì vẫn sẽ nổ. Giá trị được đặt thành bây giờ là mức tối đa tuyệt đối có thể và vẫn có thể ngắt nếu diode bị hỏng. Và một lần nữa, điện trở NTC đã được xem xét nhưng chúng quá không đáng tin cậy và không thể đoán trước. Chúng không phải lúc nào cũng hoạt động theo cách mong muốn, và sức đề kháng của chúng có thể thay đổi đáng kể.
DerStrom8

2

Tôi đang cố gắng làm điều gì đó tương tự và Lưu ý về Ứng dụng này có các hướng khá chính xác về cách bố trí mạch của bạn cũng như tính toán các giá trị phù hợp: http://www.onsemi.com/pub/Collonymous/AND9093-D.PDF

sơ đồ

mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab


Đó là một trong những ghi chú ứng dụng tôi đang sử dụng để tham khảo và tôi vẫn không nhận được kết quả mình cần, ngay cả sau khi tính toán các giá trị chính xác. Nó chỉ là quá chậm và tăng đột biến hiện tại là quá nhiều. Tôi đã kết thúc việc thiết kế lại mặt trước của bảng để chống lại các đột biến lớn hiện tại khi bật nguồn, thay vì loại bỏ chúng.
DerStrom8

1

Lưu ý AND9093 được tham chiếu cho các công tắc tải, vì vậy trong sơ đồ của bạn mà không cần thêm Fet kéo cổng xuống đất, bạn sẽ bật ngay lập tức và sẽ không kiểm tra dòng xâm nhập. Các giá trị bạn tính toán từ AND9093 phải rất gần nhưng bạn cần thêm một nắp phụ từ nguồn vào cổng để bật cổng được kéo lên chỉ một chút để cho phép cổng phụ thoát điện dung để giữ Mosfet trong khu vực tuyến tính khi cần thiết để giữ cho hiện tại xuống.

Hãy thử mạch này dưới đây mà tôi đã sử dụng trong quá khứ và nó sẽ hoạt động khi cần thiết. Mô phỏng nó và bạn cũng sẽ thấy rằng nó cũng hoạt động rất tốt. Hãy chắc chắn rằng bạn sử dụng đúng các tham số từ bảng dữ liệu Fet để nhận các giá trị của bạn trong công viên bóng.

Mạch InRush

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.