Nada é imune a danos, e isso inclui os MOSFETS. Mas porque é que os MOSFETS se danificam? A questão é: os MOSFETS sofrem danos quando são utilizados para além das suas capacidades. Por isso, se quiser que o seu MOSFET tenha uma vida longa e funcione corretamente, deve levar a sério a proteção do MOSFET. Felizmente, não é complexo e é fácil de compreender. No entanto, se achar que é difícil de entender e quiser saber mais sobre a proteção MOSFET, então está no sítio certo.
Neste artigo, vamos contar-lhe tudo sobre a proteção MOSFET e como proteger os MOSFETs no seu circuito de aplicação.
Está pronto? Vamos lá começar!
O que é a proteção MOSFET?
Os MOSFETs são dispositivos frágeis que podem ser facilmente danificados por um movimento errado. Por isso, deve manuseá-los com cuidado, especialmente quando não estão instalados em nenhum circuito.
No entanto, os MOSFETs instalados são tão frágeis como qualquer dispositivo semelhante (tanto em tamanho como em construção) num circuito.
Assim, a proteção do MOSFET envolve todas as diferentes formas de prevenir eficazmente o seu MOSFET de danos imprevistos.
Mas porque é que os MOSFETs são tão sensíveis aos danos? Bem, os MOSFETs possuem uma camada ultra-fina de silício que se encontra entre o pino da porta e o canal. Agora, os MOSFETs são facilmente danificados por demasiada tensão porta-fonte (Vgs) devido à espessura da camada isolante.
Porque é que os MOSFETs falham?
MOSFETs
Não é fácil determinar a causa exacta do seu MOSFET danificado, e é aqui que reside o problema. Na maioria das vezes, não sabemos o que pode causar uma avaria num MOSFET. Além disso, uma avaria num MOSFET provoca o seu mau funcionamento e entra num modo de avaria diferente. E só isto já torna difícil descobrir a causa original da falha do MOSFET.
Modos de falha ou causas
Aqui estão algumas das causas de falha do MOSFET:
Falha de Avalanche
A falha por avalanche ocorre sempre que se ultrapassa a tensão máxima de funcionamento seguro de um MOSFET. Isso causa uma tensão de rutura de avalanche que não é tão destrutiva, mas o suficiente para deixá-lo com um MOSFET defeituoso.
Carga em curto-circuito
Quando as cargas indutivas sofrem um curto-circuito, há um aumento de corrente que, por sua vez, ativa o limite de corrente. Embora isto proteja o circuito de corrente de uma falha imediata, não garante a segurança dos seus MOSFETs.
Assim, se tiver curtos-circuitos sustentados demasiado curtos, acabará por causar falhas.
Excesso de dissipação de energia
Este modo de falha depende da quantidade de energia em excesso libertada. Se houver uma dissipação de energia sustentada, o MOSFET aquecerá o suficiente para se separar do circuito. Embora não provoque a falha do MOSFET, danifica o desempenho térmico do MOSFET.
Danos causados por objectos estranhos
Objectos estranhos como espadas, porcas, anilhas, chaves e até parafusos podem causar danos graves num MOSFET.
Excesso de corrente
A passagem de corrente em excesso através de um MOSFET provoca uma falha. No entanto, a falha depende de vários factores, tais como a intensidade da corrente em excesso e o tempo que a deixa passar pelo MOSFET.
Como proteger MOSFETS
É comum os seus MOSFETs sobreaquecerem e explodirem poucos minutos depois de ligar o seu circuito baseado em MOSFETs. E isso acontece mesmo depois de ligar todos os seus componentes corretamente.
Por isso, se verificou e confirmou todas as suas ligações mas os seus MOSFETs continuam a ficar danificados, aqui estão algumas das melhores formas de proteger os MOSFETs:
Proteção contra avalanches
Os MOSFETs podem ficar danificados quando a sua temperatura de junção excede o limite absoluto devido a condições de excesso de tensão. Quando se aplica uma tensão excessiva para além da tensão máxima absoluta através dos díodos internos do corpo do MOSFET, provoca-se uma tensão de avalanche.
Circuito de proteção contra avalanches
Fonte: Wikimedia Commons.
