Schutzschaltungen für High-Side-MOSFET

[Oliver B. (irq)]

Hallo,

ich baue mir gerade einen High-Side-Schalter bestehend aus Treiber + 
NMOS und frage mich, welche Schutzschaltungen ich benötige. Zum einen 
will ich den MOSFET sicher ein- und ausschalten können, zum anderen 
möchte ich, dass er durch Rückwirkungen von der Last nicht zerstört 
werden kann. Ich denke dabei insbesondere an das Schalten von Lasten mit 
induktiven Anteil.

Ich habe in den Datenblättern von Herstellern gespickt, die solche 
High-Side-Schalter herstellen. Gängig ist dabei folgendes:

1) 1 x Zener von Source nach Drain (in Flussrichtung)
2) 2 x Zener von Gate nach Drain, antiparallel (zeigen in die jeweils 
andere Richtung)

Beispiel: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/auir3316.pdf, 
Blockschaltbild Seite 5.

Angenommener Problemfall:

Induktive Last wird abgeschaltet, der Strom in der Spule fließt weiter 
und zieht mein Source-Potential nach unten.

Wird die Drain-Source-Spannung zu groß (Potential am Drain bleibt fix), 
schlägt der MOSFET durch. Hat man nach 1) die Zener extra, leitet die 
und die Body-Diode wird geschont. Durch den Stromfluss wird mein 
Source-Potential wieder angehoben sobald die Energie in der Spule 
abgebaut ist und sowohl MOSFET und Zener sperren wieder. Der 
Ausschaltvorgang war erfolgreich.

Stimmt die Überlegung, oder vergesse ich was? Muss ich noch mehr 
Problemfälle beachten?

Nicht klar ist mir auch, warum zusätzlich die zwei Zenerdioden nach 
Variante 2). Klar, die Gate-Source-Spannung darf nicht zu groß werden, 
sonst ist der Transistor hinüber. Dann würde ich sie aber vom Gate nach 
Source anschließen. Das Gate schalte ich beim Ausschalten außerdem über 
eine Bipolar-Gegentaktstufe auf Source-Potential, d.h. meine 
Gate-Source-Spannung sollte idealerweise Null sein, also auch dann, wenn 
mein Source nach unten gezogen wird und die Drain-Source-Spannung 
steigt. Hier also keine Gefahr. Warum schützt man dann das Gate durch 
zusätzliche Dioden? Und warum die Dioden nach Drain?

Ich habe auch noch andere Schutzschaltungen gefunden, aber kein 
"Patentrezept", was mich schon etwas verwundert hat, daher würde ich 
mich über ein paar Hinweise freuen.

Viele Grüße, Oliver.

[Anja (Gast)]

Du hast dir ein Automotive Datenblatt angeschaut da gelten andere 
"Gesetze".

Beim "Load Dump" (Batterieklemme fällt während Vollast an der 
Lichtmaschine ab) hilft Beschaltung nach 2) (Drain Gate Zener Diode). 
Der Nachteil ist daß die Last aktiviert wird. Da im Auto alle Mosfets so 
beschaltet ist wird die Überspannung (bis 90V) schnell wieder abgebaut.
Die Source Drain Diode ist wahrscheinlich parasitär. Im Normalfall will 
man bei Überspannung den FET einschalten.

Bei Induktiven Lasten mit PWM eignen sich Zener-Dioden weniger. An 
normalen Freilaufdioden wird weniger Leistung verbraten. Es sei denn du 
brauchst eine "Schnellöschung" der Induktivität.

Gruß Anja

[MaWin (Gast)]

Warum nimmst du keinen integrierten TopFET high side MOSFET wie BUK220 
oder so?

Passt dir die Spannung nicht oder hat es einen anderen Grund den du hier 
natürlich nicht mitteilst ?

Ansonsten würde ich bei entfernten Lasten, also Kabel ev. mit Stecker 
zwischen Elektronik und Last, zumindest einen Kurzschlussschutz haben 
wollen, wenn das Netzteil überhaupt mehr Strom liefern kann als der 
MOSFET aushält, also ein IR2125 oder so.

In vielen Schaltungen reicht bei induktiven Lasten die eingebaute Diode 
des (P-Kanal-)MOSFETs und man muss abgehende Kabel nicht beachten, 
kaputt ist kaputt.