TPS24701 Защита от перегрузки по току перегорает МОП-транзистор

Я пытаюсь создать схему, которая будет отключаться, если> 5А отводится вниз по течению, используя контроллер горячей замены TPS24701. Похоже, он предназначен именно для таких вещей. Вот моя схема:

принципиальная электрическая схема

Мне явно нужна какая-то защита вокруг МОП-транзистора, потому что, когда 12V_RELAYS подключены к электронной нагрузке, а потребляемый ток увеличивается до более 5 А, вместо выключения МОП-транзистора полевой транзистор испускает волшебный дым и выходит из строя. где он будет передавать ток, но при большом сопротивлении сильно греется.

Мне кажется, что полевой транзистор пытается выключить в нужное время, но процесс его выключения при полной загрузке схемы приводит к выходу из строя полевого транзистора. Мой вопрос: почему? И как мне это исправить?

Гипотеза: моя текущая рабочая теория заключается в том, что во время выключения напряжение на затворе медленно снижается (за счет стока тока 10 мА, описанного в техническом описании), что на некоторое время переводит его в какой-то линейный режим, но это перегревает полевой транзистор. . Я попытался заменить R75 на резистор 0R, и произошло то же самое, поэтому я не знаю, как еще уменьшить время выключения. Мне просто нужно выбрать другой полевой транзистор? Если да, то каковы здесь критические параметры?

Любая помощь приветствуется!

«полевой транзистор испускает какой-то волшебный дым и переходит в режим, в котором он будет передавать ток, но при высоком сопротивлении сильно нагревается», это сделало мой день :)
Вместо того, чтобы теоретизировать, как насчет небольшого эксперимента? Поставьте мощный диод параллельно МОП-транзистору (чтобы он шунтировал избыточный ток после закрытия МОП-транзистора и, таким образом, ограничивал его Vds, чтобы он не перегорел), подключите регистратор переходных процессов/скоп/мультиметр и попробуйте перегрузить его. Затем посмотрите, как отреагируют Vgs и Vds. Вы также можете временно заменить R30 на более высокое сопротивление, чтобы использовать более безопасные токи для экспериментов.

Ответы (3)

Когда ваша схема входит в режим ограничения тока, полевой МОП-транзистор недостаточно активен на своем затворе, чтобы гарантировать, что ток стока не превышает 5 ампер. Эта функция означает, что вы должны проверить безопасную рабочую зону полевого МОП-транзистора PXN010-30QL на случай, если он может перегореть:

введите описание изображения здесь

Ты видишь проблему?

По сути, напряжение на стоке и истоке МОП-транзистора должно повышаться, чтобы предотвратить попадание в нагрузку более 5 ампер. Учитывая, что ваше входное напряжение составляет 12 вольт, вполне возможно, до 10 вольт на стоке и истоке.

Для непрерывной работы (сплошной черный график на рисунке) И при напряжении 10 вольт между стоком и истоком требуется, чтобы ток стока был ниже 4 мА (согласно приведенному выше графику SOA).

По моим оценкам, ваше устройство «выскакивает» через несколько миллисекунд.

Моя текущая рабочая теория заключается в том, что во время выключения напряжение на затворе медленно снижается, что на некоторое время переводит его в какой-то линейный режим.

Правильный. Затем он переходит в тепловой разгон из-за слишком долгого пребывания в линейном режиме со слишком высоким током стока. Он не предназначен для линейной работы; он разработан для того, что написано на странице 1 технического паспорта: -

