Impulzní zdroje a měni?e III. - Ochrana tranzistor? a MOSFET? (pro? se lamám stále prorá?í :)

    Snad ka?dy bastlí? se setkal s problémem neustálého prorá?ení MOSFET? nebo jinych vykonnych tranzistor?. D?vodem je nej?astěji absence r?znych ochrannych prvk?. Mnoho konstruktér? té? zapomíná, ?e neexistují ideální tranzistory (bez vnit?ních kapacit, bez zpo?dění, ...) a ideální trafa (bez rozptylu, mezizávitové kapacity, ...) a proto ochranné prvky vynechávají. Doporu?uji té? ?lánek o typech impulzních zdroj?, kde se dozvíte o základní trojici pou?ívanych topologií.

   Popí?u zde základní problémy, na které je pot?eba si p?i návrhu impulzního zdroje (měni?e, SSTC, ...) dávat pozor. Vět?ina pravidel platí i pro bipolární tranzistory.


    Napětí drejnu (D-S)
Maximální napětí nesmí byt NIKDY (ani ?pi?kově) p?ekro?eno, údaj v katalogu je bez rezervy. MOSFETy provozujte do 80% max. napětí D-S. MOSFET pracující do cívky nebo trafa je ohro?en napě?ovymi ?pi?kami, které je nutno omezit.

    Napětí gejtu (G-S)
Maximální povolené napětí gejtu byvá 20V. U MOSFET?, které nemají zabudované zenerky, je nutné p?ipojit zenerku 15 a? 18V mezi G a S.

    Budi? gejtu
P?echod G-S se chová jako kondenzátor. Ve statickém stavu nete?e proud, ale pro zav?ení nebo otev?ení MOSFETu je pot?eba dostate?ny proud do gejtu, tedy dostate?ně tvrdy budi?. Zvlástě p?i zavírání MOSFETu je pot?eba velky proud gejtem (tekoucí ven), proto?e se nevybíjí jen kapacita G-S ale také tzv. Millerova kapacita G-D. Ta je v p?ípadě obvod? napájenych ze sítě nabita na 300 - 500V a p?i vzr?stu napětí na drejnu má tendenci zvy?ovat napětí i na gejtu. To m??e zp?sobit ?áste?né otev?ení tranzistoru ve chvíli, kdy u? má byt zav?eny, co? vede k jeho zni?ení !!!

    dU/dt (strmost nár?stu napětí na drejnu p?i zavírání MOSFETu)
dU/dt je ?asto podceňováno, ale je zna?ně kritické. Jedná se o rychlost nár?stu napětí na drejnu v pr?běhu zavírání tranzistoru. ?ádny tranzistor se nezav?e okam?itě, ale p?echází z vodivého do nevodivého stavu postupně. Problém dU/dt je spojen hlavně s Millerovou kapacitou a ?pi?kovou ztrátou. P?íli? velké dU/dt zp?sobuje kv?lu Millerově kapacitě vysoky proud do gejtu (tendence pootev?ít MOSFET) a také vysokou ?pi?kovou ztrátu. P?edstavte si MOSFET spínající 10A 320V, co? je bě?né u zdroje o vykonu stovek W. Pokud není dU/dt omezeno, tak je?tě v okam?iku kdy, na p?echodu je 320V, te?e drejnem témě? plny proud 10A a ?pi?ková ztráta je 3200W (!!!). To vede k jisté destrukci. Proto je nutno paralelně k induk?nosti nebo k p?echodu D-S p?ipojovat omezovací ?lánek RC nebo RDC. Ten zajistí, ?e nár?st napětí D-S od nuly do maxima je mnohem pomalej?í, ne? p?echod MOSFETu z vodivého do nevodivého stavu. Díky tomu je MOSFET zcela uzav?en u? ve chvíli, kdy napětí D-S stihlo vzr?st jen na zlomek maxima.

