Vollständiger Schutz des N-MOSFET-Motortreibers

Ich habe viel über MOSFET-Schutz gelesen und dieses Schema erstellt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich dachte, dass Gate und DS ausreichend geschützt sind, aber die Erfahrung hat gezeigt, dass ich mich geirrt habe. Ich habe 3 PCBs gemacht und alle geblasen. Der Motor benötigt im Dauerbetrieb 20 A, aber ich bin sicher, dass Überstrom oder Stromausfall nicht der Grund für den Ausfall des MOSFET waren.

1. Warum funktioniert es nicht?

Jetzt weiß ich, dass D2 zwischen R2 und SW1 liegen sollte, aber was könnte sonst noch Schäden verursachen?

2. Wie kann ich es möglichst störungsfrei machen?

Ich habe ein Schema gesehen, bei dem zwischen Drain und Gate eine bidirektionale TVS-Diode hinzugefügt wurde, aber ob es eine bessere Lösung ist als eine unidirektionale TVS-Diode zwischen Source und Drain?

Welchen MOSFET verwendest du? Was ist die maximale Vgs?
Vgs = 20 V, Vds = 30 V, Id = 100 A
Fügen Sie Ihrem Motor eine Freilaufdiode hinzu!
Ich kann keine Flyback-Diode hinzufügen, da die Projektbedingungen es nicht zulassen, die Kathode der Flyback-Diode an VCC anzuschließen. Die einzige Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, eine Flyback-Diode zwischen R1 und SW1 anzuschließen, also suche ich nach anderen Lösungen.
Nach dem, was Sie gezeigt haben, gibt es keinen Grund, warum Sie keine Flyback-Diode über den Motor legen können, was mich zu der Annahme veranlasst, dass Sie das Problem nicht genug erklärt haben, um gute Antworten zu erhalten. Wenn der MOSFET abschaltet, fließt der durch den Motor fließende Strom weiter und unterbricht den MOSFET, es sei denn, Sie stellen einen Rückweg dafür bereit, der Vds < 30 V hält.
Es ist mein Fehler. Das habe ich vergessen zu erwähnen. Schema . Hier ist eine andere Lösung, wie ich verstehe, wenn es am Drain transient ist, TVS leitet und Vgs ansteigt und den MOSFET einschaltet, sodass der Strom einen Rückweg hat.
Seltsam, dass Sie keine Diode über den Motor legen können. Geht der Mosfet beim Einschalten, Laufen oder Ausschalten kaputt? Wenn Sie ihn ausschalten, müssen Sie in der Lage sein, den vollen Ipk ^ 2 * L / 2 als Lawinenenergie in Ihrem Mosfet oder TVS zu klemmen.
Es ist schwer zu sagen, wann es kaputt geht, aber ich denke, während des Einschaltens. Also muss ich prüfen, welche Lösung besser ist, danke für die Hilfe.

Antworten (2)

Erstens ist Ihre Motorinduktivität mit 1 uH völlig unrealistisch ... Ein realistischerer Wert wäre im Millihenry-Bereich.

Zweitens denke ich, dass Ihr Problem darin besteht, dass Sie einen Überspannungszustand in der Drain-Source-Spannung haben. Ihr Gate scheint mit einer TVS-Diode und einem 100-Ohm-Widerstand in Reihe mit dem Gate gut geschützt zu sein. Sie benötigen jedoch eine schnelle Erholungsdiode über dem Motor. Wenn der Transistor abschaltet (oder in einen offenen Stromkreis gerät, wie andere es vorziehen), muss der in der Motorinduktivität eingeschlossene Strom irgendwo fließen können, und hier kommt die schnelle Erholungsdiode ins Spiel. In Ihrem Spannungsbereich wäre eine Schottky-Diode perfekt, um sie antiparallel zum Motor zu platzieren.

Wenn Sie dies nicht tun, verursacht die hohe Induktivität in Ihrem Motor einen großen Überspannungszustand, der weit über Ihrer maximalen Drain-Source-Spannung (in Ihrem Fall 30 V) klingeln kann. Sie denken vielleicht, dass eine TVS-Diode die Überspannung ableiten könnte, aber dazu müssen sie viel Strom leiten, für den TVS-Dioden nicht ausgelegt sind. Aus diesem Grund sind eine Shottky-Diode oder eine Fast-Recovery-Diode für Ihre Anwendung viel besser geeignet.

Ich hoffe, diese Antwort löst Ihr Problem!

Danke für die Antwort! Ja, es war ein zufälliger Wert der Motorinduktivität. Ich habe eine zweite Lösung gefunden: TVS zwischen Gate und Drain. Wird es in dieser Situation funktionieren?
Ich glaube nicht, dass das Ersetzen (oder Erweitern) von D1 durch eine schnelle Erholungsdiode hilft - die Richtung ist falsch, um den positiven Strom zu leiten, wenn der Mosfet abschaltet. Sie benötigen entweder eine Diode über dem Motor selbst oder eine Diode mit Rückwärtsdurchbruch an D1, entweder eine TVS- oder eine normale Zenerdiode.
@Evan oups... ja du hast vollkommen recht! Die schnelle Erholungsdiode muss wie gesagt antiparallel zum Motor liegen! Ich werde meinen Beitrag editieren...
@Piotr Ich glaube nicht, dass eine TVS-Diode über Drain und Gate helfen würde ... Ich habe nie eine dort angeschlossene TVS-Diode gesehen und theoretisch kann ich keinen Grund finden, warum dies helfen würde ... Entschuldigung!
@A.Baril Wenn die Spannung am Drain zu hoch ist, leitet TVS, sodass der MOSFET eingeschaltet wird und der Strom vom Transienten über den Transistor zur Masse fließt. Auf dem oberen Kommentar ist es Schema.

Berücksichtigen Sie die Induktivität in SOURCE, wenn 20 Ampere geschaltet werden. Angenommen, die Induktivität beträgt 20 NanoHenry (etwa 1 Zoll Draht). Angenommen, die 20 Ampere schalten in 20 Nanosekunden. Was geschieht? V = L * dI/dt

Delta_V_Source = 20nH * 20amp/20nS = 20 Volt

Dein FET ist nicht aus. Bis dieser Übergang abgeschlossen ist.

Auch die Induktivität plus Cgate kann in Resonanz treten. Installieren Sie 100 Ohm, mit dem Widerstandskörper direkt am Gate-Pin. (Torstopper R).

Und wie weit ist die Stromversorgung entfernt? Ein Meter? 1uH Draht. Legen Sie 0,1 UF direkt zwischen die Oberseite des Motors und die GND-Ebene. Zweck: Minimierung der Schleifenfläche und damit Minimierung der im Magnetfeld gespeicherten Energie.

Vollständiger Schutz des N-MOSFET-Motortreibers
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