Der Drain-Source-Strom des elektronischen Last-MOSFET steigt plötzlich an

1) Dies ist die "Gate-Source-Schwellenspannung", die im Großen und Ganzen den 0,7 V Vbe in Bipolaren entspricht.

2) Wenn Sie eine elektronische Last bauen und „gesteuerter Strom“ (oder so ähnlich) ein akzeptables Steuergesetz für Ihre Anwendung ist, können Sie einen Leistungswiderstand mit niedrigem Widerstand in Reihe mit dem Quellenanschluss hinzufügen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Mit zunehmendem Ids steigt auch der Spannungsabfall über dem Source-Widerstand, wodurch eine negative Rückkopplung auf die zugeführte Gate-Spannung angewendet und so der Strom stabilisiert wird. Der Widerstand benötigt eine ausreichende Nennleistung, um Ihren maximalen Strom zu tolerieren.

Mit (zum Beispiel) 1$\Omega$In Reihe mit Ihrem Source-Anschluss Ihres Beispiel-FET würde die Spannung / der Strom ungefähr gehen

Vgate – IDs

3 V - 0 A
3,6 V - 0,2
A 4,3 V - 0,5 A
4,7 V - 0,7
A 7,1 V - 3 A

Wie Sie sehen, wird die Spannung über dem Source-Widerstand zur Eingangsspannung addiert, wodurch die Gate-Spannung gemäß dem Ids-Steuergesetz linearisiert wird. Beachten Sie, dass dies Vgate in Bezug auf Masse ist, nicht Vgs.

Da die Schwellenspannung von Teil zu Teil, mit der Temperatur und mit Vds variiert, ist dies kein genau gesteuertes Vg->Ids-Steuergesetz, aber es reicht aus, um es zu zähmen. Wenn Sie eine genaue Stromquelle wünschen, können Sie das Gate mit einem Operationsverstärker ansteuern, die Spannung an R1 erfassen und diese mit einer Steuerspannung vergleichen.

WARNUNG Es ist eine wenig geschätzte Tatsache, dass FETs keine guten linearen Leistungstransistoren sind, sie sind für Schaltanwendungen ausgelegt. Ein FET besteht aus mehreren parallel geschalteten Zellen, die den Strom gut teilen, wenn sie voll eingeschaltet sind (ihr Widerstand hat einen positiven Tempco), aber wenn sie nur vorgespannt sind (wie bei einer Stromlast wie dieser), sich nicht gut teilen (ihr Vgs hat a negatives Tempo).

Dies begrenzt die lineare Verlustleistung auf weit unter das, was Sie erwarten würden. Sie sagen im OP, dass "dies innerhalb der maximalen Leistungswerte des MOSFET liegt". Woher hast du diese Zahl? Sehen Sie sich das SOA-Diagramm an (Abb. 8 in der Vishay-Notiz ) und stellen Sie fest, dass es keine Kurve für Zeiten > 10 ms gibt. Wenn Sie dieses Diagramm nach unten in Richtung DC extrapolieren und schätzen möchten, wie hoch die Leistung bei 1 Sekunde oder 1 Minute wäre, dann ist das Ihr Risiko. Sie könnten versuchen, Abb. 11 so zu interpretieren, dass es Ihnen etwas über thermische Zeitkonstanten sagt, aber ob sie die relevanten Zeitkonstanten sind ...

Sie haben mehrere Möglichkeiten
1) Schätzen Sie eine niedrige maximale Leistung für IRF640, halten Sie einen guten Kühlkörper und hoffen Sie, dass sie nicht ausfallen. 2 ) Verwenden Sie einen FET mit
linearer Nennleistung, der schwer zu finden und teuer ist
Nennleistung, aber für den Job spezifiziert (sie haben eine 'DC'-Linie in ihrem SOA-Diagramm) und einen angemessenen Basisantrieb, auch wenn nicht Null wie bei einem FET.

Erhöhen Sie in Ihrer Anwendung die Größe Ihres R3-Drain-Widerstands, um die gesamte Leistung bei maximalem Strom abzuleiten. Dadurch wird die Verlustleistung in Ihren FETs minimiert.

Da Sie mehrere FETs verwenden und dies nur eine Übung zum Laden von Solarmodulen ist, sollten Sie in Betracht ziehen, die FETs zu trennen, jedem einen anderen Drain-Widerstand zu geben und sie ein- und auszuschalten, um einen sehr groben Leistungs-DAC zu erhalten. Es würde Ihnen nur 8 Widerstandseinstellungen für 3 Steuerbits geben, und natürlich würde der Strom mit der angelegten Spannung variieren, aber es könnte für Ihre Anwendung ausreichen, und Sie müssten sich keine Gedanken über die FET-Nennleistung machen oder sogar Kühlkörper sie viel.

Der Power Darlington BJT hat nichts Magisches an sich; Es ist sogar noch anfälliger für thermisches Durchgehen als der Leistungs-MOSFET.

Da die Erwärmung der Basis-Kollektor-Bereich ist, nur 1 Mikro unterhalb des Emitter-Basis-Bereichs, beträgt die außer Kontrolle geratene Zeitkonstante nur etwa 11,4 Nanosekunden. (11,4 nS ist das thermische Tau von 1 Kubikmikrometer Silizium). Mit einer festen Vbe und einer internen reduzierenden Vbe von -2,2 Millivolt/Grad Celsius, mal 1 Ampere * 5 Volt (einige Leistungszahlen), mal 10 Grad Celsius/Watt, mal 4 Millivolt pro 10 % Delta Ie (oder Ic), wir diese Zahlen stören (die 4 Millivolt sind unsere Störung).

Wenn eine 4-Millivolt-Störung mehr als 4 mV Ausgang erzeugt, haben Sie eine thermisch instabile Box (Verstärkung > +1 ).

Was haben wir hier? 4 mV => 10 % DeltaI => 0,1 Ampere DeltaI. DeltaPower ist 5 Volt * 0,1 Ampere oder 0,5 Watt. Das deltaTemp ist 0,5 Watt * 10 GradCent = 5 GradCent. Und da wir -2,2 Millivolt/Grad Cent kennen, skalieren wir um 5, um 11 Millivolt zu erhalten.

Da 11mV > 4mV, wären Sie thermisch instabil.

FETS haben eine ähnliche Mathematik und verwenden unterschiedliche Zahlen.

Sie haben gerade ein Phänomen demonstriert, das als thermische Landebahn bekannt ist . Der Tempco von Vgs ist negativ , sein spezifischer Wert variiert von Gerät zu Gerät im Vergleich zu den ungefähren -2 mV/degC eines bjt. Wenn sich Ihr Fet jedoch erwärmt, sinkt seine Vt und schaltet sich infolgedessen stärker ein. Der Prozess wiederholt und wiederholt sich, bis er einen signifikanten Strom in Anspruch nimmt.

Es geht um die Gate-Source-Schwellenspannung des MOSFET,$V_{gs-th}$. Öffnen Sie das Datenblatt, unter „SPEZIFIKATIONEN“ auf Seite 2 sehen Sie einen Parameter namens „Gate-Source Threshold Voltage“. Es hat jedoch einen maximalen Wert von 4V.

Bei Gate-Source-Spannungen unter dem Schwellenwert schaltet der MOSFET nicht vollständig ein.

Wenn Sie niedrigere Schwellenspannungen wünschen, verwenden Sie MOSFETs mit "Logic Level Gates". Sie eignen sich perfekt zum Fahren von MCUs. IR L 640 ist das logische Äquivalent Ihres MOSFET.