Zener + MOSFET-Überspannungsschutz

Ihre Schaltungen (ob sie wie beabsichtigt funktionieren oder nicht) scheinen auf der Idee zu beruhen, dass Sie die Last mit einem MOSFET isolieren, wenn ein Überspannungszustand auftritt.

Ich denke, das ist kein toller Ansatz. Überlegen Sie, warum ist überhaupt eine Überspannung aufgetreten? Man könnte sagen, dass es daran liegt, dass die Impedanz der Last zu hoch ist. Wäre die Lastimpedanz niedriger, würde mehr Strom fließen und eine Möglichkeit bieten, überschüssige Energie zu versenken, ohne dass die Spannung zu hoch wird.

Wenn Sie also versuchen, die Last mit einem MOSFET zu isolieren, erhöht dies nur effektiv die Lastimpedanz. Auf viele Dinge, die überhaupt zu Ihrem Überspannungsfehler geführt haben könnten, reagieren sie einfach, indem sie die Spannung noch weiter erhöhen. Dies ist problematisch, weil MOSFETs relativ niedrige Maximalspannungen haben. Wenn eine darüber hinausgehende Source-Drain-Spannung angelegt wird, gehen sie in einen Durchbruch und leiten (ähnlich wie der Rückwärtsdurchbruch einer Diode). Folglich wird Ihre Ladung sowieso geröstet.

Ein anderer Ansatz ist eine Brechstangenschaltung . Anstatt die Last zu trennen, schließen Sie sie kurz (normalerweise mit einem TRIAC oder SCR). Wenn Sie einen Kurzschluss über die Last legen, wird die Spannung reduziert (auf 0 V für einen idealen Kurzschluss). Dies bietet einen sehr effektiven Schutz der Last vor Überspannung.

Dies führt natürlich auch zu einer enormen Stromentnahme aus dem Netzteil. Dadurch brennt die Sicherung durch, die die Stromversorgung vom Stromkreis trennt, und das viel effektiver als ein MOSFET. Darüber hinaus leitet die Brechstange weiter, bis keine Energie mehr vorhanden ist, was zu einer Spannung über der Last führen kann, was einige Zeit dauern kann, je nachdem, was den Fehler verursacht hat und welche reaktiven Komponenten im Stromkreis vorhanden sind.

Du bist in der Nähe.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ich habe mich nur für BSS84 entschieden, weil sie eine niedrige Vgsth hatten, was den Effekt besser zeigt; Sie sollten geeignetere Geräte für M1 und M3 finden, da sie den gesamten Strom führen. Fühlen Sie sich frei, damit in CircuitLab zu spielen, ich finde, es muss für jede Anwendung etwas optimiert werden.

M1 ist für den Verpolungsschutz. Es ist absichtlich "rückwärts" installiert (mit der nicht gezeigten Körperdiodenkathode zur rechten Seite des Stromkreises). Wenn eine Spannung mit der richtigen Polarität angelegt wird, ist der Mosfet eingeschaltet und M1 ist für die Schaltung mehr oder weniger unsichtbar. Wenn eine Spannung mit umgekehrter Polarität angelegt wird, ist M1 ausgeschaltet und seine Body-Diode blockiert auch den Stromfluss. M1 muss so gewählt werden, dass er sowohl einem ausreichenden Durchlassstrom als auch einer Sperrspannung standhalten kann. Bei höheren Spannungen kann es zu Problemen kommen, da viele gängige Mosfets dazu neigen, bei etwa 20 V "auszugeben".

M3 ist normalerweise über R2 eingeschaltet; R1 spannt D1 vor und die Spannung wird an das Gate von M4 angelegt. Wenn die angelegte Spannung ansteigt, kommen wir der Einschaltspannung von M4 immer näher und sie beginnt, das Gate von M3 wieder nach oben in Richtung der Spannung an seinem Drain zu ziehen, wodurch es abgeschaltet wird. Sie müssen D1 so auswählen, dass M4 am gewünschten Überspannungspunkt vollständig eingeschaltet ist, und M4 so, dass es nicht zu früh zu leiten beginnt.

Die Schaltung ist nicht perfekt; Ich habe bereits erwähnt, dass es nicht für Spannungen nahe 20 V geeignet ist, da es schwierig wird, Mosfets zu finden, die dieser Spannung standhalten können. Ich verwende dies hauptsächlich für kleinere, batteriebetriebene Anwendungen mit geringem Strom, bei denen wir uns im Bereich von 3 bis 10 V befinden, wo es angesichts seines günstigen Preises sehr gut funktioniert hat.

Nein. Wenn Sie 15 VDC an den DC-Eingang anlegen, beginnt der Zener zu leiten, dies ist jedoch ein strittiger Punkt, da Sie eine große negative Spannung vom Gate zur Source des PMOSFET haben. Dies wird es sicherlich in die Sättigung treiben und DC IN wird direkt mit Protected DC verbunden , wobei nur Rds (on) dazwischen liegen.

Eine gute Möglichkeit, sich das vorzustellen, ist, wenn der Zener leitet und Strom von der Kathode zur Anode fließt (was bei DC-Eingängen> 13 V der Fall ist), ersetzen Sie ihn durch eine 13-V-Batterie mit dem Minuspol an der Anode und dem Pluspol an der Kathode und es wird deutlich, dass M1 in die Sättigung getrieben wird.

Was Sie zuerst tun möchten, ist Google "Überspannungsschutz-IC" und folgen Sie dann einigen Links. http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/NCP346-D.PDF bietet beispielsweise eine schematische Darstellung und das Innenleben einer repräsentativen Einheit. Wenn Sie nicht ein paar Dollar für das Teil ausgeben möchten, können Sie es mit Reverse Engineering versuchen.

„Wenn ich weiter als andere gesehen habe, dann deshalb, weil ich auf den Schultern von Riesen gestanden habe“ – Isaac Newton

Haben Sie darüber nachgedacht, einen Zener-Shunt mit einer rücksetzbaren Sicherung zu verwenden? Wenn Sie eine schnellere Reaktion benötigen, verwenden Sie stattdessen ein TVS. Dies wird die Überspannung effektiv unterdrücken und die Versorgung vom Stromeinschaltstrom isolieren.

Ein spezifischer IC ist nicht erforderlich, es sei denn, Sie benötigen etwas sehr Spezifisches.

Ersetzen Sie M4 durch eine Zenerdiode (typischerweise 10-15 V, abhängig von der max. Gate-Spannung des Mosfet M3) oder verwenden Sie anstelle von M4 einen normalen pnp-Transistor mit einer höheren Uce (50-200 V), wodurch die Gate-Source von M3 verkürzt wird. Dann hast du keine Probleme mit max. Begrenzungen der Gate-Spannung. Wir brauchen also nicht immer einen speziellen IC für ein einfaches Problem und nicht alle Transistoren müssen MOSFETS sein, es gibt immer noch die normalen wie npn- und pnp-Transistoren. Und sie machen ihren Job!!