Open-Drain-Zuverlässigkeitsprobleme

Ich habe eine Reihe einfacher Platinen wie die unten gezeigte gebaut, um LEDs in Autos zu steuern. Die Platinen haben zwanzig der NX3008-Mosfets in einer Open-Drain-Konfiguration, wie gezeigt, die von einem PIC24 mit PWM gesteuert werden. Ich habe die Schaltung einfach gehalten, um den Chip-Count und damit die Kosten niedrig zu halten, aber ich stelle fest, dass einige meiner Kunden die Mosfets beschädigen, indem sie sie entweder kurzzeitig auf +12 kurzschließen, sie überlasten oder (vielleicht) beschädigen sie mit ESD. Ich selbst bin überhaupt nicht sorgsam damit umgegangen und habe noch keinen mit ESD beschädigt, aber das kommt oft genug vor, dass ich skeptisch bin, dass die anderen beiden Ausfallursachen die einzigen sind. Ansonsten haben sich die Geräte nach korrekter Installation im Fahrzeug als sehr zuverlässig erwiesen.

Wie auch immer, ich suche nach Vorschlägen, wie Schäden an diesen Mosfets verhindert oder gemildert werden können.

Ich überlegte, einen ~5-Ohm-Quellenwiderstand hinzuzufügen, aber das würde nicht nur meine Chipzahl fast verdoppeln, sondern auch viel Wärme auf dieser kleinen Platine abführen, wenn alle 20 auf einmal gehen. Gibt es vielleicht ein besseres Teil zu verwenden?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Haben Sie eine Probe aus dem Feld erhalten oder ist das nur das, was sie sagen?
Das sind ziemlich schwache MOSFETs (30V/230mA) für die Automobilumgebung. Was ist der Fehlermodus? Vielleicht wurden auch die Stromanschlüsse vertauscht? Leider ist es nicht trivial, Dinge idiotensicher zu machen.
Vielleicht schwach, ja. Sie sollen aber nur jeweils ein paar LEDs versorgen. Mit insgesamt 20 sollten Sie über 4 Ampere erreichen.
Komponentenanzahl vs. Kundensituation. Schwierige Wahl.
Glücklicherweise hat es mehr Ausgänge, als die meisten Leute brauchen. Wenn also ein Kunde einen frittiert, lasse ich ihn einfach umprogrammieren, um stattdessen einen anderen Ausgang zu verwenden. Niemand flippt darüber wirklich aus, aber es ist offensichtlich, dass das Produkt noch nicht ganz bereit für die Hauptsendezeit ist. Andererseits gibt es sowieso keinen großen Markt dafür.
@efox Einige Kunden haben Videos eingeschickt und es ist normalerweise ziemlich offensichtlich, was passiert ist. Die meisten meiner Kunden sind Wiederholungstäter, die Geld verdienen, indem sie diese entweder beruflich oder als Hobby für Menschen installieren. Viele von ihnen bekennen sich offen schuldig und freuen sich, dass die Karte für sie noch nutzbar ist. Tatsächlich hatte ich keinen einzigen Kunden, der sein Geld zurück oder sogar einen Ersatz verlangte, das war also ein Segen.
Wer verbaut den 100 Ohm Widerstand?
Der Kunde installiert den Widerstand, weil es davon abhängt, welche LED und wie viele sie verwenden. Das verstehen alle unsere Kunden.

Antworten (2)

Ein grundlegendes Problem besteht darin, dass Sie den MOSFET wahrscheinlich nicht innerhalb seines sicheren Betriebsbereichs betreiben (Sie haben nicht gesagt, wie hoch Ihr LED-Strom ist). Orientieren Sie sich niemals an den „Schlagzeilenspezifikationen“ auf Seite 1 eines Datenblatts. Siehe Seite 4, Abb. 3 des Datenblatts, für Gleichstrombetrieb (Kurve 3 oder 5) bei beispielsweise 15 V (dh die Autobatterie wird geladen), dieser MOSFET möchte nicht mehr als etwa 50-60 mA führen. Mit 100 Ohm in Reihe mit Ihrer LED, ohne etwas über die LED zu wissen, ist mein Verdacht, dass Sie diese Grenze erreicht oder überschritten haben. In diesem Fall ist der MOSFET-Tod nur eine Frage der Zeit.

Aber Sie könnten Recht haben, es können Benutzerinstallations-SNAFUs sein, die einen MOSFET-Ausfall verursachen. Zumindest würde ich eine "Polyfuse" (eine selbstrückstellbare PTC-Sicherung) zwischen der LED und dem MOSFET hinzufügen, um einen gewissen Überstromschutz zu bieten. Orte wie Littlefuse & Belfuse haben hier viele Anleitungen zur Auswahl des Richtigen.

Ich gehe davon aus, dass Sie einen +5-V-PIC24 an einem % V Vcc und keinen 3,3-V-PIC verwenden, da dieser MOSFET mit dem GPIO eines 3,3-V-PIC nicht gesättigt wird. Ich habe das beunruhigende Gefühl, dass Sie, wenn Sie über einen einzelnen Schutzwiderstand streiten, möglicherweise nicht einmal Entkopplungskappen an den Vcc-zu-Gnd-Pins der MCU oder am Ein- und Ausgang des VRegulators haben. Das ist in den besten Zeiten schlecht, aber besonders in der feindlichen Umgebung eines Autos.

