Sélection NMOS FET pour la protection contre les inversions de polarité

Je travaille sur un circuit de protection contre l'inversion de polarité, similaire à celui de la figure 2 de SLVA139: Circuits de protection contre le courant inverse / la batterie . Voici mon circuit:

Mon cas est légèrement plus complexe en raison de la tension d'entrée possible allant de 5-40V. La plupart des MOSFET semblent avoir une tension grille-source maximale V _GS de 20V, j'ai donc besoin de la pince Zener sur la grille (ou d'un FET très grand / cher). Le courant d'entrée maximum sera d'environ 6A.

Ce que je me demande, c'est quelles caractéristiques FET comptent réellement dans cette configuration? Je sais que je veux vraiment une tension de claquage drain-source BV _DSS suffisamment élevée pour gérer la pleine tension d'entrée dans une condition de polarité inversée. Je suis également à peu près sûr de vouloir minimiser R _{DS (on)} pour ne pas introduire d'impédance dans le circuit de masse. Fairchild AN-9010: MOSFET Basics a ceci à dire sur le fonctionnement dans la région ohmique:

"Si la tension drain-source est nulle, le courant de drain devient également nul quelle que soit la tension grille-source. Cette région se trouve sur le côté gauche de la ligne limite V _GS - V _{GS (th)} = V _DS ( V _GS - V _{GS (th)} > V _DS > 0). Même si le courant de drain est très important, dans cette région, la dissipation de puissance est maintenue en minimisant V _{DS (on)} . "

Cette configuration relève-t-elle de la classification V _DS = 0? Cela semble être une hypothèse quelque peu dangereuse à faire dans un environnement bruyant (cela fonctionnera à proximité de divers types de moteurs), car tout décalage de tension entre la masse d'alimentation d'entrée et la masse locale pourrait provoquer un courant. Même avec cette possibilité, je ne suis pas sûr que je dois spec pour mon courant de charge maximale du courant drain I _D . Il s'ensuit que je n'ai pas non plus besoin de dissiper beaucoup de pouvoir. Je suppose que je pourrais atténuer le problème en serrant Zener V _GS plus près de V _{GS (th)} pour réduire le courant / la tension de drain?

Suis-je sur la bonne voie avec cela, ou manque-t-il des détails critiques qui vont faire exploser un minuscule MOSFET dans mon visage?

L'utilisation d'un MOSFET pour la protection contre les inversions de tension est très simple.
Certaines de vos références sont correctes mais peu pertinentes et tendent à rendre le problème plus complexe qu'il ne l'est. Les exigences clés (que vous avez essentiellement déjà identifiées) sont

• Le MOSFET doit avoir suffisamment de Vds_max pour la tension maximale appliquée

• MOSFET Ids_max note plus que suffisant

• Rdson aussi bas que possible.

• Vgs_max non dépassé dans le circuit final.

• La dissipation de puissance telle qu'installée est capable de gérer sensiblement la puissance de fonctionnement de I_operating ^ 2 x Rdson_actual

• La dissipation de puissance telle qu'installée est capable de gérer l'activation et la désactivation des régions de dissipation plus élevées.

• Portail entraîné pour couper "assez rapidement" dans le circuit du monde réel.
  (Pire cas - appliquer Vin correctement puis inverser Vin instantanément. La coupure est-elle assez rapide?)

Dans la pratique, cela est facilement réalisable dans la plupart des cas.
Vin a peu d'effet sur la dissipation de fonctionnement.
Rdson doit être évalué pour le pire des cas susceptible d'être vécu dans la pratique. Environ 2 x Rdson avec titre sont généralement sûrs OU examinez attentivement les fiches techniques. Utilisez les cotes les plus défavorables - NE PAS utiliser les cotes typiques.

L'activation peut être lente si vous le souhaitez, mais notez que la dissipation doit être autorisée.
L'arrêt sous polarité inversée doit être rapide pour permettre une application soudaine de la protection.

