MOSFET im Verpolungsschutz

Ich habe so eine Verpolungsschutzschaltung für das Netzteil:

Verpolschutzschaltung

Der verwendete MOSFET hat eine maximale V GS von 10 V, deshalb gibt es eine Zenerdiode von 7,5 V.

Aber was passiert, wenn ich beispielsweise 12 V anschließe? Ich verstehe nicht ganz, wie diese Zenerdiode funktioniert.

  • Es beginnt ab 7,5 V zu leiten.
  • Ab 12 V werden also "4,5 V" zum Gate geleitet.
  • Die Spannung am Gate relativ zur Masse beträgt also +4,5 V.
  • Aber die Spannung am Gate relativ zur Source (V GS ) beträgt –7,5 V (4,5 V – 12 V).
  • Dieser MOSFET benötigt etwa -2 V, um zu leiten. Es bekommt -7,5 V, also funktioniert es deshalb?

Liege ich damit richtig? Verstehe ich das richtig?

Antworten (2)

Wenn Sie plötzlich +12 an den Eingang anschließen, steigt die Quelle sofort auf etwa +11,3, da die Body-Diode leitet.

Das Gate lädt sich in Richtung -11,3 V in Bezug auf die Source durch R? auf. Wenn das Gate die Schwellenspannung erreicht, beginnt der MOSFET-Kanal zu leiten, und wenn die Gate-Source-Spannung einige Volt erreicht, leitet der MOSFET-Kanal fast den gesamten Strom, die Ausgangsspannung liegt nahe bei +12 V. Es wird weiter aufgeladen, bis es etwa -7,5 V erreicht. An diesem Punkt beginnt die Zenerdiode, einen erheblichen Strom vom Gate wegzuleiten.

Im stabilen Zustand mit 12 V am Gate liegt es bei -7,5 V in Bezug auf die Source, und der MOSFET leitet problemlos in die umgekehrte Richtung zum Normalzustand.

Bearbeiten: In Bezug auf den Zener-Gate-Schutz möchte ich unten einen Kommentar in diese Antwort einfügen

Sie können den Zener + Widerstand durch eine direkte Verbindung ersetzen, wenn Sie sicher sind, dass keine Transienten auftreten. Oder mit einem Widerstand, wenn das Gate intern bereits ausreichend geschützt ist. Oder ein Teiler unter ähnlichen Bedingungen. Es gibt eine Schwachstelle, wenn ein Widerstand in dem pathologischen Fall verwendet wird, in dem die Versorgung plötzlich umgekehrt (oder, weniger pathologisch, an Wechselstrom angeschlossen) wird, weil die MOSFET-Gate-Ladung möglicherweise nicht genug Zeit hat, um abzuleiten, und die nachgeschaltete Schaltung wird böse Impuls mit umgekehrter Polarität.

Nun, das ist die Analyse der Schaltung. Aber ich glaube, der Grund ist, dass die Source-Gate-Spannung einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf (sonst würde der Transistor beschädigt werden); der Zener stellt sicher, dass 7,5 V die maximale Vgs-Differenz ist, während "R?" macht es so, dass die Gate-Spannung so niedrig wie möglich ist (was <7,5 V ist). Sie können den Zener stattdessen durch einen einfachen Widerstand ersetzen, wenn Ihr Spannungsbereich / Budget dies abhängig von den FET-Eigenschaften zulässt.
Nebenfrage: Kann diese Schaltung auch anstelle der Schottky-Diode verwendet werden, wenn wenige Stromversorgungsquellen zu einer verbunden werden?
@GuillermoPrandi Ja, das ist der Zweck des Zeners. Sie können den Zener + Widerstand durch eine direkte Verbindung ersetzen, wenn Sie sicher sind, dass keine Transienten auftreten. Oder mit einem Widerstand, wenn das Gate intern bereits ausreichend geschützt ist. Oder ein Teiler unter ähnlichen Bedingungen. Es gibt eine Schwachstelle, wenn ein Widerstand in dem pathologischen Fall verwendet wird, in dem die Versorgung plötzlich umgekehrt wird (oder, weniger pathologisch, an Wechselstrom angeschlossen wird), weil die MOSFET-Gate-Ladung möglicherweise nicht genug Zeit hat, um abzuleiten, und die nachgeschaltete Schaltung wird böse Impuls mit umgekehrter Polarität.
@zupazt3 Es wird nicht verhindern, dass Strom rückwärts fließt (wäre aus Sicht des MOSFET tatsächlich vorwärts). Es gibt Schaltungen, die das tun, was Sie vorschlagen, aber sie sind ziemlich komplex. LTC stellt einige (nicht billige) ICs her, die die Schaltung kapseln.
@SpehroPefhany Ich hatte nicht an das AC / Gate-Ladeproblem gedacht. Guter Tipp!
@SpehroPefhany Im stationären Zustand leitet der p-Mosfet in umgekehrter Richtung (Quelle mit der Last verbunden), verglichen mit der regelmäßigen Verwendung von p-Mosfets (Quelle mit der Versorgung verbunden). Schadet das nicht dem Mosfet?
@DanielK. Nein, es ist vollkommen in Ordnung. Sie können in beide Richtungen dirigieren.

Nun - wenn umgekehrt angeschlossen, würde immer noch der Rückwärtsleckstrom durch die Mosfet-Body-Diode fließen - hoffentlich sehr klein. Jemand schlug vor, dass der Rückstrom (bei 24 V) durch einen SS34 oder etwas ähnliches Shottky 12 mA betragen könnte - und bestätigte, dass er hoffte, dass er die Grafik richtig gelesen hatte - ich vermute hier einen Fehler, da bei 25 ° C für einen SS14 (1 A, 40 V). Das (logarithmische) Diagramm deutet darauf hin, dass 0,05 mA bei 24 V näher liegen - 12 mA scheinen massiv zu sein. Steigt mit steigender Temperatur.

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