Der Verkauf eines Produkts, das der Kunde selbst installieren muss, ohne „Schutz“ verschiedener Art, ist ein Rezept für eine Katastrophe. Kunden kehren immer die Polarität um, wenn sie solche Dinge anschließen, oder wie Sie vermutet haben, stecken Sie 12 V in den D des MOSFET und andere Gräueltaten, die eine unvermeidliche Herausforderung darstellen, um zu versuchen, sie zu mildern. Das ist einer der Unterschiede zwischen einem Hobbyprojekt und einem Produkt :)

Diese Mosfets sind im regulären Teil des Datenblatts tatsächlich für 350 mA spezifiziert. Meistens werden sie mit weniger als 100mA betrieben, aber ein paar Kunden haben mein Datenblatt nicht gelesen und das überschritten. Trotzdem wäre es schön, wenn es einen Schutz hätte, damit es sich einfach ausschaltet, anstatt zu explodieren.
Nein, es ist ein 3,3-V-PIC, ich habe die Sättigungsspannung nicht bemerkt. Ich habe Entkopplungskappen und einen Spannungsregler. Alle Teile sind für Automobilanwendungen spezifiziert, mit Ausnahme der Mosfets.
Dann haben Sie gerade meinen Verdacht bestätigt - "Bis zu 100 mA" mit einer aufgeladenen 14-etwas-V-Batterie, selbst bei idealen 25 ° C (dh Raumtemperatur), sind Sie außerhalb des SOA-Umschlags. Ich würde den MOSFET stark verstärken und eine Polyfuse mit beispielsweise 100 mA Sperrstrom hinzufügen, um vor vorhersehbarer Dummheit der Kunden zu schützen.
Selbst bei 3,3 V Vgs sollten die Rds jedoch ziemlich nahe an denen bei 5 V Vgs liegen, oder? Oder übersehe ich etwas? Ich sehe mir Abbildung 9 hier an: nxp.com/documents/data_sheet/NX3008NBKS.pdf
Wenn es um binäre Ein/Aus-Anwendungen geht, schrauben Sie nicht im nicht/geringfügig gesättigten Bereich herum, sonst schaffen Sie nur Probleme, wo sie nicht sein müssen; Sie benötigen einen MOSFET mit Gate-Spannung auf Logikpegel.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass es sich um einen Gate-Eingang mit Logikpegel handelt - zumindest laut Digikey. Das war Teil meiner Auswahlkriterien. digikey.com/product-detail/de/NX3008NBKS,115/568-10407-1-ND/…
"Gleichstrombetrieb (Kurve 3 oder 5) bei beispielsweise 15 V (dh die Autobatterie wird geladen) möchte dieser MOSFET nicht mehr als etwa 50-60 mA führen. Mit 100 Ohm in Reihe mit Ihrer LED, ohne etwas darüber zu wissen LED, mein Verdacht ist, dass Sie an oder über dieser Grenze sind, in diesem Fall ist der MOSFET-Tod nur eine Frage der Zeit. - Wenn der MOSFET eingeschaltet ist, beträgt Vds nicht 15 V, sondern viel weniger. Bei Vgs = 3,3 V ist der Rds wie 2 Ohm, was in Kombination mit Rled = 100 Ohm Millivolt ergibt.
Ich bin mir nicht sicher, was du meinst @ilkhd?
@ikhd hat meinen Fehler richtig korrigiert :), Sie arbeiten wahrscheinlich innerhalb der SOA. Wenn Ihre Kunden also wirklich „tot bei der Ankunft“ melden (dh tot bei der ersten Verwendung, nachdem sie es durch falsche Verbindungen beschädigt haben), dann würde ich definitiv (a) Polyfuse-Schutz und (b) Verpolungsschutz in Betracht ziehen. mindestens. Es gibt mehrere Gefahren in 12-V-Fahrzeugsystemen, und ich möchte Sie dringend bitten, auch die Ratschläge in dem Link zu lesen, der in der anderen Antwort gepostet wurde.

Ihre Reglerschaltung scheint schmerzhaft einfach zu sein. Wenn Sie einen LDO verwenden, wie das Symbol andeutet, würde ich denken, dass er aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen 12 V (normalerweise 14 V oder mehr) und 3,3 V ziemlich warm wird. Ich würde zu einem Buck-Regler wechseln, wenn Sie nicht bereits einen verwenden.

Haben Sie eine Unterdrückungsschaltung, um Lastabwürfe und andere Gefahren zu bewältigen ? Lastabwürfe können zu kurzzeitigen Spannungsspitzen von bis zu 90 V führen.

Ich weiß, dass Sie gesagt haben, dass Sie persönlich keine ESD-Probleme hatten, aber ich würde den GPIO-Ausgängen des Mikrocontrollers einen ESD-Schutz hinzufügen. Der VESD05A8A-HNH schützt 8 Ausgänge, sodass Sie drei davon benötigen. Sehr klein, 1,4 mm x 1,65 mm. 40 Cent in Mengen von 100 von Digi-Key .

Die Stromaufnahme beträgt nur etwa 12 mA, sodass die Reglerwärme überhaupt nicht schlecht ist. Die Eingänge haben eine Level-Shifter-Schaltung, die 12-V-Logik vom Fahrzeug akzeptiert, diese Schaltung bietet ESD-Schutz für den PIC. Ich möchte diese Diskussion auf den MOSFET konzentrieren, bei dem alle Probleme aufgetreten sind.
@KyleGregory Gotcha. Ich habe nur dafür gesorgt, dass Sie sich um das Stromversorgungsende gekümmert haben, aufgrund der "Blockdiagramm" -Natur des Schaltplans, den ich nicht erkennen konnte. Viele Leute verstehen die Probleme mit der 12-V-Schiene eines Autos nicht, die normalerweise weit über 12 V liegt und großen Spannungsspitzen und viel Lärm ausgesetzt ist.
Ich schätze es. Ich habe den Schaltplan einfach gehalten, weil ich nicht das Ganze zeichnen wollte, sondern zeigen wollte, was insgesamt vor sich ging.
Open-Drain-Zuverlässigkeitsprobleme
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