Lựa chọn NMOS FET để bảo vệ phân cực ngược

Tôi đang làm việc trên một mạch bảo vệ phân cực ngược, tương tự như trong Hình 2 của SLVA139: Mạch bảo vệ dòng điện ngược / pin . Đây là mạch của tôi:

Trường hợp của tôi phức tạp hơn một chút do điện áp đầu vào có thể dao động từ 5-40V. Hầu hết các MOSFET dường như có điện áp nguồn tối đa V _GS là 20V, vì vậy tôi cần kẹp Zener trên cổng (hoặc FET rất lớn / đắt tiền). Dòng điện đầu vào tối đa sẽ vào khoảng 6A.

Điều tôi băn khoăn là, những đặc điểm FET nào thực sự quan trọng trong cấu hình này? Tôi biết rằng tôi chắc chắn muốn điện áp đánh thủng nguồn thoát nước BV _DSS đủ cao để xử lý toàn bộ điện áp đầu vào trong điều kiện phân cực ngược. Tôi cũng khá chắc chắn rằng tôi muốn giảm thiểu R _{DS (bật)} để không đưa ra bất kỳ trở kháng nào trong mạch mặt đất. Fairchild AN-9010: Khái niệm cơ bản về MOSFET có thể nói về hoạt động ở khu vực Ohmic:

"Nếu điện áp cống nguồn bằng 0, dòng thoát cũng trở thành 0 bất kể điện áp nguồn tới cổng. Vùng này nằm ở bên trái của đường biên V _GS - V _{GS (th)} = V _DS ( V _GS - V _{GS (th)} > V _DS > 0). Ngay cả khi dòng thoát rất lớn, trong khu vực này, sự tiêu hao năng lượng được duy trì bằng cách giảm thiểu V _{DS (bật)} . "

Cấu hình này có thuộc phân loại V _DS = 0 không? Điều đó có vẻ như là một giả định hơi nguy hiểm khi thực hiện trong môi trường ồn ào (điều này sẽ hoạt động trong vùng lân cận của nhiều loại động cơ khác nhau), vì bất kỳ sự bù điện áp nào giữa mặt đất cung cấp đầu vào và mặt đất cục bộ đều có thể gây ra dòng điện. Ngay cả với khả năng này, tôi không chắc chắn tôi cần phải spec cho tải tối đa hiện tại của tôi trên cống hiện tại tôi _D . Sau đó tôi cũng không cần phải tiêu tan nhiều sức mạnh. Tôi cho rằng tôi có thể giảm thiểu vấn đề bằng cách Zener kẹp V _GS gần hơn với V _{GS (th)} để giảm dòng điện / điện áp?

Tôi đang đi đúng hướng với điều này, hay tôi đang thiếu một số chi tiết quan trọng sẽ làm cho một MOSFET nhỏ bé nổ tung trên mặt tôi?

Việc sử dụng MOSFET để bảo vệ điện áp ngược là rất đơn giản.
Một số tài liệu tham khảo của bạn là chính xác nhưng có liên quan thấp và đang có xu hướng làm cho vấn đề trông phức tạp hơn nó. Các yêu cầu chính (mà về cơ bản bạn đã xác định) là

• MOSFE phải có đủ xếp hạng Vds_max cho điện áp tối đa được áp dụng

• Đánh giá MOSFE Ids_max nhiều hơn

• Rdson càng thấp càng tốt.

• Vss_max không vượt quá trong mạch cuối cùng.

• Tản điện như được cài đặt có thể xử lý hợp lý sức mạnh hoạt động của I_operating ^ 2 x Rdson_actual

• Tản điện như được cài đặt có thể xử lý bật và tắt các vùng tiêu tán cao hơn.

• Cổng điều khiển để cắt "đủ nhanh" trong mạch thế giới thực.
  (Trường hợp xấu nhất - áp dụng Vin chính xác và sau đó đảo ngược Vin ngay lập tức. Cắt có đủ nhanh không?)

Trong thực tế điều này dễ dàng đạt được trong hầu hết các trường hợp.
Vin ít ảnh hưởng đến hoạt động tiêu tan.
Rdson cần được đánh giá cho trường hợp xấu nhất có thể có kinh nghiệm trong thực tế. Khoảng 2 x Rdson có tiêu đề thường an toàn HOẶC kiểm tra các bảng dữ liệu một cách cẩn thận. Sử dụng xếp hạng trường hợp xấu nhất - KHÔNG sử dụng xếp hạng thông thường.

Bật có thể chậm nếu muốn nhưng lưu ý rằng cần phải cho phép tản.
Tắt dưới cực ngược phải nhanh chóng để cho phép áp dụng bảo vệ đột ngột.

