Entwerfen eines FET-Schaltkreises, der offen ausfällt

Ich versuche, eine Antriebsschaltung für eine Drosselklappe eines Automotors zu entwerfen. Das Ventil ist zum Schließen federbelastet und hat einen kleinen Gleichstrommotor zum Öffnen. (Ich werde auch anmerken, dass dies nur für mein eigenes Fahrzeug gilt.)

Unten ist mein aktueller Schuss auf das Ding. Der Motorstillstandsstrom beträgt ungefähr 3 A bei 12 V. Der Mikrocontroller ist ein 3,3-V-Gerät. Der Motor soll per PWM angesteuert werden, allerdings habe ich damit noch nicht viel herumexperimentiert. Die Schaltung funktioniert ansonsten einwandfrei, aber als ich den FET verbrannte, konnte er nicht geschlossen werden, wodurch das Ventil vollständig geöffnet wurde. Nach einer schnellen Internetsuche ist es für FETs durchaus üblich, dass sie nicht geschlossen werden. Natürlich möchte ich diese „eingeklemmte Vollöffnung“-Situation vermeiden.

Gibt es also ein Schaltungsdesign oder einen bestimmten FET, der mit Sicherheit offen ausfallen würde?

(Ich mache mir über diesen speziellen Fehler keine allzu großen Sorgen, da der FET keinen Kühlkörper hatte und immer noch ~ 1,5 W Leistung verbrauchen musste.)

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich denke, der Einschaltstrom führt dazu, dass der MOSFET ausfällt (dh Kurzschluss). Sie sollten nicht nach einem FET fragen, der bei einem Fehler "öffnet", da Sie keinen finden können (zumindest habe ich ungefähr 10 Jahre lang keinen gesehen. Wenn es eine Möglichkeit gibt, dass ein MOSFET bei einem Fehler einen offenen Stromkreis hat, bitte jemand informiert mich.) . Wie auch immer, eine Seriensicherung (wie Jack Creasey vorgeschlagen hat) oder ein NTC (um hohe Einschaltströme zu verhindern) ist das, was Sie brauchen. Außerdem würde ich es an deiner Stelle mit einem N-Kanal-MOSFET betreiben, da N-Ch-MOSFETs häufiger, billiger und leichter zu finden sind und im Vergleich zu P-Ch-Geschwistern eine bessere Leistung haben.
Ah, aber sollten Sie nicht nach Dingen fragen, die Sie herausfinden möchten, ob sie existieren? Wie auch immer, ich stimme zu, dass die Schaltung mit N-Ch-FETs hätte entworfen werden sollen. Es ist schon eine Weile her, also kann ich wirklich nicht mehr sagen, warum ich mich entschieden habe, es so zu machen. Warum der FET überhaupt ausgefallen ist, vermute ich, dass ein TO-220 nur eine begrenzte Zeit ohne Kühlhilfen eine Wärmelast von 1,5 W bewältigen kann.

Antworten (2)

Eine der Standardmethoden in der funktionalen Sicherheit, wenn eine Trennfunktion elektronisch ausgeführt wird, besteht darin, 2 oder mehr Reihenschalter zu haben, damit Sie im Falle eines Ausfalls immer noch die Kontrolle haben und das System in einen sicheren Zustand versetzen können. In Ihrem Fall würde ich dem System also einen High-Side-Schalter hinzufügen, sodass Sie, wenn Sie feststellen, dass das System über eine Rückkopplung in Ihrem System ausgefallen ist, die Stromversorgung zum Motor ausschalten und ihn in den sicheren Zustand versetzen.

Danke, ich werde wahrscheinlich ein Relais auf der hohen Seite hinzufügen. Außerdem ist es ein MT-Auto, also habe ich immer noch ein paar mechanische Ausfallsicherungen, selbst wenn alles elektrisch ausfällt.

Der einzige wirkliche Weg, um sicherzustellen, dass Strom von einer PWM-Magnetdrossel freigegeben wird, besteht darin, eine Reihensicherung einzusetzen und diese mit einer Brechstange durchzubrennen, wenn Sie einen Fehler feststellen. Sie könnten einen SCR oder einen Hochstrom-FET verwenden, um die Sicherung durchzubrennen.

Ich würde jedoch vorschlagen, dass Sie erwägen, entweder einen vorhandenen Tempomat oder ein Drosselservo mit einer Kupplung oder Magnetkupplung zu kaufen, sie sind viel einfacher zu steuern als das PWM-Solenoid.

Entwerfen eines FET-Schaltkreises, der offen ausfällt
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