Agora, pode lidar facilmente com este problema instalando um díodo externo extra de alta potência nos terminais do MOSFET. Esta solução ajuda a partilhar a corrente inversa entre os díodos, eliminando a geração de calor em excesso.
Eliminar a indutância dispersa
Um problema comum do MOSFET é a indutância dispersa. A indutância dispersa geralmente fica escondida dentro dos trilhos do circuito.
Diagrama de circuito do MOSFET
Fonte: Wikimedia Commons
Além disso, quando o nível de corrente e a frequência de comutação são elevados, o mais pequeno aumento insignificante na pista do PCB (caminho de ligação) criará indutância interligada.
Pista da placa de circuito impresso
Também causará defeitos graves no comportamento do MOSFET devido a transientes ineficientes, picos e condução.
Uma solução para este problema consiste em garantir que as suas pistas são mais largas ao fazer a sua placa de circuito impresso e garantir que os seus dispositivos estão o mais próximo possível do IC controlador que acciona o MOSFET e uns dos outros.
Símbolo do disjuntor de proteção
Fonte: Wikimedia Commons
Importância da resistência da porta
Picos prejudiciais através dos pinos de drenagem/porta do MOSFET podem causar problemas graves para o seu MOSFET.
Assim, para resolver este problema, pode usar uma resistência com valores baixos em série com a porta do MOSFET e a tensão de entrada lógica.
Assim, a solução permite o carregamento exponencial dos capacitores internos, o que reduz as chances de ocorrer um pico negativo.
Usando Diodos Inversos
Embora a capacitância da porta de carregamento gradual reduza as hipóteses de picos prejudiciais, também atrasa a descarga da capacitância. Quando a descarga atrasada acontece, faz com que o MOSFET funcione em condições de stress e gere calor excessivo.
A solução para este problema é adicionar um díodo invertido em paralelo com a resistência da porta. Além disso, resolve o problema da descarga retardada criando um caminho para a descarga eletrostática da porta através da entrada lógica e do díodo.
Circuito de Diodo Reverso
Fonte: Wikimedia Commons
Proteção dos MOSFETs contra o sobreaquecimento
Pode instalar uma proteção térmica reflowable no seu circuito baseado em MOSFETs para evitar o sobreaquecimento ou permitir a dissipação de calor.
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O RTP funciona como uma resistência de baixo valor quando o MOSFET funciona a temperaturas normais, e pode encontrá-lo montado perto do MOSFET. Desta forma, o RTP pode detetar com precisão a temperatura do MOSFET.
Correção do circuito de sobreaquecimento do MOSFET
Fonte: Wikimedia Commons
Além disso, o RTP muda para um resistor de alto valor à medida que a temperatura do MOSFET aumenta. Portanto, esse interrutor impede que a energia flua para o MOSFET e evita que ele seja danificado.
Utilizar uma resistência entre a porta e a fonte
É uma forma poderosa de salvaguardar o seu MOSFET e evitar que ele expluda em qualquer circunstância.
A utilização de uma resistência entre a porta e a fonte (entre 1K e 10K) garante que o seu MOSFET se desliga rapidamente quando o sinal de comutação é removido. E isso evita tanto um efeito de travamento quanto possíveis danos.
Circuito Porta/Fonte
Fonte: Wikimedia Commons
Precauções para proteger os dispositivos MOSFET
Uma vez que os MOSFETs de canal N e os MOSFETs de canal P são dispositivos sensíveis, deve manuseá-los sempre com cuidado.
Para além disso, não ligue ou desligue o seu MOSFET enquanto houver energia a passar pelo circuito. Certifique-se sempre de que a energia está desligada para evitar danos eléctricos a si e aos seus caros MOSFETs.
Palavras finais
MOSFETs
A proteção dos MOSFETs é essencial e o mais importante é conhecer os potenciais problemas e saber como os evitar ou resolver.
Não mencionámos algumas outras causas de falha do MOSFET, incluindo uma bateria defeituosa, que acontece quando a tensão de alimentação da bateria se torna demasiado baixa, desaceleração rápida, motor apagado e falha dV/dt.
Finalmente, certifique-se de que ajusta corretamente os seus circuitos electrónicos para reduzir a taxa de falha do MOSFET. Se precisar de mais assistência, não hesite em contactar-nos e teremos todo o gosto em ajudar.