    Proud drejnem
Proud drejnem nesmí p?ekro?it max. ?pi?kovou hodnotu a st?ední hodnota proudu nesmí byt p?íli? vysoká, aby se MOSFET nep?eh?ál. (celkem logické :))

    Vykonová ztráta
Vykonové ztrátě musí odpovídat chladi?. Max. ztráta uváděná v katalogu je teoretická hodnota s ideálním chladi?em. Skute?ná ztráta p?i které lze MOSFET provozovat je cca 2x - 5x ni??í. Chladi? musí byt dostate?ně velky a p?ípdně byt doplněn o větrák (nucené chlazení). Tranzistor musí byt ke chladi?i vhodně p?ipevněn. Vhodné je pou?ívat teplovodivou pastu. Situace, kdy se tranzistor p?eh?eje, a? se roztaví cín, a p?i tom chladi? z?stane studeny, je dosti ?astá :).

    Tvrdé spínání
Tvrdé spínání je stav, kdy tranzistor spíná p?ímo do kapacity (bez sériového odporu nebo induk?nosti). Energie v kondenzátoru (p?ípadně energie nutná k jeho nabití) se velmi prudce p?emění na teplo v tranzistoru. Pokud kapacita není zanedbatelná, dojde k jeho destrukci. Pojmem "tvrdé spínání" se někdy ozna?uje té? stav, ve kterém se tranzistor otvírá v okam?iku, kdy je mezi D a S zna?né napětí. To zvy?uje jejich ztrátu.

    Rezonan?ní mód
Tento pojem se pou?ívá nej?astěji ve spojení s polom?stkem, ale i u zesilova?e t?ídy E. Nejedná se v?ak provoz na rezonan?ní frekvenci nějakého LC obvodu. Tímto pojmem se ozna?uje stav, ve kterém se tranzistor otvírá v okam?iku, kdy mezi D a S není ?ádné napětí. To sni?uje jejich namáhání a vykonovou ztrátu. Rezonan?ním módem se vět?inou myslí opak tvrdého spínání. V?echny velké poloml?stkové a m?stkové měni?e pracují v tomto módu. Pro polom?stek je velmi d?le?ité, aby byl nastaven dostate?ny DEADTIME (?as, po ktery jsou oba tranzistiry zav?ené). Tento ?as umo?ňuje, aby vystupní napětí mělo po zav?ení jednoho tranzistoru ?as komutovat (změnit polaritu) d?íve, ne? se sepne druhy tranzistor. Ten se potom sepne bez p?ítomnosti napětí a tím i beze ztrát.


Návrhové vzory pro vykonové zdroje s 1 a 2 MOSFETy:

ochrana mosfetu
OBR.1 - Jedno?inny blokující budi?

ochrana mosfet?
OBR.2 - Dvoj?inny budi? - polom?stek (hodnoty sou?ástek jen pro ilustraci)


OBR.3 - Buzení gejtu vykonného MOSFETu pomocí vystupu integrovaného obvodu (UC3842, IR2153, ...)


OBR.4 - Jednoduchá Rekuperace (systém, ktery odvádí nevyu?itou energii z jádra zpět do filtra?ní kapacity). Chrání transformátor p?ed p?esycením a tím nep?ímo i MOSFET p?ed p?epětím i nadproudem. Rekuperaci je nutno pou?ít tam, kde není zaji?těna trvalá záte? v blokujícím směru (flybacku). Typická je pro jedno?inné propustné měni?e. Rekuperace se pou?ívá spolu s prvky na OBR.1 !!!


Základní trojice typ? ochrannych ?lánk?: RCD pro omezení ?pi?ek, RDC pro omezení dU/dt v jedno?inném zdroji, RC pro omezení dU/dt ve dvoj?inném zdroji.

td (turn off delay=delay time), tr (rise time), ts (turn on delay=storage time), tf (fall time)
A na závěr vysvětlení hodnot td, tr, ts a tf, které najdete v datasheetu.
td (= turn on delay = delay time) znamená ?as od p?ipojení proudu do báze do vzniku proudu kolektorem (p?esněji 10%).
tr (= rise time) je ?as, po ktery stoupá proud kolektoru (od 10% do 90%).
ts (= turn off delay = storage time) znamená ?as od odpojení proudu do báze do okam?iku, kdy proud kolektorem za?ne padat (p?esněji na 90%).
tf (= fall time) je ?as, po ktery klesá proud kolektoru (od 90% do 10%).




zpět na úvodní stránku
手机捕鱼游戏