TPS24701 Überstromschutz Durchbrennen des MOSFET

Ich versuche, mit dem Hot-Swap-Controller TPS24701 eine Schaltung zu erstellen, die abschaltet, wenn> 5A stromabwärts gezogen werden. Es scheint genau für solche Dinge ausgelegt zu sein. Hier ist meine Schaltung:

Schaltplan

Ich brauche eindeutig eine Art Schutz um den MOSFET, denn wenn 12V_RELAYS an eine elektronische Last angeschlossen ist und die Stromaufnahme auf über 5A erhöht wird, emittiert der FET etwas magischen Rauch, anstatt dass der MOSFET abschaltet, und fällt in einen Modus wo es Strom überträgt, aber bei hohem Widerstand sehr heiß wird.

Es scheint mir, dass der FET versucht, zum richtigen Zeitpunkt ausgeschaltet zu werden, aber der Vorgang des Ausschaltens, wenn der Stromkreis voll geladen ist, führt zum Ausfall des FET. Meine Frage ist: Warum? Und wie behebe ich es?

Vermutung: Meine derzeitige Arbeitstheorie besagt, dass die Gate-Spannung während des Ausschaltens langsam gesenkt wird (durch die im Datenblatt beschriebene 10-mA-Stromsenke), was sie für eine Weile in eine Art linearen Modus versetzt, aber dies überhitzt den FET . Ich habe versucht, R75 durch einen 0R-Widerstand zu ersetzen, und dasselbe ist passiert, daher weiß ich nicht, wie ich die Ausschaltzeit weiter verkürzen kann. Muss ich nur einen anderen FET wählen? Wenn ja, was sind hier die kritischen Parameter?

Jede Hilfe wird sehr geschätzt!

'Der FET gibt etwas magischen Rauch ab und fällt in einen Modus, in dem er Strom überträgt, aber bei hohem Widerstand sehr heiß wird', das hat mir den Tag versüßt :)
Anstatt zu theoretisieren, wie wäre es mit ein wenig Experimentieren? Legen Sie eine kräftige Diode parallel zum MOSFET (so dass sie den überschüssigen Strom umleitet, sobald der MOSFET schließt, und begrenzt so die Vds, damit sie nicht sofort braten), schließen Sie einen Transientenrekorder / ein Oszilloskop / ein Multimeter an und versuchen Sie es zu überlasten. Sehen Sie dann, wie Vgs und Vds reagieren. Sie können R30 auch vorübergehend durch einen höheren Widerstand ersetzen, um sicherere Ströme zum Experimentieren zu verwenden.

Antworten (3)

Wenn Ihre Schaltung in die Strombegrenzung eintritt, wird der MOSFET an seinem Gate untersteuert, um sicherzustellen, dass der Drainstrom 5 Ampere nicht überschreitet. Diese Eigenschaft bedeutet, dass Sie den sicheren Betriebsbereich des PXN010-30QL MOSFET untersuchen müssen , falls er braten könnte: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Siehst du das Problem?

Grundsätzlich muss die Spannung zwischen Drain und Source des MOSFET ansteigen, um zu verhindern, dass mehr als 5 Ampere in die Last gelangen. Da Ihre Eingangsversorgung 12 Volt beträgt, liegen möglicherweise bis zu 10 Volt zwischen Drain und Source.

Für den kontinuierlichen Betrieb (durchgezogenes schwarzes Diagramm im Bild) UND mit 10 Volt zwischen Drain und Source muss der Drainstrom unter 4 mA liegen (gemäß dem obigen SOA-Diagramm).

Ihr Gerät wird nach ein paar Millisekunden "platzen", schätze ich.

Meine aktuelle Arbeitstheorie ist, dass die Gate-Spannung während des Ausschaltens langsam auf einen niedrigen Wert gebracht wird, was sie für eine Weile in eine Art linearen Modus versetzt

Richtig. Dann geht es in ein thermisches Durchgehen, weil es zu lange im linearen Modus mit einem zu hohen Drainstrom gehalten wird. Es ist nicht für den linearen Betrieb ausgelegt; Es ist für das ausgelegt, was auf Seite 1 des Datenblatts steht: -

