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Regras de Selecção de Base MOSFET / Verificações

A tensão máxima de drenagem para a Fonte (max Vds) determina a tensão máxima que pode mudar.

A tensão limite do portão determina a diferença de tensão que você precisa aplicar ao portão para fazer a condução mosfet.

A tensão máxima da Porta para a Fonte (max Vgs) é um factor crítico que não deve ser ultrapassado (mesmo para alguns nS) ou o MOSFET pode ser destruído. Será que os trilhos de alimentação irão disparar? Em caso afirmativo, forneça algum tipo de protecção (por exemplo, supressor de transientes) ou seleccione um dispositivo com uma classificação mais elevada. Ao trocar os trilhos de alta tensão (por exemplo, 24V a partir da lógica de baixa tensão, você pode frequentemente atender a essa exigência usando um divisor de potencial para fornecer ao mosfet uma tensão de porta acima de 0V.

É necessário usar um IC driver mosfet? Se o mosfet tiver uma alta corrente de chaveamento da porta (por exemplo, MOSFETs de alta corrente) ou será chaveado rapidamente (para garantir que o mosfet funcione eficientemente com o mínimo de dissipação de energia), então isso pode ser necessário.

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Notações Gerais

MOSFETs Avançados quando ligados permitem corrente em qualquer direção com um RDSON essencialmente idêntico. Quando desligados bloqueiam a corrente em uma direção.

Por causa de sua alta impedância de entrada os MOSFETs são vulneráveis a danos por descargas eletrostáticas. Às vezes eles têm diodos de proteção integral ou zeners.

Os mosfets de modo de elevação incorporam um diodo entre a fonte e os pinos de drenagem.
Um mosfet duplamente melhorado incorpora dois diodos catódicos de catódico para catódico.

Um MOSFET só requer corrente de porta durante a borda de comutação, para carregar a capacitância GS. Esta corrente de portão pode ser alta.

Para chavear 0V

Utilizar um MOSFET de canal N com a Fonte conectada a 0V (diretamente ou através de uma resistência limitadora de corrente) e a carga conectada ao Drain.

Quando a tensão da Porta excede a tensão da Fonte pelo menos pela Threshold Tensão da Porta que o MOSFET conduz. Quanto mais alta for a tensão, mais o Mosfet pode conduzir.

Os mosfets de canal N têm resistências mais baixas do que os mosfets de canal P, pelo que são preferíveis se tiver a escolha de que lado pode comutar.

N-Canal MOSFETs também podem comutar +V em certas configurações, com o Drain sendo Vin e Source sendo comutados Vout.

Comutar +V com um MOSFET de canal P

Utilizar um MOSFET de canal P com a Fonte ligada a +V (directamente ou através de uma resistência limitadora de corrente) e a carga ligada ao Drain.

Usualmente o pino da Fonte deve ser mais positivo do que o Drain (contudo isto não é verdade quando se usa um P Mosfet para fornecer protecção de polaridade inversa, por exemplo).

Quando a tensão da Porta é inferior à (Tensão de Fonte – Threshold da Porta) que o MOSFET conduz. Se a tensão da porta for maior que esta, ela não conduz. Quanto maior for a diferença de tensão da Fonte, mais o MOSFET pode conduzir.

Os mosfets de canal P têm resistências mais altas do que os mosfets de canal N, por isso são muitas vezes menos preferíveis.

O MOSFET de canal P tem uma vantagem sobre o MOSFET de canal N para algumas aplicações devido à simplicidade do controle on/off. Uma comutação do canal N +V requer uma barra de tensão adicional para o portão; o canal P não requer.

Comutar +V com um MOSFET de canal N

Utilizar um MOSFET de canal N com Dreno conectado a +V e a carga conectada à Fonte.

Mas há um senão com este arranjo – o mosfet liga com base no limiar de Vgs atingido e a tensão da fonte neste arranjo muda entre desligado (0V) e ligado (Vin). Isto significa que você não pode mudar o portão para Vin, você precisa de um trilho de voltagem diferente que seja mais alto que Vin pelo menos pelo limiar de Vgs dos mosfets, e também não exceda a especificação máxima de Vgs.

Resistor de portão

Usar uma resistência de baixo valor entre o condutor MOSFET e o terminal de portão MOSFET amortece quaisquer oscilações de anel provocadas pela indutância de chumbo e pela capacidade do portão que, de outra forma, pode exceder a tensão máxima permitida no terminal de portão. Também reduz a velocidade com que o MOSFET se liga e desliga. Isto pode ser útil se os díodos intrínsecos no MOSFET não ligarem suficientemente rápido.

Se estiver a conduzir um MOSFET a partir de uma linha saltitante, possivelmente ruidosa (por exemplo, contactos de relé), deve usar uma pequena resistência de porta de série perto do MOSFET, para suprimir a oscilação VHF. 22 ohms é suficiente, você pode usar menos.