Superfast switching with soft-recovery
DC to DC conversion
Battery management
Low-side load switch
Switching circuits
Легким решением проблемы будет сокращение времени срабатывания до менее чем 100 мкс, что, согласно графику, должно находиться в безопасной зоне. Т.е. поменять С36 на 680 пФ. Но зарядка конденсаторов емкостью 66 мкФ до 12 В при 5 А займет 144 мкс, что может привести к срабатыванию пускового тока при включении питания.
Я рекомендую выбрать полевой МОП-транзистор, который подходит для этой цели, а не пытаться изменить цель (которую я считаю ограничителем постоянного тока).
TPS24701 не выполняет непрерывное ограничение тока, он полностью отключается по истечении времени задержки, установленного конденсатором на выводе TIMER.
@jpa - вы совершенно правы - я думал, что цепь была функцией непрерывной защиты. В этом случае ваше предложение определенно заслуживает рассмотрения ОП, хотя я все еще чувствую, что конкретный полевой МОП-транзистор слишком хрупок.
Я согласен - должна быть возможность найти полевой МОП-транзистор, который выдерживает, например, 1 мс импульса 5 А при 12 В, что дает гораздо больше свободы действий при выборе времени срабатывания.
Как насчет добавления драйвера FET? Он может тянуть ~ 1 А через затвор MOSFET, что позволяет включать / выключать его намного быстрее. Это должно быть достаточно быстро? (хотя, наверное, дорогое решение)
@akwky чип может выдавать 10 мА для разряда емкости затвора (580 пФ), что соответствует dv / dt 17 вольт в микросекунду. Таким образом, это немного медленнее по сравнению с драйвером, но драйверы имеют задержку распространения, которую следует учитывать, что может ухудшить их работу в этом типе приложений.
@jpa - у меня такое чувство, что как только происходит быстрое ограничение тока, возможно, чип перезапустится, контролируя пусковой ток, и это может быть порочный круг, который разрушает MOSFET - говорится в техническом описании устройства 701 (стр. 6 ), что он периодически перезапускается после жесткого ограничения тока. Также следует отметить, что порог жесткого отключения более чем вдвое превышает предел тока во время пускового тока, поэтому он будет больше похож на 12 ампер (режим автоматического выключателя). Я думаю, что период перезапуска составляет около 180 мс.
Да, я думаю, что перезапуск - это то, что убивает МОП-транзистор - каждый раз удерживает его в линейной области в течение времени срабатывания 9 мс, в то время как максимальное безопасное время составляет около 0,1 мс. Если не сдохнет с первого раза, то уж точно очень скоро.
  • Поместите 16-вольтовый стабилитрон, подключенный к вашему NMOS VGS, чтобы зафиксировать и защитить ворота.
  • Ваше время срабатывания слишком велико для короткого замыкания: через 500 мкс при коротком замыкании все транзисторы сломаются.
  • Вы находитесь в режиме постоянного тока на вашей нагрузке? Перейдите к постоянному сопротивлению, как если бы напряжение падало при падении нагрузки (например, когда ИС погружает заряды в затвор), это уменьшит ее внутреннее сопротивление, чтобы поддерживать постоянный ток. В своей линейной области ваш NMOS сломается, поскольку его сопротивление велико.
  • Вы говорите, что IC потребляет 10 мА, но вы не рассчитали время падения напряжения в сети RC (резистор затвора - конденсатор затвора). Проверьте время, чтобы опустошить ворота и получить VGS ниже его порога.
  • Ваш чип выполняет активное ограничение тока -> ваш NMOS управляется внутри своей линейной области. Проверьте СОА.

Если вы все еще хотите использовать TPS24701 и полевой МОП-транзистор PXN010-30QL, вот что я нашел на примере пошагового проектирования TPS24701:

Шаг 2: Максимальное сопротивление DS ON должно быть менее 28 мОм (140 мВ / 5 А), которое имеет МОП-транзистор, когда напряжение затвора выше 3 В при 5 А (рис. 8 в его техническом описании), но оно очень быстро растет для более низких значений. напряжения затвора. Пример CSD16403Q5A MOSFET, показанный в TPS24701, примерно в 10 раз меньше, что может объяснить, почему TPS24701 работает с CSD16403Q5A, но не с PXN010-30QL.

Шаг 3: Используя диаграмму @AndyAka от 14:43 октября и комментарий @jpa от 8 октября 8:02, значение tFLT 500 мкс более подходит для напряжения затвора 10 В и тока DS 5 А. В этом случае CT = C36 должно быть:
500 мкс * 10 мкА / 1,35 В = 3704 пФ, и:
tON = tFLT - (MOSFET CISS) * VCC / 2) / Igate, поэтому:

tON = -500 мкс - 580 пФ * 6 В / 20 мкА = 0,326 мс, что дает
COUT = (C39+C35+C11) = tON * 5 А / 12 В = 136 мкФ.

Одна вещь, которая не была объяснена в вашем вопросе, заключается в том, нужен ли вам контроллер с горячей заменой с выключателем максимального тока с выдержкой времени, которым является TPS24701, или просто схема защиты от перегрузки по току, такая как электронный автоматический выключатель, который отключится, когда ток превышает 5 А даже с учетом пускового тока.

Если это то, что вы ищете (схема ограничения тока, которая отключается при определенном токе), вы можете рассмотреть следующее видео https://m.youtube.com/watch?v=fqeUpATJlZY , в котором представлены основы схема ограничения тока, которая может быть применена к любой цепи. Часть 2 и часть 3, хотя и имеют разные названия (см. ссылки на них в описании видео), основываются на нем с окончательным решением, представленным в части 3.

TPS24701 Защита от перегрузки по току перегорает МОП-транзистор
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v