Защита MOSFET от КЗ Опции

[Sergey379]

прикидываю схему защиты от КЗ для MOSFET. Напряжение управляемое транзистором 220, ток в районе 2А. Нарисовал идейную схему. Принцип такой: Резистор-датчик тока по мере нарастания тока в нагрузке открывает транзистор (не MOSFET) и когда превышается определенный порог, открываются стабилитроны, и затвор оказывается на земле. скажите, такая схема жизнеспособна?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

Сначала поясните, какие свойства от схемы защиты вы желаете получить? Чтобы ток в нагрузке ограничивался или чтобы транзистор не перегревался при к.з в нагрузке?

Модератор.
Тему переместил.

[yakub_EZ]

В миру уже давно распространены микросхемы - MOSFET драйверы с ограничением тока транзистора.
На вскидку - IR2121 и транзисторы с датчиком тока
Возможно они решат вашу задачу

[Sergey379]

Сначала поясните, какие свойства от схемы защиты вы желаете получить? Чтобы ток в нагрузке ограничивался или чтобы транзистор не перегревался при к.з в нагрузке?

Чтобы при привышении тока, транзистор отключался на 10 сек, например. Просто ограниечение тока не подойдет, так как это может быть случайное замыкание выходов.

Ставить драйвер нехочется из-за дополнительных расходов и места.

Речь идет о диммере. MOSFETы на выходе. IR2121 стоит 110 руб. Для диммера такой элемент слишком дорог.

[Microwatt]

Не. не будет работать.
В схеме будет плавное ограничение тока и рост рассеиваемой мощности до выгорания, если каскад действительно "силовой". Это попытка построить разновидность генератора тока.
Для защиты от коротких замыканий и перегрузок в схеме должен быть дроссель для динамического ограничения крутизны тока и что-то вроде таймера для временного отключения. В стандартных контроллерах это встроено.

[Sergey379]

Не. не будет работать.
В схеме будет плавное ограничение тока и рост рассеиваемой мощности до выгорания, если каскад действительно "силовой". Это попытка построить разновидность генератора тока.
Для защиты от коротких замыканий и перегрузок в схеме должен быть дроссель для динамического ограничения крутизны тока и что-то вроде таймера для временного отключения. В стандартных контроллерах это встроено.

Ну унас еще и контроллер есть. При первом же срабатывании защиты на контроллер пойдет сигнал, чтобы он прекратил выдавать открывающие импульсы на завтвор полевика.
Получается как бы две ступени звщиты. Первая это мгновенная, а вторая это снятие управляющего напряжение с полевика.
А так?

[rezident]

Чтобы при привышении тока, транзистор отключался на 10 сек, например.

Т.е. вам нужна триггерная защита с задержкой выключения. Первое что на ум приходит использовать компаратор или интегральный таймер NE555.

[yakub_EZ]

Просто ограниечение тока не подойдет, так как это может быть случайное замыкание выходов.

Тогда какое необходимо ограничение? Чтоб за секунду выгорел, а потом выключился на 10 секунд и снова включился

Ставить драйвер нехочется из-за дополнительных расходов и места

Места и проблем как раз меньше с драйвером.

Речь идет о диммере. MOSFETы на выходе. IR2121 стоит 110 руб. Для диммера такой элемент слишком дорог.

Тогда вам в хозяйственный магазин, за сумму аналогичного порядка вы его там найдете, да ещё и в красивом корпусе.

[Sergey379]

Т.е. вам нужна триггерная защита с задержкой выключения. Первое что на ум приходит использовать компаратор или интегральный таймер NE555.

Скорее компаратор, т.к. конторллер у нас уже есть в этой схеме.

Тогда какое необходимо ограничение? Чтоб за секунду выгорел, а потом выключился на 10 секунд и снова включился

Чтобы 10мкс продержала защита, а потом и контроллер бы сял напряжение с затвора.

Места и проблем как раз меньше с драйвером.

Что проблем будет меньше я не сомневаюсь, ведь это специализированная вещь.

Тогда вам в хозяйственный магазин, за сумму аналогичного порядка вы его там найдете, да ещё и в красивом корпусе.

Мы разрабатываем свой диммер, для продаж в хозяйственных магазинах. Для этого и боремся за его себестоимость.

[sera_os]

Скорее компаратор, т.к. конторллер у нас уже есть в этой схеме.
Чтобы 10мкс продержала защита, а потом и контроллер бы сял напряжение с затвора.

Можете поставить тиристор (маломощный), с датчика тока завести сигнал на управляющий вывод, анод на затвор, катод - "земля". После срабатывания тиристора, затвор "садится" на землю. Возобновление работы возможно лишь после снятия напряжения с затвора.

Кстати, вместо тиристора можно собрать аналог на двух биполярных транзисторах разной структуры и пары резисторов, сам так делал.

[Alexashka]

прикидываю схему защиты от КЗ для MOSFET. Напряжение управляемое транзистором 220, ток в районе 2А.

Просто ограничить ток может не прокатить, дело в том что если КЗ совпадет с пучностью напряжения (до 310В в пределе), мгновенная мощность выделяемая в кристалле будет такая что хватит и 10мкс чтобы пожечь его. Смотрите графики зон безопасной работы (там где ток-напряжение-время).
Возможно запас есть и контроллер успеет снять сигнал управления

[Sergey379]

Можете поставить тиристор (маломощный), с датчика тока завести сигнал на управляющий вывод, анод на затвор, катод - "земля". После срабатывания тиристора, затвор "садится" на землю. Возобновление работы возможно лишь после снятия напряжения с затвора.

Кстати, вместо тиристора можно собрать аналог на двух биполярных транзисторах разной структуры и пары резисторов, сам так делал.

