MOSFET 保護:適切に保護する方法

MOSFET を含め、損傷を受けないものはありません。しかし、なぜ MOSFET は損傷を受けるのでしょうか?要点は次のとおりです。 MOSFET は、定格を超えて使用すると損傷します。したがって、MOSFET を正しく動作させながら長寿命にしたい場合は、MOSFET の保護を真剣に検討する必要があります。幸いなことに、これは複雑ではなく、理解しやすいものです。ただし、理解するのが難しい場合や、MOSFET 保護について詳しく知りたい場合は、適切な場所にいます。

この記事では、MOSFET 保護に関するすべてと、アプリケーション回路で MOSFET を保護する方法について説明します。

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MOSFET 保護とは?

MOSFET は壊れやすいデバイスであり、間違った操作を行うと簡単に損傷する可能性があります。したがって、特にどの回路にも取り付けられていない場合は、慎重に取り扱う必要があります。

ただし、取り付けられた MOSFET は、回路内の同様のデバイス (サイズと構造の両方) と同じくらい壊れやすいものです。

そのため、MOSFET の保護には、MOSFET の予期せぬ損傷を効果的に防止するさまざまな方法が含まれます。

しかし、なぜ MOSFET はそれほど損傷を受けやすいのでしょうか? MOSFET は、ゲートピンとチャネルの間にある極薄のシリコン層を特徴としています。現在、絶縁層が非常に薄いため、MOSFET はゲート-ソース間電圧 (Vgs) が高すぎると簡単に損傷します。

MOSFET が故障する理由

MOSFET

破損した MOSFET の正確な原因を特定することは容易ではありません。ここに問題があります。ほとんどの場合、どのような MOSFET で障害が発生するかについては認識していません。さらに、MOSFET に障害が発生すると、MOSFET が誤動作し、別の障害モードに移行します。これだけでも、MOSFET の故障の元の原因を突き止めるのは困難です。

失敗モードまたは原因

MOSFET の故障の原因の一部を以下に示します:

• 雪崩の失敗

MOSFET の最大安全動作電圧を超えると、アバランシェ障害が発生します。これはアバランシェ ブレークダウン電圧を引き起こしますが、これは破壊的なものではありませんが、MOSFET の不良を残すには十分です。

• 短絡負荷

誘導性負荷が短絡すると、電流が増加し、電流制限が作動します。これは現在の回路を即時の障害から保護しますが、MOSFET の安全性を保証するものではありません。

したがって、短すぎるショートを持続すると、最終的に故障の原因になります。

• 過剰な消費電力

この障害モードは、解放された過剰電力の量によって異なります。持続的な電力損失がある場合、MOSFET は過熱して回路から切り離すことができます。 MOSFET が故障することはありませんが、MOSFET の熱性能が損なわれます。

• 異物の損傷

切りくず、ナット、ワッシャー、スパナ、さらにはボルトなどの異物は、MOSFET に深刻な損傷を与える可能性があります。

• 過剰電流

MOSFET に過剰な電流が流れると、故障の原因になります。ただし、故障は、過剰電流の高さや MOSFET に流す時間など、いくつかの要因によって異なります。

MOSFET を保護する方法

MOSFET ベースの回路をオンにした後、わずか数分で MOSFET が過熱して吹き飛ばされることがよくあります。また、すべてのコンポーネントを正しく接続しているにもかかわらず発生します。

したがって、すべての接続をチェックして確認しても MOSFET がまだ損傷している場合は、MOSFET を保護するための最良の方法をいくつか紹介します。

雪崩保護

過電圧状態により接合部温度が絶対限界を超えると、MOSFET が損傷する可能性があります。 MOSFET の内部ボディ ダイオードに絶対最大電圧を超える過剰な電圧を加えると、アバランシェ電圧が発生します。

