Benötigen geschützte Leistungs-MOSFETs Flyback-Dioden?

Ich habe ein 60-V-Teiledatenblatt von Infineon BTS 117 geöffnet .

Auf Seite 4 des Datenblatts gibt es einen Abschnitt über Schutzfunktionen, der angibt, dass das Teil eine einzelne Energieentladung aushalten kann (natürlich temperaturabhängig). Fußnote 2 besagt, dass Schutzfunktionen nicht für den wiederholten Betrieb bestimmt sind . Dies ist eine klare Aussage, dass Sie dieses Teil nicht ohne Flyback-Diode verwenden sollten.

Weiter im Dokument finden Sie den Schaltplan der Schutzschaltung - Zenerdiode vom Drain zum Gate. Dadurch wird das Teil geschützt, aber es wird erheblich stärker belastet, als es die Flyback-Diode jemals sein würde, und der Gate-Treiber im Inneren muss den geklemmten Strom senken.

Abhängig von Ihrer Anwendung können Sie möglicherweise ohne die Flyback-Diode davonkommen oder nicht. Ohne die Details zu kennen, werde ich sagen, verwenden Sie die Flyback-Diode.

Hören Sie auch Faustregeln, aber beachten Sie sie nicht immer. Sie existieren aus guten Gründen, aber kennen Sie die Gründe, um festzustellen, ob sie auf Sie zutreffen.

Ein zusätzlicher Schutz ist in vielen Fällen wahrscheinlich nicht erforderlich. Mehr hinzufügen tut selten weh.

WENN die von Ihnen zitierte OnSemi-Anwendungsnotiz auf das von Ihnen zitierte Infineon-Gerät (YMMV) anwendbar ist und das Gerät die gleichen Konstruktionskriterien aufweist, dann bieten die Informationen auf den Seiten 8 und 9 der Anwendungsnotiz eine deutliche Gewissheit, dass Sie das missbrauchen können Gerät immens ohne Schaden - die Grenze liegt (so heißt es) bei der Erwärmung des Werkzeugs "in normaler Weise". Bei den OnSemi-Geräten wird aktiver Schutz erreicht, indem der Hauptschalter eingeschaltet wird, wenn sich Lawinenbedingungen nähern, aber nicht erreicht werden. Dies führt zu einer (anscheinend gut genug) kontrollierten Energiedissipation im Schalter. Wieder YMMV mit einem Gerät, das nicht durch den Anwendungshinweis abgedeckt ist.

Übersetzung: Das Gerät schützt sich sehr gut vor allem halbwegs Vernünftigen, das Sie darauf werfen. Es GIBT Grenzen – thermisches Design in der jeweiligen Situation ist eine wesentliche Anforderung.

FWIW: Ich habe vor über 20 Jahren ähnliche Geräte verwendet.
Ich fragte mich, wie sie auf sehr hohe Stromfehler reagieren.
Ich habe einen mit dicken kurzen Kabeln über eine Autobatterie angeschlossen und wiederholt betrieben. Keine Probleme! Danach funktionierte es im normalen Gebrauch einwandfrei. Beeindruckend.

AND8202/D: Selbstgeschützter Low-Side-MOSFET

Man sagt:

„Vollständig geschützte Low-Side-Topologien enthalten alle ClampFET-Funktionen und fügen Strombegrenzungs- und Übertemperatur-Abschaltschaltungen hinzu. Alle Topologien treiben jede Art von ohmscher oder induktiver Last wie Magnetspulen, Heizspulen und Glühlampen an, die nur durch den Strom und die thermische Leistungsfähigkeit der begrenzt sind Gerät. ...

Es gibt einen fehlerfreien Betriebsmodus, in dem der Übertemperaturschutz nicht aktiv ist und ein Geräteausfall möglich ist. Beim Abschalten einer induktiven Last muss das Gerät die in der Lastdrossel gespeicherte Energie gleich 1/2 (Li2) aufnehmen. Bei Standard-MOSFETs ist dieser Betriebsmodus als Unclamped Inductive Switching (UIS) bekannt. ...

