Делитель напряжения для защиты затвора P-FET в схеме инверсии полярности

Я пытаюсь реализовать защиту от полярности, используя технику P-MOSFET в цепи постоянного тока 30 В.

Как я могу защитить ворота IRF9540N (Vgs 20v)?

Я видел, что я могу использовать делитель напряжения, используя 2 резистора или 1 резистор и 1 zenner?

Какой из них лучше?

Как я могу правильно рассчитать номиналы резисторов?

Я видел эту схему на Indestructables

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Большое спасибо.

На самом деле используйте все три, два резистора и стабилитрон, просто на всякий случай. Технически любой из них будет работать. Для подхода с резисторным делителем, предполагая, что вам не нужно это для очень быстрого включения, резисторы с высоким номиналом подходят для минимизации потребления тока, например, в диапазоне 100 кОм или выше. Вы должны выбрать резисторы, чтобы обеспечить Vgs на удобном уровне, поэтому, например, поскольку этот полевой транзистор имеет пороговое значение Vgs, равное 4 В, установите его, чтобы обеспечить, возможно, 10 В, то есть 100 кОм между затвором и истоком и 200 кОм от затвора до земли. Если вы используете стабилитрон, стабилитрон ограничивает напряжение Vgs, а резистор пытается поднять напряжение...
К земле, приземляться. Резистор должен иметь достаточно высокое значение, чтобы избежать превышения номинального тока на стабилитроне (в данном случае 100 мА), но опять же, он не должен быть таким высоким, поэтому, вероятно, 100 кОм будет работать нормально. Так зачем использовать оба (два резистора и стабилитрон)? Если есть какая-то неисправность или проблема с пайкой, например, в приведенной выше схеме, где стабилитрон неправильно припаян к Vout, Vgs будет превышено. То же самое было бы верно, если бы верхний резистор делителя отсутствовал. МОП-транзисторы имеют нулевую устойчивость к Vgs за пределами максимальной спецификации. Обычно дополнительный резистор или стабилитрон намного дешевле, чем полевой транзистор.
Существует возможный способ взорвать полевой транзистор, даже если вы используете стабилитрон источника затвора. Представьте, что ваша схема находится, скажем, в грузовике на 24 В. Затем скажите, что ваш защищенный выход имеет большую емкость. Это небезосновательно, возможно, это большая автомобильная аудиосистема или, может быть, инвертор. Теперь скажем, если входное напряжение быстро падает, скажем, из-за запуска двигателя. Емкость нагрузки будет разряжаться через канал P, потому что он все еще сильно включен. Пиковый ток ограничен только общим сопротивлением цепи, которое может быть миллиомы, если MOSFET имеет небольшой размер и низкое сопротивление, то BANG
@Autistic, если есть такая большая емкость, то бросок тоже может быть большой проблемой. ОП было бы неплохо рассмотреть оба случая.
Вполне вероятно, что воображаемое оборудование с большой крышкой имеет, скажем, внутренний MOSFET для защиты от бросков тока. НО мы говорим о выбросе тока. Воображаемый внутренний MOSFET тоже может перегореть. чтобы уменьшить падение напряжения, вы можете почувствовать напряжение DS и закрыть затвор, чтобы избежать обратного хода.
@Аутист, спасибо. Но у меня нет двигателя, подключенного к цепи. У меня есть понижающий преобразователь постоянного тока 5 В, питающий Arduino. Понижающий преобразователь подключен к 5 батареям по 6 В последовательно. У меня есть предохранитель на положительном проводе аккумулятора, и иногда он перегорает, когда кто-то переворачивает соединение, но в очень редких случаях перегорает понижающий преобразователь.

Ответы (1)

Зенер лучше по двум причинам:

  1. Затвор ограничивается безопасным напряжением независимо от входного напряжения, тогда как с резисторным делителем напряжение затвора продолжает увеличиваться по мере увеличения входного напряжения.

  2. Зенер не снижает напряжение затвора, когда оно ниже напряжения стабилитрона, поэтому полевой транзистор все еще будет хорошо включен при низких входных напряжениях.

С резисторами вам необходимо сбалансировать требуемое напряжение включения затвора с уменьшением напряжения, необходимым для защиты. Это ограничивает диапазон входных напряжений, с которыми может работать схема, и требует тщательного выбора номиналов резисторов.

Со стабилитроном значение резистора должно быть достаточно высоким, чтобы не перегревать стабилитрон или резистор, но достаточно низким, чтобы обеспечить адекватный ток смещения стабилитрона и быстро разрядить затвор, если напряжение питания внезапно изменится на противоположное (так что 10 кОм в порядке, но 10M может и не быть).

1N4740A рассчитан на номинальный ток 25 мА, но должен работать до чуть менее 1 мА. При 30 В на резисторе должно падать 20 В, поэтому его значение может варьироваться от 20 В/25 мА = 800 Ом до 20 В/1 мА = 20 кОм. При 10В на полевой транзистор попадут почти все 10В, так что он все равно будет полностью включен.

С резисторным делителем, чтобы получить 10 В на затворе, на одном резисторе должно падать 20 В, а на другом 10 В, таким образом, входное напряжение делится на 3. Тогда нижний резистор должен быть в два раза больше верхнего, т.е. если R1 равен 10 кОм, то (резистор вместо) D1 должен быть 5 кОм.

Однако при 10 В резисторы все равно будут делить напряжение на 3, поэтому полевой транзистор получит только 3,3 В - этого недостаточно для его правильного включения. Это может быть плохой новостью, если источник питания «перегорает» или нагрузка потребляет большой импульсный ток, который на мгновение падает входное напряжение, поскольку частично включенный полевой транзистор может рассеивать большую мощность и взорваться.

Я провел несколько тестов с использованием стабилитрона и резистора 10 кОм, и все отлично сработало. Почему после 50в при перевернутом подключении по цепи начинают пропускать какое-то напряжение?
Делитель напряжения для защиты затвора P-FET в схеме инверсии полярности
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v