MOSFET-Gate-Schutz

Ich verwende den P-Kanal-MOSFET SSM3J334R zum Schalten von Hochspannung mit den folgenden Spezifikationen

Drain-Source voltage (VDSS) -30 V
Gate-Source voltage  (VGSS) ±20 V

Es gibt zwei Möglichkeiten, das Gate des MOSFET vor zu hoher Spannung oder Überschreiten der Vgs zu schützen.

Einer ist der Spannungsteiler, der die billigste Methode zum Absenken der Spannung ist, aber er hat einen Nachteil, dh mit zunehmender Spannung steigt die Gate-Spannung entsprechend an und kann irgendwann die Nennspannung von Vgs des MOSFET überschreiten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Andere haben eine Zenerdiode parallel zum Widerstand

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In beiden Schaltungen stoppt die Diode am Drain den Rückfluss des Stroms, da die mit dem Ausgang verbundene Elektronik zwei Stromquellen hat, eine ist dieser MOSFET und eine ist direkt 12 V, die mit dieser Schaltung eine gemeinsame Masse teilen, der Rückstrom schaltet die Schaltung ein als Es empfängt 12 V und 5 V werden erzeugt und die MCU ist eingeschaltet, was unerwünscht ist.

  1. Welche Methode ist zuverlässiger, um das Tor zu schützen? Die Nennspannung zum Schalten beträgt meistens 12 V, kann aber manchmal auch bis zu 24 V betragen.

  2. Ist 1K hoch genug, um den MOSFET auszuschalten, wenn der Transistor ausgeschaltet ist?

  3. Besteht die Möglichkeit, dass der MOSFET durch Hochspannung und Hochspannungsfluss durch die Transistorbasis und zum MCU-GPIO beschädigt wird? Wenn ja, wie kann man das vermeiden?

  4. Was der ideale Wert der Zenerdiode sein sollte, die Vgs (max) des MOSFET beträgt 20 V.

Antworten (1)

Der zweite Stromkreis kann entweder den BJT oder den Zener (oder beide) abblasen, wenn 12V_IN tatsächlich größer als 15V ist ...

Sie müssen einen Widerstand wie hier gezeigt hinzufügen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zur Beantwortung Ihrer Frage:

  1. Der zuverlässigste Weg ist der Zener, vorausgesetzt, Sie platzieren den Widerstand wie angegeben.
  2. 1k ist nicht nur genug, sondern könnte auch unnötig niedrig sein, wenn Sie keine Hochgeschwindigkeitsumschaltung wünschen. Viel größere Werte (>>10k) können verwendet werden, wenn Sie diese Schaltung verwenden, um einige Geräte in Ihrem System ein-/auszuschalten.
  3. Spannung fließt nicht. Es wird Schaden nehmen, wenn Sie eine hohe Spannung (dh höher als die Spannungsversorgung Ihrer MCU) an einen GPIO-Pin anlegen oder wenn Sie eine Nennspannung Ihres MOSFET überschreiten.
  4. Wenn v G S , M A X 20V beträgt, dann sollten Sie darauf achten, dass diese Spannung nicht überschritten wird. Sie können keinen 20-V-Zener verwenden (Zener haben wie alle Komponenten einige Toleranzen). Ihr 15-V-Zener ist in Ordnung, aber auch ein 10-V-Zener wäre in Ordnung.
Warum ist ein Widerstand erforderlich, wie Sie vorgeschlagen haben? Was wird der Wert sein?
Ich kann 10K nicht verwenden, die Umschaltzeit ist sehr gering, etwa 10 ms.
Der Widerstand wird benötigt, wenn Sie z. B. 24 V statt 12 V verwenden. Nehmen wir an, dass der aktuelle Gewinn von Q1 nur 30 beträgt (Minimum auf dem Datenblatt). Der Basisstrom beträgt 4,3 mA, daher beträgt der Kollektorstrom 130 mA. Wenn die Zenerspannung 15 V beträgt, beträgt die Verlustleistung 2 W. Am BJT liegt die Restspannung an, also 9V. Das entspricht einer Verlustleistung von 1,2W. Beide Komponenten werden wahrscheinlich durchbrennen. Je höher die Verstärkung, desto höher der Strom, desto höher die Verlustleistung. Der Widerstand verhindert dies, indem er den Strom begrenzt ( v ich − v z ) / R .
Ich verstehe nicht.
@LernerLerner. Ok, nehmen wir an, dass Q1 im eingeschalteten Zustand wie ein idealer Schalter ist. Wenn Sie 24 V haben und Q1 eingeschaltet ist, legen Sie an eine 15-V-Zenerdiode eine Spannung von 24 V an. Dadurch wird Ihre Zenerdiode zerstört, da ein enormer Strom fließt. Wenn Sie den Widerstand einsetzen, "frisst" der Widerstand R die 24V-15V = 9V. Und der Strom wird durch den Widerstand begrenzt. Wenn R groß genug ist, ist der Strom niedrig genug, um Ihren Zener nicht zu zerstören.
Okay, wie berechnet man also, welcher Wert von R geeignet ist?
@LearnerLearner Sie haben zwei Einschränkungen: 1) Geschwindigkeit. Je größer der Widerstand, desto größer die Zeitkonstante R ⋅ C ich N ( C ich N ist die im Datenblatt angegebene MOSFET-Eingangskapazität). Und je länger die Einschaltzeit 2) Verlustleistung am BJT und Zener. Da Sie den BJT in Sättigung versetzen, liegt die größere Verlustleistung am Zener. Wenn Sie 1 kOhm eingeben, liegen ungefähr 9 mA bei Vin = 24 V an. Die auf dem Zener verbrauchte Leistung beträgt 135 mW, dh wenig genug für viele Zenerdioden.
MOSFET-Gate-Schutz
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 2v