Dieser Ausfallmodus ist derselbe für die HDPlus-Low-Side-Produktfamilie, außer dass diese Produkte eine aktive Selbstklemmtechnik von Gate zu Drain verwenden, um die Drain-Spannung unter die Lawinendurchbruchspannung des Geräts zu klemmen. Das aktive Klemmen wird im nächsten Abschnitt erläutert, aber im Wesentlichen ist diese Technik, wenn sie beim Ausschalten einer induktiven Last verwendet wird, als selbstklemmendes induktives Schalten (SCIS) bekannt. Die SCIS-Technik ermöglicht es, dass ein Gerät mehr Energie absorbiert als ein vergleichbares Gerät ohne aktive Gate-zu-Drain-Klemmung. Es gibt jedoch eine Grenze dafür, wie viel Energie das Teil absorbieren kann, die wiederum dadurch begrenzt wird, dass die Sperrschichttemperatur die Eigentemperatur des Siliziums übersteigt. Der zu beachtende Punkt ist, dass während des SCIS-Ereignisses die Gate-Spannung per Definition auf Massepotential liegt. Somit ist die Steuerschaltung für das Gerät nicht vorgespannt und daher ist die Übertemperatur-Begrenzungsschaltung nicht funktionsfähig. Beim Schalten von induktiven Lasten muss die maximale Energiebewertung für jedes Gerät beachtet werden, da es sonst zu einem Geräteausfall kommen kann, weil die Chip-Sperrschichttemperatur die Eigentemperatur übersteigt. Außerdem muss, selbst wenn die maximale Nennenergie eingehalten wird, ausreichend Zeit zwischen den SCIS-Impulsen gelassen werden, damit die Sperrschichttemperatur wieder auf die anfängliche Startsperrschichttemperatur abkühlen kann. Andernfalls kann die Sperrschichttemperatur nach jedem SCIS-Zyklus ansteigen und schließlich die Eigenausfalltemperatur erreichen.“ Beim Schalten von induktiven Lasten muss die maximale Energiebewertung für jedes Gerät beachtet werden, da es sonst zu einem Geräteausfall kommen kann, weil die Chip-Sperrschichttemperatur die Eigentemperatur übersteigt. Außerdem muss, selbst wenn die maximale Nennenergie eingehalten wird, ausreichend Zeit zwischen den SCIS-Impulsen gelassen werden, damit die Sperrschichttemperatur wieder auf die anfängliche Startsperrschichttemperatur abkühlen kann. Andernfalls kann die Sperrschichttemperatur nach jedem SCIS-Zyklus ansteigen und schließlich die Eigenausfalltemperatur erreichen.“ Beim Schalten von induktiven Lasten muss die maximale Energiebewertung für jedes Gerät beachtet werden, da es sonst zu einem Geräteausfall kommen kann, weil die Chip-Sperrschichttemperatur die Eigentemperatur übersteigt. Außerdem muss, selbst wenn die maximale Nennenergie eingehalten wird, ausreichend Zeit zwischen den SCIS-Impulsen gelassen werden, damit die Sperrschichttemperatur wieder auf die anfängliche Startsperrschichttemperatur abkühlen kann. Andernfalls kann die Sperrschichttemperatur nach jedem SCIS-Zyklus ansteigen und schließlich die Eigenausfalltemperatur erreichen.“ Zwischen den SCIS-Impulsen muss ausreichend Zeit vergehen, damit die Sperrschichttemperatur wieder auf die ursprüngliche Anfangssperrschichttemperatur abkühlen kann. Andernfalls kann die Sperrschichttemperatur nach jedem SCIS-Zyklus ansteigen und schließlich die Eigenausfalltemperatur erreichen.“ Zwischen den SCIS-Impulsen muss ausreichend Zeit vergehen, damit die Sperrschichttemperatur wieder auf die anfängliche Ausgangssperrschichttemperatur abkühlen kann. Andernfalls kann die Sperrschichttemperatur nach jedem SCIS-Zyklus ansteigen und schließlich die Eigenausfalltemperatur erreichen.“

Der "Schutz" im Namen des Geräts, von dem Sie ein Diagramm haben, bedeutet nicht, dass es vor allem geschützt ist. Beachten Sie das auffällige Fehlen eines Spannungsschutzblocks überall. Es bezieht sich nur auf den Überstrom- und Überhitzungsschutz, nicht auf den induktiven Rücklauf oder die Überspannung am MOSFET im Allgemeinen. Marketing.

Schalter werden relativ zur gemeinsamen Quelle von Gate zu Drain invertiert.

FET-Body-Dioden sind im Normalbetrieb in Sperrichtung vorgespannt.
Wenn eine induktive Last ausgeschaltet wird, ändert sich die Drain-Spannung immer in eine Richtung, so dass die Body-Diode in Sperrichtung vorgespannt bleibt, sodass sie ohne Flyback-Diode nicht geschützt werden kann . Dies gilt sowohl für Pch als auch für Nch.

Der Überspannungsschutz ist nur ein Zener von Drain zu Gate mit begrenzter Kapazität.

Es würde für einen Source-Follower-Schalter einer induktiven Last schützen, aber dieser Modus ist selten praktikabel.