Se a velocidade / atraso de propagação for crítico, você pode precisar tentar evitar o uso de um resistor de porta ou manter seu valor baixo. Por exemplo, com um sinal de 5V e um FDN335N, um resistor de porta 1K pode adicionar cerca de 200-400nS de atraso de propagação (atraso na comutação da porta para o dreno).

Para MOSFETs de alta corrente a Capacitância do Canal de Porta pode ser muito alta e uma tensão de drenagem de mudança rápida pode produzir miliamperes de corrente transitória de Porta. Isto pode ser o suficiente para sobrecapacitar e até danificar os delicados chips do driver CMOS. Ter uma resistência em série é um compromisso entre velocidade e protecção, sendo típicos os valores de 100R a 10K. Mesmo sem cargas indutivas, há corrente de porta dinâmica. Além disso, os MOSFETs são extremamente susceptíveis a danos causados por descargas electrostáticas e podem ser danificados irreversivelmente por uma única ocorrência de avaria do portão. Por este motivo, é muito boa ideia utilizar resistências de 1K a 10K da série de portões. Isto é especialmente importante se o sinal de Porta provém de outra placa de circuito.

Se um MOSFET pode ser deixado flutuante, então use um resistor de puxar para baixo (100K a 1M geralmente está ok) da Porta para a Fonte.

CIC’s do Driver do Portal

CIC’s do Driver são frequentemente usados para MOSFETs de corrente elevada e quando se usa taxas de comutação rápida devido ao MOSFET precisar de correntes breves mas elevadas para mudar de estado. As entradas de um driver são tipicamente de nível lógico. Muitas vezes os MOSFETs requerem uma unidade de 1 – 2A para alcançar uma comutação eficiente em frequências de centenas de kilohertz. Este acionamento é necessário em uma base pulsada para carregar e descarregar rapidamente as capacitâncias da porta MOSFET.

MOSFETs paralelos

MOSFETs podem ser colocados em paralelo para melhorar a capacidade de manuseio da corrente. Basta unir os terminais Gate, Source e Drain. Qualquer número de MOSFETs pode ser colocado em paralelo, mas note que a capacidade da porta se soma à medida que você paralela mais MOSFETs, e eventualmente o driver MOSFET não será capaz de conduzi-los.

Usar mosquetes de canal N para mudar as tensões positivas

Sim você pode! Desde que as especificações Vgs sejam cumpridas, um canal N normalmente ligará e permitirá que a corrente flua da Fonte para o Drain (Fonte mais positiva que o Drain). O diodo de corpo deixará a corrente fluir de qualquer maneira, mas ligando o mosfet permite que ela flua totalmente.

Usando o Diodo Corporal

Você pode usar o diodo corporal para permitir que a corrente passe pelo mosfet, mas você precisa ter cuidado e saber o que está fazendo para garantir que o mosfet não seja danificado ao fazer isso.

Mosfet True Switch / Bi-Directional Switch With P-Channel MOSFETs

Usando esta disposição de volta para trás dos mosfets do canal P, quando a corrente fluirá em qualquer direção. Quando desligado, ambos os lados estão isolados. Você pode usar qualquer mosfet de canal P típico.

O interruptor transistor é necessário porque os portões precisam ser comutados por uma saída de drenagem aberta para evitar que haja um Vgs grande o suficiente do sinal de ligado e desligado em relação aos trilhos de alimentação conectados aos drenos sendo comutados . O transistor pode ser perdido de um CI de drenagem aberto que pode tolerar as tensões de drenagem quando desligado é usado para fornecer o sinal.

Note que este arranjo só é adequado se a tensão a ser comutada for > Vgs limiar de comutação do mosfet utilizado.

Onde isto não pode ser garantido ou onde o isolamento opto-mosfet é necessário, os relés foto-mosfet de estado sólido são uma ótima solução. Exemplos:

Avago ASSR-1218 – 200mA, 60V classificado. Trocam alegremente tensões baixas como +3V3 sem qualquer queda de tensão que não seja causada pela sua resistência de estado ligado (ou seja, sem a queda de tensão do uso de um transistor de saída do optoisolador).

Mosfet True Switch / Bi-Directional Switch With N-Channel MOSFETs

An example:

Porque os MOSFETs Falham

Insuficiente drive de porta

Os dispositivos MOSFET só são capazes de comutar grandes quantidades de energia porque são projetados para dissipar a mínima energia quando são ligados. Você deve garantir que o MOSFET seja ligado com força para minimizar a dissipação durante a condução. Se o dispositivo não estiver totalmente ligado, então o dispositivo terá uma alta resistência durante a condução e dissipará uma potência considerável como calor.