Qu'est-ce que Iin max?
Vous ne dites pas ce qu'est I_in_max et cela fait toute la différence dans la pratique.

Vous avez cité:

"Si la tension drain-à-source est nulle, le courant de drain devient également nul indépendamment de la tension grille-à-source. Cette région est sur le côté gauche de la ligne limite VGS - VGS (th) = VDS (VGS - VGS (th)> VDS> 0).

et

Même si le courant de drain est très important, dans cette région, la dissipation de puissance est maintenue en minimisant VDS (on). "

Notez que ce sont des pensées relativement indépendantes de l'auteur. Le premier est essentiellement hors de propos pour cette application.
La seconde dit simplement qu'un FET Rdson bas est une bonne idée.

Tu as dit:

Cette configuration relève-t-elle de la classification VDS = 0? Cela semble être une hypothèse quelque peu dangereuse à faire dans un environnement bruyant (cela fonctionnera à proximité de différents types de moteurs), car tout décalage de tension entre la masse d'alimentation d'entrée et la masse locale pourrait faire circuler le courant. Même avec cette possibilité, je ne suis pas sûr d'avoir besoin de spécifier mon courant de charge maximum sur l'ID du courant de drain. Il s'ensuit que je n'ai pas non plus besoin de dissiper beaucoup de pouvoir. Je suppose que je pourrais atténuer le problème en serrant Zener VGS plus près de VGS (th) pour réduire le courant / la tension de drain?

Trop de réflexion :-).

Lorsque Vin est OK, activez FET dès que possible.
Maintenant, Vds est aussi bas que possible et est défini par Ids ^ 2 x Rdson
Ids = le courant de votre circuit.
À 25 ° C, le Rds ambiant commencera à la valeur indiquée à 25 ° C dans la fiche technique et augmentera si / pendant que le FET chauffe. Dans la plupart des cas, le FET ne chauffera pas énormément.
Par exemple, 1 FET de 20 milliOhm à 1 ampère donne un chauffage de 20 mW. L'élévation de température est très faible dans tout emballage sensible avec un dissipateur thermique minimal. À 10A, la dissipation = 10 ^ 2 x 0,020 = 2 watts. Cela nécessitera un DPAk ou TO220 ou SOT89 ou un meilleur emballage et un dissipateur thermique sensible. La température de la matrice peut être comprise entre 50 et 100 ° C et Rdson augmentera au-dessus de la valeur nominale de 25 ° C. Dans le pire des cas, vous obtiendrez, disons, 40 milliOhm et 4 watts. C'est encore assez facile à concevoir.

Ajouté: En utilisant le 6A max que vous avez fourni par la suite.
PFet = I ^ 2.R. R = P / i ^ 2.
Pour une dissipation maximale de 1 Watt, vous voulez Rdson = P / i ^ 2 = 1/36 ~ = 25 milliohm.
Très facilement réalisable.
À 10 milliohm P = I ^ 2.R = 36 x 0,01 = 0,36W.
À 360 mW, un TO220 sera chaud mais pas chaud sans radiateur mais avec une bonne circulation d'air. Une trace de dissipateur thermique de drapeau le rendra heureux.

Les articles suivants sont tous inférieurs à 1,40 $ / 1 et en stock chez Digikey.

LFPACK 60V 90A 6,4 milliohm !!!!!!!!!!!

TO252 70V 90A 8 milliohm

TO220 60V 50A 8,1 milliohm

Tu as dit:

Je suppose que je pourrais atténuer le problème en serrant Zener VGS plus près de VGS (th) pour réduire le courant / la tension de drain?

Non!
Meilleur épargné pour la fin :-).
C'est exactement le contraire de ce qui est requis.
Votre protecteur doit avoir un impact minimal sur le circuit contrôlé.
Ce qui précède a un impact maximal et augmente la dissipation dans le protecteur par rapport à ce qui peut être obtenu en utilisant un FET Rdson sensiblement bas et en le mettant sous tension.