Spannungsteiler zum Schutz des P-FET-Gates auf einer Polaritätsumkehrschaltung

Ich versuche, einen Polaritätsschutz mit der P-MOSFET-Technik in einem 30-V-Gleichstromkreis zu implementieren

Wie kann ich das Gate eines IRF9540N (Vgs 20v) schützen?

Ich habe gesehen, dass ich einen Spannungsteiler mit 2 Widerständen oder 1 Widerstand und 1 Zenner verwenden kann?

Welches ist das beste?

Wie kann ich die Widerstandswerte richtig berechnen?

Ich habe diese Schaltung auf einem Indestructables gesehen

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Vielen Dank.

Verwenden Sie eigentlich alle drei, zwei Widerstände und den Zener, nur um sicher zu gehen. Technisch würde beides funktionieren. Für den Widerstandsteiler-Ansatz, vorausgesetzt, Sie benötigen dies nicht, um sehr schnell einzuschalten, sind Widerstände mit hohem Wert in Ordnung, um die Stromaufnahme zu minimieren, z. B. im Bereich von 100 k oder höher. Sie würden Widerstände auswählen, um die Vgs auf einem angenehmen Niveau bereitzustellen. Da dieser FET beispielsweise eine Schwellen-Vgs von 4 V hat, stellen Sie ihn so ein, dass er vielleicht 10 V liefert, dh 100 k zwischen Gate und Source und 200 k zwischen Gate und Masse. Wenn Sie den Zener verwenden, klemmt der Zener die Vgs-Spannung, während der Widerstand versucht, die Spannung zu ziehen ...
grundieren. Der Widerstand sollte einen Wert haben, der hoch genug ist, um zu vermeiden, dass der Nennstrom des Zeners (in diesem Fall 100 mA) überschritten wird, aber auch hier muss er nicht so hoch sein, sodass 100 k wahrscheinlich gut funktionieren würden. Warum also beide verwenden (zwei Widerstände und einen Zener)? Wenn es einen Fehler oder ein Lötproblem gibt, zB in der obigen Schaltung, wo der Zener nicht richtig an Vout gelötet ist, würden die Vgs überschritten werden. Das Gleiche gilt, wenn der Hochwiderstand des Teilers fehlt. MOSFETs haben keine Toleranz gegenüber Vgs über die maximale Spezifikation hinaus. Normalerweise ist ein zusätzlicher Widerstand oder Zener viel kostengünstiger als ein FET.
Es gibt eine Möglichkeit, den FET durchzubrennen, selbst wenn Sie den Gate-Source-Zener verwenden. Stellen Sie sich vor, Ihre Schaltung befindet sich beispielsweise in einem 24-V-LKW. Sagen Sie dann, dass Ihr geschützter Ausgang eine große Kapazität aufweist. Dies ist nicht unvernünftig, vielleicht ist es a großes Auto-Audiosystem oder vielleicht ein Wechselrichter. Nehmen wir nun an, wenn die Eingangsspannung schnell abfällt, weil beispielsweise der Motor gestartet wird. Die Lastkapazität entlädt sich über den P-Kanal, da sie immer noch hart ist hat eine kleine Größe und einen geringen Widerstand dann BANG
@Autistic, wenn es so viel Kapazität gibt, könnte auch der Einschaltstrom ein großes Problem sein. OP wäre gut beraten, beide Fälle zu berücksichtigen.
Es ist plausibel, dass die imaginäre Ausrüstung mit der großen Kappe einen internen Mosfet für den Einschaltschutz hat. ABER wir sprechen über den Ausschaltstrom. Der imaginäre interne Mosfet könnte auch durchbrennen. Die Diode ist daher robuster, wenn Sie also einen Fet darüber legen Um den Spannungsabfall zu reduzieren, können Sie die DS-Volt erfassen und das Gate abschalten, um einen Rücklauf zu vermeiden.
@Autist, danke. Aber ich habe keinen Motor an den Stromkreis angeschlossen. Ich habe einen 5-V-DC-DC-Abwärtswandler, der einen Arduino mit Strom versorgt. Der Tiefsetzsteller ist mit 5x 6V-Batterien in Reihe geschaltet. Ich habe eine Sicherung am positiven Batteriekabel und manchmal brennt sie durch, wenn jemand die Verbindung umkehrt, aber in sehr seltenen Fällen brennt der Abwärtswandler durch.

Antworten (1)

Der Zener ist aus zwei Gründen besser:-

  1. Das Gate wird unabhängig von der Eingangsspannung auf eine sichere Spannung geklemmt, während bei einem Widerstandsteiler die Gate-Spannung mit zunehmender Eingangsspannung weiter ansteigt.

  2. Der Zener reduziert die Gate-Spannung nicht, wenn er unter seiner Zener-Spannung liegt, sodass der FET bei niedrigen Eingangsspannungen immer noch gut eingeschaltet ist.

Bei Widerständen müssen Sie die erforderliche Gate-Einschaltspannung gegen die zum Schutz erforderliche Spannungsreduzierung ausgleichen. Das schränkt den Bereich der Eingangsspannungen ein, den die Schaltung handhaben kann, und erfordert sorgfältig ausgewählte Widerstandswerte.

Bei einem Zener muss der Widerstandswert nur hoch genug sein, um den Zener oder Widerstand nicht zu überhitzen, aber niedrig genug, um einen angemessenen Zener-Vorspannungsstrom bereitzustellen und das Gate schnell zu entladen, wenn die Versorgungsspannung plötzlich umgekehrt wird (also 10K ist in Ordnung, aber 10M vielleicht nicht).

Der 1N4740A ist für 25 mA nominell ausgelegt, sollte aber bis auf etwas weniger als 1 mA herunterarbeiten. Bei 30 V muss der Widerstand um 20 V abfallen, sein Wert könnte also von mindestens 20 V/25 mA = 800 Ω bis 20 V/1 mA = 20 k reichen. Bei 10 V erhält der FET fast die gesamten 10 V, sodass er immer noch vollständig eingeschaltet ist.

Um mit einem Widerstandsteiler 10 V am Gate zu erhalten, muss ein Widerstand 20 V und der andere 10 V abfallen, wodurch die Eingangsspannung durch 3 geteilt wird. Der untere Widerstand muss dann doppelt so groß sein wie der obere, dh. Wenn R1 10k ist, dann muss (der Widerstand anstelle von) D1 5k sein.

Bei 10 V teilen die Widerstände die Spannung jedoch immer noch durch 3, sodass der FET nur 3,3 V erhält - nicht genug, um ihn richtig einzuschalten. Dies könnte eine schlechte Nachricht sein, wenn die Stromversorgung „durchbrennt“ oder die Last einen hohen Stoßstrom zieht, der die Eingangsspannung vorübergehend senkt, da der teilweise eingeschaltete FET eine hohe Leistung abgeben und explodieren könnte.

Ich habe einige Tests mit dem Zener- und 10k-Widerstand durchgeführt und es hat großartig funktioniert. Warum beginnt die Schaltung nach 50 V, wenn sie invertiert angeschlossen wird, eine gewisse Spannung zu übertragen?
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