Superfast switching with soft-recovery
DC to DC conversion
Battery management
Low-side load switch
Switching circuits
Eine einfache Lösung wäre, die Auslösezeit auf weniger als 100 µs zu reduzieren, was laut Diagramm im sicheren Bereich liegen sollte. Dh C36 auf 680 pF ändern. Das Aufladen der 66-µF-Kondensatoren auf 12 V bei 5 A würde jedoch 144 µs dauern, was dazu führen könnte, dass sie beim Einschaltstrom auslösen.
Ich empfehle, einen zweckdienlichen MOSFET zu wählen, anstatt zu versuchen, den Zweck zu ändern (was meiner Meinung nach ein Dauerstrombegrenzer ist).
TPS24701 führt keine kontinuierliche Strombegrenzung durch, sondern schaltet nach der durch den Kondensator am TIMER-Pin eingestellten Verzögerungszeit vollständig ab.
@jpa - du hast so recht - ich dachte, die Schaltung sei eine kontinuierliche Schutzfunktion. In diesem Fall lohnt es sich auf jeden Fall, Ihren Vorschlag vom OP weiterzuverfolgen, obwohl ich immer noch der Meinung bin, dass ein bestimmter MOSFET zu zerbrechlich ist.
Ich stimme zu - es sollte möglich sein, einen MOSFET zu finden, der zB 1 ms des 5A @ 12V-Impulses tolerieren kann, was viel mehr Spielraum bei der Auswahl der Auslösezeit bietet.
Was ist mit dem Hinzufügen eines FET-Treibers? Es kann ~ 1A durch das Mosfet-Gate ziehen und somit viel schneller ein- und ausschalten. Das sollte schnell genug sein? (wahrscheinlich eine kostspielige Lösung)
@akwky Der Chip kann 10 mA erzeugen, um die Gate-Kapazität (580 pF) zu entladen, und das entspricht einem dv / dt von 17 Volt pro Mikrosekunde. Es ist also ein bisschen langsam im Vergleich zu einem Treiber, aber Treiber müssen eine Ausbreitungsverzögerung berücksichtigen, die sie in dieser Art von Anwendung verschlimmern kann.
@jpa - Ich habe das Gefühl, dass der Chip nach Auftreten der schnellen Strombegrenzung möglicherweise durch Steuern des Einschaltstroms neu gestartet wird, und dies könnte ein Teufelskreis sein, der den MOSFET zerstört - das Datenblatt für das 701-Gerät sagt (Seite 6 ), dass es nach einer harten Strombegrenzung regelmäßig neu startet. Beachten Sie auch, dass die Schwelle zum harten Abschalten während des Einschaltstroms mehr als doppelt so hoch ist wie die Stromgrenze, daher eher 12 Ampere (Leistungsschaltermodus). Ich denke, die Neustartzeit beträgt etwa 180 ms.
Ja, ich denke, dass der Neustart den MOSFET tötet - ihn jedes Mal für die Auslösezeit von 9 ms im linearen Bereich hält, während die maximale sichere Zeit etwa 0,1 ms beträgt. Wenn es nicht beim ersten Mal stirbt, wird es das sicherlich bald tun.
  • Schließen Sie einen 16-V-Zener an Ihren NMOS-VGS an, um das Gate zu klemmen und zu schützen.
  • Ihre Auslösezeit ist viel zu lang für einen Kurzschlusszustand: Nach 500 µs unter einem Kurzschlussereignis brechen alle Transistoren.
  • Befindest du dich bei deiner Last im Konstantstrommodus? Gehen Sie zu einem konstanten Widerstand, als ob die Spannung, die durch die Last abfällt (wie wenn der IC die Ladungen im Gate senkt), seinen Innenwiderstand verringert, um den Strom konstant zu halten. In seinem linearen Bereich wird Ihr NMOS brechen, da sein Widerstand hoch ist.
  • Sie sagen, der IC senkt 10 mA, aber Sie haben die Spannungsabfallzeit des RC-Netzwerks (Gate-Widerstand - Gate-Kondensator) nicht berechnet. Überprüfen Sie die Zeit zum Leeren des Gates und bringen Sie den VGS unter seinen Schwellenwert.
  • Ihr Chip begrenzt aktiv den Strom -> Ihr NMOS wird in seinen linearen Bereich getrieben. Überprüfen Sie die SOA.

Wenn Sie den TPS24701 und den PXN010-30QL-MOSFET dennoch verwenden möchten, habe ich nach dem Schritt-für-Schritt-Designbeispiel des TPS24701 bisher Folgendes gefunden:

Schritt 2: Der maximale DS ON-Widerstand muss weniger als 28 mΩ (140 mV/5 A) betragen, den der MOSFET hat, wenn die Gate-Spannung über 3 Volt bei 5 A liegt (Abb. 8 im Datenblatt), aber er wächst sehr schnell für niedrigere Gate-Spannungen. Das im TPS24701 gezeigte CSD16403Q5A-MOSFET-Beispiel ist etwa 10-mal kleiner, was erklären könnte, warum der TPS24701 für CSD16403Q5A, aber nicht für PXN010-30QL funktioniert.

Schritt 3: Unter Verwendung des Diagramms @AndyAka vom 14. Oktober 14:43 und des Kommentars von @jpa vom 8. Oktober 8:02 ist der tFLT-Wert von 500 µs seitdem besser geeignet für eine Gate-Spannung von 10 Volt und einen DS-Strom von 5 A. In diesem Fall CT = C36 muss sein:
500 µs * 10 µA / 1,35 V = 3704 pF und:
tON = tFLT - (MOSFET CISS) * VCC / 2) / Igate also:

tON = -500µs - 580pF * 6V / 20 µA = 0,326 ms was
COUT = (C39+C35+C11) = tON * 5A / 12 V = 136 µF ergibt.

Eine Sache, die in Ihrer Frage nicht erklärt wurde, ist, ob Sie einen Hot-Swap-Controller mit einem zeitgesteuerten Überstromunterbrecher benötigen, was TPS24701 ist, oder nur eine Überstromschutzschaltung wie einen elektronischen Leistungsschalter, der bei Strom abschaltet selbst unter Berücksichtigung eines Einschaltstroms 5 A überschreitet.

Wenn Sie danach suchen (eine Strombegrenzungsschaltung, die bei einem bestimmten Strom abschaltet), sollten Sie sich das folgende Video https://m.youtube.com/watch?v=fqeUpATJlZY ansehen , das die Grundlagen von a Strombegrenzungsschaltung, die auf jede Schaltung angewendet werden kann. Teil 2 und Teil 3, obwohl sie einen anderen Namen haben (siehe die Videobeschreibung für ihre Links), bauen darauf mit der in Teil 3 vorgestellten endgültigen Lösung auf.

TPS24701 Überstromschutz Durchbrennen des MOSFET
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