Hallo! Ich arbeite gerade an einer Schaltung die mehrere open Drain Ausgänge hat. Der Drain Anschluss des N-Kanal FETs wird direkt auf eine Stiftleiste geführt, diese Stiftleiste wird beim an- und abstecken immer wieder vom Benutzer berührt. FETs sind ja bekanntlich sehr empfindlich gegen statische Ladung. Meine Frage nun: wie kann ich den Transistor so schützen das er bei berühren des PINs auch längerfristig nicht beschädigt wird? Ich habe gehört es soll spezielle open Drain FETs für solche Anwendungen geben, allerdings habe ich noch nichts dergleichen gefunden. Vielleicht kann mir ja jemand helfen. Danke & LG, Jonny...
Man könnte doch zum Beispiel, der Einfachheit halber, eine Schutzbeschaltung mit Dioden vorsehen die die maximale Spannung am Pin begrenzen. Oder halt einen geeigneten FET verwenden ;)
Jonny B. schrieb: > FETs sind ja bekanntlich sehr empfindlich gegen statische Ladung. Nur am Gate, nicht am Drain. Da sind sie ungefähr so empfindlich wie ein gewöhnlicher Widerstand. ;-)
Michael schrieb: > Schutzbeschaltung mit Dioden vorsehen die die maximale Spannung am Pin > > begrenzen. Oder halt einen geeigneten FET verwenden ;) Was wäre denn ein geeigneter FET? Und wie würde so eine Schutzbeschaltung aussehen? Mit Zener Dioden? Jörg Wunsch schrieb: > Nur am Gate, nicht am Drain. Da sind sie ungefähr so empfindlich > > wie ein gewöhnlicher Widerstand. ;-) Wieso sind sie denn nur am Gate so empfindlich? Das würde also bedeuten ich kann mir eine Schutzbeschaltung sparen?
Jonny B. schrieb: > Wieso sind sie denn nur am Gate so empfindlich? Weil die Isolationsschicht unter dem Gate nur einige Nanometer dick ist (man kann sie also schon fast nach "Atomlagen" an Siliziumdioxid messen), sodass sich entsprechend E = U / a riesige Feldstärken dort aufbauen. Das ist natürlich im Prinzip gewollt, denn die Feldstärke ist ja letztlich das, was den eigentlichen Einfluss auf den Kanal darstellt (und damit die Steilheit des FET bestimmt), aber bei einer ESD-eingekoppelten Spannung von vielleicht der 100...1000fachen Spannung, für die die Gate-Source-Strecke ausgelegt ist, schlägt das Gateoxid dann irgendwann durch. > Das würde also bedeuten > ich kann mir eine Schutzbeschaltung sparen? Das wiederum hängt natürlich davon ab, insbesondere über welche eingekoppelte Energiemengen man hier spricht. Wenn aber nur die Drain-Source-Strecke zugänglich ist, dann ist ein FET nicht empfindlicher als ein x-beliebiger Bipolartransistor. Wenn die Energiemengen größer werden, kommst du natürlich irgendwann in den Bereich, wo du auch die maximale Drain-Source-Spannung dadurch überschreiten würdest, dann brauchst du weitere Ableitmaßnahmen. (Stell dir als Extremfall einfach mal vor, ein Blitz würde auf den Drain-Kontakt einschlagen. ;-)
Jörg Wunsch schrieb: > Stell dir als Extremfall einfach mal vor, ein Blitz würde auf den > > Drain-Kontakt einschlagen. ;-) Das heißt also ich sollte zur Sicherheit eine Zenerdiode parallel zum Ausgang schalten. Da ja die statische Spannung die man manchmal am Körper hat (zb. Autotüre) im kV bereich liegt oder?