Sobre Tensão

Exceda a tensão nominal do MOSFETs por apenas alguns nS e poderá destruí-lo. Seleccione os dispositivos MOSFET de forma conservadora para os níveis de tensão previstos e assegure-se que permite ou lida com a supressão de quaisquer picos de tensão ou anéis.

Sobrecarga de corrente de pico

As correntes de sobrecarga por uma curta duração podem causar danos progressivos a um MOSFET muitas vezes com pouco aumento de temperatura perceptível antes da falha. MOSFETS frequentemente cita correntes de pico elevadas, mas estas são normalmente apenas para correntes de pico de uns poucos 100 uS. Se comutar carga indutiva garante uma sobre-avaliação do MOSFET para lidar com as correntes de pico.

Carga de corrente prolongada

Se um MOSFET está passando uma corrente alta, então sua resistência ao estado fará com que ele aqueça. Se o aquecimento for fraco, então o MOSFET pode ser destruído por temperatura excessiva. Uma solução para isso pode ser paralelizar vários MOSFETs para compartilhar altas correntes de carga entre eles.

H ou Full Bridge Configuration Shoot-through / Cross condution

Quando se usa P e N MOSFETS entre trilhos de tensão para fornecer uma tensão de saída H ou L, se os sinais de controle para os MOSFETs se sobrepõem, então eles irão efetivamente curto-circuitar a alimentação e isto é conhecido como condição de shoot-through. Quando ocorre qualquer condensador de desacoplamento da alimentação é descarregado rapidamente através de ambos os dispositivos cada vez que ocorre uma transição de comutação, resultando em pulsos de corrente muito curtos, mas grandes.

Para evitar isto você deve permitir um tempo morto entre as transições de comutação, durante o qual nenhum dos dois MOSFET é ligado.

Sem caminho de corrente de roda livre

Ao comutar cargas indutivas deve haver um caminho de retorno de CEM para roda livre quando o MOSFET se desliga. Os MOSFETs do modo de melhoria incorporam um diodo que fornece esta proteção.

Baixa recuperação reversa do diodo de corpo MOSFET

circuitos ressonantes de alto Q são capazes de armazenar energia considerável na sua indutância e auto-capacitância. Sob certas condições de afinação, isto faz com que a corrente passe a “roda livre” através dos díodos internos do corpo dos dispositivos MOSFET à medida que um MOSFET se desliga e o outro dispositivo se liga. Um problema surge devido ao desligamento lento (ou recuperação inversa) do diodo interno do corpo quando o MOSFET oposto tenta ligar-se. Os díodos corporais MOSFET têm geralmente um longo tempo de recuperação inversa em comparação com o desempenho do próprio MOSFET. Se o díodo de corpo de um MOSFET estiver a conduzir quando o dispositivo oposto é ligado, então ocorre um “curto-circuito” semelhante à condição de disparo descrito acima. Pode resolver o seu problema adicionando um díodo Schottky ligado em série com a fonte MOSFET (evita que o díodo de corpo do MOSFET seja sempre polarizado para a frente pela corrente de rodagem livre) e um díodo de alta velocidade (recuperação rápida) ligado em paralelo ao par MOSFET/Schottky para que a corrente de rodagem livre contorne completamente o MOSFET e o Schottky. Isto assegura que o díodo de corpo MOSFET nunca seja conduzido para a condução. A corrente de roda livre é tratada pelos díodos de recuperação rápida que apresentam menos problemas de disparo.

Baixas transições de comutação

Dissipagem de pouca energia durante os estados de ligação e desligamento constantes, mas dissipação de energia considerável durante os tempos de transição. Portanto, é desejável alternar entre estados o mais rápido possível para minimizar a dissipação de energia durante a comutação. Uma vez que a porta MOSFET parece capacitiva, ela requer impulsos de corrente consideráveis para carregar e descarregar a porta em algumas dezenas de nano-segundos. As correntes de pico da porta podem ser tão altas quanto um amplificador.

Vibração espúria

Entradas MOSFET são impedâncias relativamente altas, o que pode levar a problemas de estabilidade. Sob certas condições, os dispositivos MOSFET de alta tensão podem oscilar em frequências muito altas devido à indutância e capacitância perdida no circuito circundante. (Frequências geralmente em baixa MHz.) Também deve ser utilizado um circuito de transmissão de baixa impedância para evitar o acoplamento de sinais perdidos à porta do aparelho.

Interferência conduzida com o controlador

Conexão rápida de grandes correntes pode causar quedas de tensão e picos transitórios nos trilhos da fonte de alimentação que podem interferir com o circuito de controlo. Devem ser usadas boas técnicas de desacoplamento e aterramento por pontos estelares.

Danos por electricidade estática

MOSFETs são muito sensíveis à estática. Devem ser usadas precauções anti-estáticas de manuseio para evitar danos por óxido de porta.