Iin tối đa là gì?
Bạn không nói I_in_max là gì và điều này tạo ra sự khác biệt trong thực tế.

Bạn đã trích dẫn:

"Nếu điện áp cống nguồn bằng 0, dòng thoát cũng trở thành 0 bất kể điện áp nguồn tới cổng. Vùng này nằm ở phía bên trái của VGS V V ((V) = VDS ranh giới (VGS - VGS (th)> VDS> 0).

và

Ngay cả khi dòng thoát rất lớn, trong khu vực này, sự tiêu hao năng lượng vẫn được duy trì bằng cách giảm thiểu VDS (bật). "

Lưu ý rằng đây là những suy nghĩ tương đối độc lập của nhà văn. Đầu tiên về cơ bản là không liên quan đến ứng dụng này.
Thứ hai chỉ đơn giản nói rằng một FET Rdson thấp là một ý tưởng tốt.

Bạn đã nói:

Cấu hình này có thuộc phân loại VDS = 0 không? Điều đó có vẻ như là một giả định hơi nguy hiểm khi thực hiện trong môi trường ồn ào (điều này sẽ hoạt động trong vùng lân cận của nhiều loại động cơ khác nhau), vì bất kỳ sự bù điện áp nào giữa mặt đất cung cấp đầu vào và mặt đất cục bộ đều có thể gây ra dòng điện. Ngay cả với khả năng đó, tôi không chắc mình cần chỉ định cho dòng tải tối đa của mình trên ID hiện tại thoát. Sau đó tôi cũng không cần phải tiêu tan nhiều sức mạnh. Tôi cho rằng tôi có thể giảm thiểu vấn đề bằng cách Zener kẹp VGS gần hơn với VGS (th) để giảm dòng điện / điện áp?

Nghĩ quá nhiều :-).

Khi Vin ổn, FET bật asap.
Bây giờ Vds thấp như nó sẽ nhận được và được đặt bởi Id ^ 2 x Rdson
Ids = dòng điện mạch của bạn.
Ở 25C, môi trường xung quanh sẽ bắt đầu ở giá trị được trích dẫn ở 25C trong bảng thông số và sẽ tăng nếu / khi FET nóng lên. Trong hầu hết các trường hợp, FET sẽ không nóng lên nhiều.
ví dụ: 1 20 milliOhm FET ở 1 amp cho hệ thống sưởi 20 mW. Nhiệt độ tăng rất thấp ở bất kỳ pkg hợp lý nào với tản nhiệt tối thiểu. Ở 10A, độ phân tán = 10 ^ 2 x 0,020 = 2 Watts. Điều này sẽ cần một DPAk hoặc TO220 hoặc SOT89 hoặc pkg tốt hơn và tản nhiệt hợp lý. Nhiệt độ chết có thể nằm trong phạm vi 50-100C và Rdson sẽ tăng trên giá trị danh nghĩa 25C. Trường hợp xấu nhất bạn có thể nhận được là 40 milliOhm và 4 Watts. Điều đó vẫn đủ dễ dàng để thiết kế cho.

Đã thêm: Sử dụng tối đa 6A mà bạn cung cấp sau đó.
PFet = I ^ 2.R. R = P / i ^ 2.
Đối với mức tối đa 1 watt, bạn muốn Rdson = P / i ^ 2 = 1/36 ~ = 25 milliohm.
Rất dễ dàng đạt được.
Ở 10 milliohm P = I ^ 2.R = 36 x 0,01 = 0,36W.
Ở 360 mW, TO220 sẽ ấm nhưng không nóng không có tản nhiệt nhưng luồng khí tốt. Một dấu vết của tản nhiệt cờ sẽ giữ cho nó hạnh phúc.

Dưới đây là tất cả dưới $ 1,40 / 1 & trong kho tại Digikey.

LFPACK 60V 90A 6,4 triệu !!!!!!!!!!!

TO252 70V 90A 8 milliohm

TO220 60V 50A 8.1 milliohm

Bạn đã nói:

Tôi cho rằng tôi có thể giảm thiểu vấn đề bằng cách Zener kẹp VGS gần hơn với VGS (th) để giảm dòng điện / điện áp?

Không!
Lưu tốt nhất cho lần cuối :-).
Điều này hoàn toàn ngược lại với những gì được yêu cầu.
Người bảo vệ của bạn cần có tác động tối thiểu đến mạch điều khiển.
Những điều trên có tác động tối đa và tăng sự tiêu tan trong bộ bảo vệ so với những gì có thể đạt được bằng cách sử dụng FET Rdson thấp hợp lý và bật nó lên một cách khó khăn.