MOSFET-Schutz:So schützen Sie ihn richtig

Nichts ist immun gegen Beschädigungen, und dazu gehören auch MOSFETS. Aber warum werden MOSFETs beschädigt? Das Endergebnis ist; MOSFETS erleiden Schäden, wenn Sie sie über ihre Nennwerte hinaus verwenden. Wenn Sie also möchten, dass Ihr MOSFET lange hält und ordnungsgemäß funktioniert, sollten Sie den MOSFET-Schutz ernst nehmen. Zum Glück ist es nicht komplex und leicht zu verstehen. Falls Sie es jedoch schwer verstehen und mehr über den MOSFET-Schutz erfahren möchten, sind Sie hier genau richtig.

In diesem Artikel erzählen wir Ihnen alles über den MOSFET-Schutz und wie Sie MOSFETs in Ihrer Anwendungsschaltung schützen können.

Sind Sie bereit? Lassen Sie uns direkt einsteigen!

Was ist MOSFET-Schutz?

MOSFETs sind zerbrechliche Geräte, die Sie durch falsche Bewegungen leicht beschädigen können. Sie sollten daher vorsichtig damit umgehen, insbesondere wenn sie nicht in irgendeiner Schaltung installiert sind.

Installierte MOSFETs sind jedoch genauso zerbrechlich wie jedes ähnliche Gerät (sowohl in Bezug auf Größe als auch Konstruktion) in einer Schaltung.

Der MOSFET-Schutz umfasst also alle verschiedenen Möglichkeiten, um Ihren MOSFET effektiv vor unvorhergesehenen Schäden zu schützen.

Aber warum sind MOSFETs so schadensanfällig? Nun, MOSFETs verfügen über eine ultradünne Siliziumschicht, die Sie zwischen dem Gate-Pin und dem Kanal finden können. Jetzt werden MOSFETs aufgrund der dünnen Isolierschicht leicht durch zu hohe Gate-Source-Spannung (Vgs) beschädigt.

Warum fallen MOSFETs aus?

MOSFETs

Es ist nicht einfach, die genaue Ursache Ihres beschädigten MOSFETs zu bestimmen, und hier liegt das Problem. Meistens ist uns nicht bewusst, was einen Fehler in einem MOSFET verursachen könnte. Außerdem führt ein Fehler in einem MOSFET zu einer Fehlfunktion und einem anderen Fehlermodus. Und das allein macht es schwierig, die ursprüngliche Ursache für den Ausfall des MOSFET herauszufinden.

Fehlermodi oder -ursachen

Hier sind einige der Ursachen für MOSFET-Fehler:

• Lawinenversagen

Ein Lawinenausfall tritt immer dann auf, wenn Sie die maximale sichere Betriebsspannung eines MOSFET überschreiten. Es verursacht eine Lawinendurchbruchspannung, die nicht so destruktiv ist, aber ausreicht, um Sie mit einem fehlerhaften MOSFET zurückzulassen.

• Kurzschlusslast

Bei Kurzschlüssen induktiver Lasten kommt es zu einem Stromanstieg, der wiederum die Strombegrenzung aktiviert. Dies schützt zwar den Stromkreis vor einem sofortigen Ausfall, garantiert jedoch nicht die Sicherheit Ihrer MOSFETs.

Wenn Sie also dauerhaft zu kurze Kurzschlüsse haben, führt dies schließlich zu Ausfällen.

• Übermäßige Verlustleistung

Dieser Fehlermodus hängt von der Menge der freigesetzten überschüssigen Energie ab. Bei anhaltender Verlustleistung wird der MOSFET heiß genug, um sich vom Stromkreis zu lösen. Obwohl dies nicht zum Ausfall des MOSFET führt, beeinträchtigt es die thermische Leistung des MOSFET.

• Schäden durch Fremdkörper

Fremdkörper wie Späne, Muttern, Unterlegscheiben, Schraubenschlüssel und sogar Schrauben können einen MOSFET schwer beschädigen.

• Überstrom

Übermäßiger Strom durch einen MOSFET führt zu einem Ausfall. Der Ausfall hängt jedoch von mehreren Faktoren ab, wie z. B. wie hoch der Überstrom ist und wie lange Sie ihn durch den MOSFET fließen lassen.

So schützen Sie MOSFETS

Es ist üblich, dass Ihre MOSFETs innerhalb weniger Minuten nach dem Einschalten Ihrer MOSFET-basierten Schaltung überhitzen und abblasen. Und es passiert sogar, obwohl Sie alle Ihre Komponenten korrekt angeschlossen haben.

Wenn Sie also alle Ihre Verbindungen überprüft und bestätigt haben, Ihre MOSFETs aber immer noch beschädigt werden, finden Sie hier einige der besten Möglichkeiten, MOSFETs zu schützen:

Lawinenschutz

MOSFETs können beschädigt werden, wenn ihre Sperrschichttemperatur aufgrund von Überspannungsbedingungen den absoluten Grenzwert überschreitet. Wenn Sie eine Überspannung jenseits der absoluten Höchstspannung an den internen Body-Dioden des MOSFET anlegen, verursacht dies eine Lawinenspannung.

Lawinenschutzschaltung

Quelle:Wikimedia Commons.

Jetzt können Sie dieses Problem einfach lösen, indem Sie eine zusätzliche externe Hochleistungsdiode über die Anschlüsse des MOSFETs installieren. Diese Lösung trägt dazu bei, den Rückstrom über die Dioden zu verteilen, wodurch die Erzeugung übermäßiger Wärme vermieden wird.