なだれ保護回路

出典:ウィキメディア コモンズ

この問題は、MOSFET の端子間に追加の外付けハイパワー ダイオードを取り付けることで簡単に処理できます。このソリューションは、ダイオード全体で逆電流を共有するのに役立ち、過剰な熱の発生を防ぎます。

漂遊インダクタンスを取り除く

MOSFET の一般的な問題の 1 つは浮遊インダクタンスです。浮遊インダクタンスは通常、回路のトラック内に隠れています。

MOSFET 回路図

出典:ウィキメディア コモンズ

さらに、電流レベルとスイッチング周波数が高い場合、PCB トラック (接続パス) のわずかな増加でも相互リンク インダクタンスが発生します。

PCB トラック

また、非効率的な過渡現象、スパイク、および導通により、MOSFET の動作に重大な欠陥が発生します。

これに対する解決策は、PCB を作成するときに配線幅を広くし、デバイスを MOSFET と相互を駆動するドライバー IC にできるだけ近づけることです。

保護回路ブレーカーのシンボル

出典:ウィキメディア コモンズ

ゲート抵抗の重要性

MOSFET のドレイン/ゲート ピン間の有害なスパイクは、MOSFET に重大な問題を引き起こす可能性があります。

したがって、この問題を解決するには、MOSFET ゲートおよびロジック入力電圧と直列に値の小さい抵抗を使用できます。

したがって、このソリューションは内部コンデンサの指数関数的な充電を可能にし、負のスパイクが発生する可能性を減らします。

リバース ダイオードの使用

ゲート静電容量を徐々に充電すると、有害なスパイクの可能性が低くなりますが、静電容量の放電も遅延します。遅延放電が発生すると、ストレスの多い条件下で MOSFET が動作し、過剰な熱が発生します。

この問題の解決策は、ゲート抵抗と並列に逆方向ダイオードを追加することです。また、ロジック入力とダイオードを介してゲートの静電放電の経路を作成することで、遅延放電の問題を処理します。

逆ダイオード回路

出典:ウィキメディア コモンズ

過熱からの MOSFET の保護

MOSFET ベースの回路にリフロー可能な熱保護を取り付けて、過熱を防止したり熱放散を許可したりできます。

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MOSFET が通常の温度で動作する場合、RTP は値の小さい抵抗器のように機能し、MOSFET の近くに取り付けられていることがわかります。このようにして、RTP は MOSFET の温度を正確に検出できます。

過熱 MOSFET 回路の修正

出典:ウィキメディア コモンズ

また、MOSFET の温度が上昇すると、RTP は値の大きい抵抗に切り替わります。したがって、このスイッチは MOSFET への電力の流れを停止し、損傷を防ぎます。

ゲートとソースの間の抵抗器の使用

これは、MOSFET を保護し、いかなる状況下でも溶断を防ぐ強力な方法です。

ゲートとソースの間 (1K から 10K の間の任意の場所) に抵抗を使用すると、スイッチング信号を取り除くとすぐに MOSFET をオフにすることができます。これにより、ラッチング効果と起こり得る損傷の両方を防ぎます。

ゲート/ソース回路

出典:ウィキメディア コモンズ

MOSFET デバイスを保護するための注意事項

N チャネル MOSFET と P チャネル MOSFET は敏感なデバイスであるため、常に注意して取り扱う必要があります。

さらに、回路に電力が流れている間は、MOSFET を接続したり切断したりしないでください。あなたとあなたの高価なMOSFETへの電気的損傷を防ぐために、常に電源がオフになっていることを確認してください.

最後の言葉

MOSFET

MOSFET の保護は不可欠であり、さらに重要なことは、潜在的な問題と、それらを防止または修正する方法を知ることです。

MOSFET の故障のその他の原因には、バッテリーの供給電圧が低くなりすぎたときに発生するバッテリーの欠陥、急速な減速、モーターのブラックアウト、dV/dt の故障などがあります。

最後に、電子回路を適切に微調整して、MOSFET の故障率を減らしてください。これでこの記事は終わりです。さらにサポートが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いさせていただきます。