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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Überspannungsschutz


Autor: Timmy (Gast)
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Hallo,

an meiner 2.2V Schaltung hängt ein NMOS der 12V schaltet. Sollte mal der 
FET ungünstig kaputt gehen, ist die Schaltung gleich auch kaputt. Die 
maximale Spannung sollte 3V nicht überschreiten. Da es Batteriebetrieb 
ist, möchte ich keine Z-Diode nehmen, da die bei 2.2V schon viel zu viel 
Strom leitet. Es ist eine 1.5uA Schaltung. Das Budget liegt für diesen 
Schutz bei 50nA.

Hat jemand eine Idee?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Warum erwartest du, dass der Mosfet kaputt geht? Wie könntest du den 
Mosfet vor einem Defekt schützen?

Autor: MaWin (Gast)
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Timmy schrieb:
> Hat jemand eine Idee?

Vorwiderstand am MOSFET-Gate damit eventueller Rückstrom über defekte 
Drain-Gate Verbindung deinen Ausgang nicht beschädigt.
Warum allerdings gerade Drain-Gate defekt sein sollte und nicht die viel 
näherliegenden Source-Gate, oder Drain-Source als Kurzschluss sowieso 
keine höhere Drain Spannung zulassen würde, ist schleierhaft. Dein 
Ausfallszenario wäre logisch nicht zu erklären.
Nicht mal abgerisserner Source-Kontakt würde GS-Isolationsspannung, die 
bei NMOSFETs die bei 2.2V schon voll durchgeschaltet sind wohl nur 8V 
beträgt) überschreiten lassen, da am Source sich nur UG-Uth bilden 
könnte.

Autor: Timmy (Gast)
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Der Gate-Widerstand müsste schon 10M betragen um den Rückstrom so klein 
zu halten, dass VCC nicht kontinuierlich ansteigt, da, wie gesagt, der 
Strombedarf der gesamten Schaltung nur 1.5uA beträgt.

Und kannst du mir garantieren, dass bei einem FET, der sich mit 
zischendem Rauch verabschiedet, nicht doch ein voller GDS Kurzschluss 
bildet?

Die Frage ist auch nicht, wie ich den FET schützen kann, sondern wie ich 
die Schaltung, bzw. VCC schützen kann. Das ist eine ganz legitime Frage, 
die sich sicher jeder Designer irgendwann stellt.

Autor: Klaus R. (klara)
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Timmy schrieb:
> Hat jemand eine Idee?

Optokoppler? Oder eine zusätzliche FET-Stufe?

: Bearbeitet durch User
Autor: oszi40 (Gast)
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Timmy schrieb:
> Da es Batteriebetrieb ist
> Das Budget liegt für diesen Schutz bei 50nA.

Wäre ein Schutzwiderstand, der den bösen Gate-Strom auf ein 
verträgliches Maß reduziert und kleine Schutzdioden von + nach minus 
(Sperrrichtung) als stromsparende Idee ein Gate-Schutz für Deinen 
MOSFET? Für den Rest der Schaltung wäre eine 5V-Z-Diode nützlich, falls 
mal die Batterie entfernt wird? Gegen herumfliegende Schrauben oder 
Zinnperlen hilft das aber weniger.

> Optokoppler?
Deine Optokoppler-LED würde mehr Strom brauchen.

Autor: Mark S. (voltwide)
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MaWin schrieb:
> Warum allerdings gerade Drain-Gate defekt sein sollte und nicht die viel
> näherliegenden Source-Gate, oder Drain-Source als Kurzschluss sowieso
> keine höhere Drain Spannung zulassen würde, ist schleierhaft. Dein
> Ausfallszenario wäre logisch nicht zu erklären.

So, meinst Du - und warum gehen dann in netzbetriebenen Flybackwandlern 
bei einem Ausfall des PowerMOSFETs oft auch die Ansteuerbausteine 
kaputt? Richtig, weil beim Durchlegieren auch oft die drain-gate-Strecke 
durchschlägt, was man übrigens mit einem einfachen Durchgangsprüfer 
nachweisen kann

: Bearbeitet durch User
Autor: Mark S. (voltwide)
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Timmy schrieb:
> Der Gate-Widerstand müsste schon 10M betragen um den Rückstrom so klein
> zu halten, dass VCC nicht kontinuierlich ansteigt, da, wie gesagt, der
> Strombedarf der gesamten Schaltung nur 1.5uA beträgt.
>
> Und kannst du mir garantieren, dass bei einem FET, der sich mit
> zischendem Rauch verabschiedet, nicht doch ein voller GDS Kurzschluss
> bildet?
>
> Die Frage ist auch nicht, wie ich den FET schützen kann, sondern wie ich
> die Schaltung, bzw. VCC schützen kann. Das ist eine ganz legitime Frage,
> die sich sicher jeder Designer irgendwann stellt.