Streuinduktivität beseitigen

Ein häufiges Problem des MOSFET ist die Streuinduktivität. Die Streuinduktivität bleibt normalerweise in den Leiterbahnen der Schaltung verborgen.

MOSFET-Schaltplan

Quelle:Wikimedia Commons

Wenn der Strompegel und die Schaltfrequenz hoch sind, erzeugt außerdem die kleinste unbedeutende Erhöhung der Leiterplattenbahn (Verbindungspfad) eine miteinander verbundene Induktivität.

PCB-Schiene

Es wird auch schwere Fehler im Verhalten des MOSFET aufgrund ineffizienter Transienten, Spitzen und Leitung verursachen.

Eine Lösung dafür besteht darin, sicherzustellen, dass Ihre Leiterbahnen breiter sind, wenn Sie Ihre Leiterplatte herstellen, und sicherzustellen, dass sich Ihre Geräte so nah wie möglich am Treiber-IC befinden, der den MOSFET und einander antreibt.

Symbol des Schutzschalters

Quelle:Wikimedia Commons

Bedeutung des Gate-Widerstands

Schädliche Spannungsspitzen an den Drain-/Gate-Pins des MOSFET können ernsthafte Probleme für Ihren MOSFET verursachen.

Um dieses Problem zu lösen, können Sie also einen Widerstand mit niedrigen Werten in Reihe mit dem MOSFET-Gate und der Logikeingangsspannung verwenden.

Somit ermöglicht die Lösung das exponentielle Laden der internen Kondensatoren, was die Wahrscheinlichkeit verringert, dass eine negative Spitze auftritt.

Verwenden von Sperrdioden

Während die Gate-Kapazität mit allmählichem Laden die Wahrscheinlichkeit von schädlichen Spitzen verringert, verzögert sie auch das Entladen der Kapazität. Wenn eine verzögerte Entladung auftritt, führt dies dazu, dass der MOSFET unter Stressbedingungen arbeitet und übermäßige Wärme erzeugt.

Die Lösung für dieses Problem ist das Hinzufügen einer Sperrdiode parallel zum Gate-Widerstand. Außerdem bewältigt es das Problem der verzögerten Entladung, indem es einen Pfad für die elektrostatische Entladung des Gates durch den Logikeingang und die Diode schafft.

Umgekehrte Diodenschaltung

Quelle:Wikimedia Commons

Schutz von MOSFETs vor Überhitzung

Sie können einen reflowfähigen Wärmeschutz an Ihrem MOSFET-basierten Schaltkreis installieren, um eine Überhitzung zu verhindern oder die Wärmeableitung zu ermöglichen.

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Der RTP funktioniert wie ein niederohmiger Widerstand, wenn der MOSFET bei normalen Temperaturen arbeitet, und Sie finden ihn in der Nähe des MOSFET montiert. Auf diese Weise kann der RTP die Temperatur des MOSFET genau erfassen.

Überhitzung des MOSFET-Schaltkreises behoben

Quelle:Wikimedia Commons

Außerdem schaltet der RTP auf einen hochohmigen Widerstand um, wenn die Temperatur des MOSFET ansteigt. Daher verhindert dieser Schalter, dass Strom zum MOSFET fließt, und verhindert, dass er beschädigt wird.

Einen Widerstand zwischen Gate und Source verwenden

Dies ist eine leistungsstarke Möglichkeit, Ihren MOSFET zu schützen und zu verhindern, dass er unter allen Umständen durchbrennt.

Die Verwendung eines Widerstands zwischen Gate und Source (irgendwo zwischen 1 K und 10 K) würde sicherstellen, dass sich Ihr MOSFET schnell ausschalten kann, sobald Sie das Schaltsignal entfernen. Und das verhindert sowohl einen Rasteffekt als auch mögliche Beschädigungen.

Gate/Source-Schaltung

Quelle:Wikimedia Commons

Vorsicht zum Schutz von MOSFET-Geräten

Da N-Kanal-MOSFETs und P-Kanal-MOSFETs empfindliche Geräte sind, müssen Sie immer vorsichtig mit ihnen umgehen.

Schließen Sie Ihren MOSFET außerdem nicht an oder trennen Sie ihn nicht, während Strom durch den Stromkreis fließt. Stellen Sie immer sicher, dass der Strom ausgeschaltet ist, um elektrische Schäden an Ihnen und Ihren teuren MOSFETs zu vermeiden.

Schlussworte

MOSFETs

MOSFET-Schutz ist unerlässlich, und noch wichtiger ist es, die potenziellen Probleme zu kennen und zu wissen, wie sie verhindert oder behoben werden können.

Wir haben einige andere Ursachen für einen MOSFET-Ausfall nicht erwähnt, darunter eine defekte Batterie, die auftritt, wenn die Batterieversorgungsspannung zu niedrig wird, eine schnelle Verzögerung, ein schwarzer Motor und ein dV/dt-Ausfall.

Stellen Sie schließlich sicher, dass Sie Ihre elektronischen Schaltungen richtig optimieren, um die Ausfallrate von MOSFETs zu reduzieren. Damit ist dieser Artikel abgeschlossen. Wenn Sie weitere Hilfe benötigen, können Sie sich gerne an uns wenden. Wir helfen Ihnen gerne weiter.