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Ja, die Spannung kann einige kV betragen aber die Energiemenge ist relativ gering (350mJ gelten schon als Lebensgefährlich wenn man die abbekommt, daher nehme ich an, dass sich der Mensch nicht auf eine solche Energiemenge aufladen kann). Eine Zehnerdiode könnte hier durchaus als Schutzmaßnahme wirken. Oder du schließt zwei in Serie verschaltete Diode, die von der negativen Betriebsspannung zur positiven Betriebsspannung gehen. Der fragliche Pin wird dann zwischen beide Diode angeschlossen wodurch dann die Spannung an diesem Pin die jeweilige Betriebsspannung nicht (wesentlich) überschreiten kann. Diese Schutzmaßnahme ist oft schon in ICs integriert die ESD-geschützt sind. Im Anhang mal ein Bild, C1 und R1 stellen mal einen Menschen dar, der mit 15 kV aufgeladen ist (Kapazität nahm ich 100 uF an, bei 15 kV sind das etwa ein dreiviertel Joule, und einen Innenwiderstand von 1k Ohm aufweist). Der Plot zeigt die Entladung. Du siehst, am Pin entsteht grad mal eine Spannung von ca. -1.3 V. Dreht man die Spannung um sind es etwa 13.3V (einfach mal bei der Kondensatorspannung das Vorzeichen drehen ;)). Zum selbst mal simulieren hier der Code für Spice
1 | .tran 0.1m 1 UIC |
2 | .print tran v(Drain) |
3 | D1 0 Drain 1N4007 1.0 OFF TEMP=27 |
4 | D2 Drain 1 1N4007 1.0 OFF TEMP=27 |
5 | Vdc1 1 0 DC 12 |
6 | R1 2 Drain 1k |
7 | C1 0 2 100u IC=15k |
8 | .MODEL 1N4007 D ( |
9 | *Fairchild Semiconductor |
10 | + IS = 3.872E-09 RS = 1.66E-02 N = 1.776 |
11 | + XTI = 3.0 EG = 1.110 CJO = 1.519E-11 M = 0.3554 |
12 | + VJ = 0.5928 FC = 0.5 BV = 1000.0 IBV = 1.0E-03 |
13 | +) |
14 | |
15 | .end |
Die Schutzbeschaltung mit den beiden Dioden sieht gut aus :-P die werde ich verwenden. Wie ich sehe hast du bei der Simulation die 1N4007 verwendet, die scheint ja vollkommen auszureichen. Danke & LG, Jonny...
Die Diode D1 (von GND nach Drain) kannst du dir sparen, da sie der Mosfet schon als Substratdiode (Body-Diode) enthält. Wenn dein Mosfet etwas kräftiger ist (TO-220-Gehäuse o.ä.), hält die Substratdiode zudem ein Vielfaches mehr aus als eine 1N400x (bei einem IRLZ34N bspw. 30A Dauer- und 110A Spitzenstrom). Auch D2 brauchst du wahrscheinlich nicht. Die maximale Drain-Source- Spannung wird zwar bei der elektrostatischen Entladung beim Anfassen deutlich überschritten, so dass ein Avalanche-Durchbruch stattfindet. Dieser zerstört den Mosfet aber nur dann, wenn die Entladungsenergie einen gewissen Wert überschreitet. Nach MIL-STD-883 wird eine Person durch eine auf maximal 4kV geladenen Kapazität von 100pF mit einem Serienwiderstand von 1,5kΩ modelliert. Das entspricht einer Energie von 0,5·(4kV)²·100pF = 0,8mJ, wovon aber nur ein Teil an den Mosfet abgege- ben wird. Ein Mosfet wie der IRLZ34N hält aber 110mJ, also locker zwei Größenordnungen mehr aus. Durch Herumfummeln am Drain-Anschluss wirst du also einen Leistungs- mosfet nicht kaputt bekommen. Wenn du allerdings sehr kleine Mosfets benutzt, kann die Diode zu positiven Versorgungsspannung evtl. sinnvoll sein.
Jonny B. schrieb: > Die Schutzbeschaltung mit den beiden Dioden sieht gut aus :-P die werde > ich verwenden. > Wie ich sehe hast du bei der Simulation die 1N4007 verwendet, die > scheint ja vollkommen auszureichen. > > Danke & LG, Jonny... Das sollte nur die Beschaltung verdeutlichen, die ich meinte. Ist eine Standard-Schutzbeschaltung. Die 1N4007 hab ich nur genommen weil ich durch Zufall aus sie geklickt habe. Es kann auch eine andere sein. Aber wie auch schon Yalu schrieb, dem FET wirds wahrscheinlich eh wurscht sein wenn man ihn am Drain (nicht mit Gate verwechseln) anpackt, ob mit oder ohne Schutzbeschaltung ist egal. Soviel Energie baut sich beim Menschen nicht auf. Yalu schrieb ja, das Modell des Menschen ist 100pF und 1.5 kOhm, ich rechnete mit 100uF und 1 kOhm (schärfere Bedingungen wie sie nie auftreten werden).
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