Vor dem Problem habe ich auch mal gestanden. Die Lösung: In die 
gate-Leitung fügst Du einen hinreichend hochohmigen Widerstand ein, z.B. 
100kOhm. Diesen überbrückst Du mit einem hinreichend großen Kondensator 
(10..100nF). Kondensator und Widerstand müssen der Betriebsspannung im 
Fehlerfall dauerhaft standhalten.

Wenn es dann knallt im MOSFET, lädt sich der Kondensator einmal auf die 
Betriebsspannung auf, durch den gate-Treiber hindurch.
Diesen kurzen Puls vertragen die nach meiner Erfahrung.

Autor: michael_ (Gast)
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Timmy schrieb:
> n meiner 2.2V Schaltung hängt ein NMOS der 12V schaltet. Sollte mal der
> FET ungünstig kaputt gehen, ist die Schaltung gleich auch kaputt. Die
> maximale Spannung sollte 3V nicht überschreiten. Da es Batteriebetrieb
> ist, möchte ich keine Z-Diode nehmen, da die bei 2.2V schon viel zu viel
> Strom leitet. Es ist eine 1.5uA Schaltung. Das Budget liegt für diesen
> Schutz bei 50nA.

Du hast keine Ahnung!
Der FET geht nicht ungünstig kaputt!
Deine Steuerschaltung geht davon auch nicht kaputt.
Bei Batteriebetrieb ist die Spannung so weich, dass da nichts raucht.
Falls doch so etwas seltenes passieren sollte, ist ein Ersatz doch sehr 
billig.
Und dann hast du etwas falsch gemacht.

Autor: Timmy (Gast)
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uff ok danke ich versuchs mal woanders.

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Timmy schrieb:
> ... kannst du mir garantieren, dass bei einem FET, der sich mit
> zischendem Rauch verabschiedet, nicht doch ein voller GDS Kurzschluss
> bildet?

Natürlich kann dir das niemand garantieren. Genauso wie dir niemand 
garantieren kann, daß dir der Himmel nicht auf den Kopf fällt.

> Die Frage ist auch nicht, wie ich den FET schützen kann, sondern wie ich
> die Schaltung, bzw. VCC schützen kann. Das ist eine ganz legitime Frage,
> die sich sicher jeder Designer irgendwann stellt.

Wohl kaum. Die Frage ist nicht, wie man die Schaltung schützen kann, 
sondern ob man die Schaltung schützen muß.

Aber wenn deine Leidenschaft darin besteht, deine Schaltungen gegen 
beliebig unwahrscheinliche Fehlerszenarien abzusichern, dann wirst du am 
Ende auch mit beliebig teuren Schutzmaßnahmen enden.

Autor: MaWin (Gast)
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Mark S. schrieb:
> warum gehen dann in netzbetriebenen Flybackwandlern bei einem Ausfall
> des PowerMOSFETs oft auch die Ansteuerbausteine kaputt? Richtig, weil
> beim Durchlegieren auch oft die drain-gate-Strecke durchschlägt, was man
> übrigens mit einem einfachen Durchgangsprüfer nachweisen kann

Weil bei einem schnellen Ansteigen der Drain-Spannung durch die CGD 
Miller Kspszität dieses Ansteigen kapazitiv auf das Gate übertragen wird 
und wenn nicht niederohmig genug begrenzt wird dsher die Gate-Spannung 
über die zulässige UGS steigt und das Gate in Richtung Source 
durchschlägt.

Timmy schrieb:
> Und kannst du mir garantieren, dass bei einem FET, der sich mit
> zischendem Rauch verabschiedet, nicht doch ein voller GDS Kurzschluss
> bildet?

Wenn der MOSFET nur noch ein Klumpen Silizium ist, ist D mit S und damit 
Masse niederohmig verbunden, also steigt die Spannung weder an D noch an 
G signifikant an.

Autor: michael_ (Gast)
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Timmy schrieb:
> Der Gate-Widerstand müsste schon 10M betragen um den Rückstrom so klein
> zu halten,

Wie ist der beschaltet?

Timmy schrieb:
> nicht doch ein voller GDS Kurzschluss
> bildet?

Nie erlebt. Du siehst Gespenster. Höchstens D-S.
Schon bei einem Angstwiderstand von 100Ohm wird deiner Schaltung nichts 
passieren.
Was hast du eigentlich für einen FET? Datenblatt?

Autor: rs (Gast)
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Also Drain-Source Kurzschlüsse habe ich schon erlebt.

Grüße

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