Мы как раз такое решение в каком-то даташите подсмотрели и сейчас пробуем собирать схему. Так что если получится, то на этом решении скорее и остановимся.

[vlvl@ukr.net]

Можно попробовать защелку поставить( на операционнике или компараторе и полевике), пока питание не снимите по новой не запустите.

[Sergey379]

Прошу покритиковать получившуюся схему защиты мосфетов от превышения тока + защиты от коротокого замыкания. Требованием к схеме является: 1) гальваническая развязка контроллерной части от силовой, 2) возможность управлять сбросом состояния защиты с контроллера 3) защита от превышения по току 4) защита от КЗ. Особенностью данной схемы является передача сигнала превышения по току через микросхему ADUM3201 c задержкой 150нс. Это сделано, чтобы перенести триггер состояния защиты на сторону контроллера, тем самым получив возможность управлять им напрямую с контроллера и съэкномив на развязывающих элементах. Как по вашему будет ли эта схема обладать достаточным быстродействием в режиме защиты от КЗ? Ведь есть три эелемента вносящие задержку ADUM3201, компаратор, триггер. Оптимально ли построена общая концепция защиты? Нагрузка 400Ватт.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Microwatt]

Сколько ни городи компараторов, контроллеров - защиты принципиально не получится.
В схеме должен быть элемент, ограничивающий скорость нарастания тока до безопасного уровня пока все эти компараторы размышляют.
Это один-единственный известный пока компонент - дроссель. Явно или неявно (паразитно), присутствующий и сдерживающий рост тока.

[Sergey379]

В схеме должен быть элемент, ограничивающий скорость нарастания тока ..

Спасибо. Приму во внимание. Значит, ставлю дроссель, он первым примет на себя удар, а остальная схема сработает чуть позже.

[_Pasha]

[attachment=62539:dudu.png]
Модная в последнее время картинка
Раз уж адум вырубить в 3-состояние низзя, может отсюда что-нить взять?

[Sergey379]

Модная в последнее время картинка

Извиняюсь, но мне трудно сразу въехать в суть схемы. Уровень пока не тот Так местами что-то понимаю, что-то нет..
Эта схема защиты на базе падения напряжения отрытого канала мосфета?

[=GM=]

В вашей схеме достаточно одного компаратора, второй можно безболезненно убрать.

[Sergey379]

В вашей схеме достаточно одного компаратора, второй можно безболезненно убрать.

Я бы рад. Но ведь тогда отлов превышения тока будет только по одной из полуволн. Т.е. тока только одного напрвления. Ведь если оставить один резистор-датчик тока, то при смнене направления тока( а ток у нас переменный) будет меняться полярность напряжения на резисторе и на компараторе будет неправильная полярность при одном из направлений тока.

Сообщение отредактировал Sergey379 - Nov 13 2011, 13:23

[=GM=]

Ну и что? Всё равно на отрицательной полуволне нижний транзистор шунтируется встроенным диодом

[Sergey379]

Всё равно на отрицательной полуволне нижний транзистор шунтируется встроенным диодом

Не понял взаимосвязь. Вы хотитие сказать, что на одной из полуволн защита так и так не будет работать?

Сообщение отредактировал Sergey379 - Nov 13 2011, 14:01

[=GM=]

Так я не хочу сказать, защита работать будет. Просто подумалось, что для упрощения схемы достаточно отловить превышение тока на одной половинке.

Ещё подумалось, сравнение двух напряжений на уровне 0,06В в силовой схеме как-то не кошерно.

[Sergey379]

Просто подумалось, что для упрощения схемы достаточно отловить превышение тока на одной половинке

Одна половинка это 10мс. На слишком долгий период схема остается без защиты. При КЗ транзистор сгорит наверное и за 10мкс.

Сообщение отредактировал Sergey379 - Nov 13 2011, 14:18

[Tanya]

1. У Вас нижний компаратор неправильно нарисован.
2. Принято еще положительную обратную связь делать.
3. RC-цепочки на входы тоже на всякий случай нужно... Иначе на иголки наколетесь.

[Sergey379]

1. У Вас нижний компаратор неправильно нарисован.

Вы имеете ввиду питание не подведено? Если да,то это мелочь

2. Принято еще положительную обратную связь делать.

Ок. Я еще хочу гистерезис организовать, чтобы стабильней защита работала.

3. RC-цепочки на входы тоже на всякий случай нужно... Иначе на иголки наколетесь.

Спасибо. Учту. В этом случае наверное гистерезис и положительная обратная связь тоже дадут дополнительную помощь.

[Tanya]

Вы имеете ввиду питание не подведено? Если да,то это мелочь

Нет, не это я имела в виду.
А зачем все это в 50-ти герцовой сети? Почему не тиристор?

[Sergey379]

А зачем все это в 50-ти герцовой сети? Почему не тиристор?

Это для того, чтобы сработавшей защитой можно было управлять с контроллера. Если тиристор закрылся, то закрылся пока не снимишь питание.
К тому же если использовать тиристор(если на две полуволны то симистор), то резиторы датчика тока надо брать достаточно большого номинала, чтобы получить нужное падение напряжения, а это большее выделение тепла. У меня маленькое замкнутое пространство.

Сообщение отредактировал Sergey379 - Nov 13 2011, 15:40

[НЕХ]

не проще ли сыграть на сопротивлении ключа и падении напряжения сток-исток ?
в таком случае в качестве компаратора и логики вполне можно обойтись 4093...

[Sergey379]

не проще ли сыграть на сопротивлении ключа и падении напряжения сток-исток ?

Насколько мне известно сопротивление канала нелинейно зависит от температуры и может изменятся в разы. Поэтому точность измерений будет низкая. Лучше взять тогда мосфет с датчиком тока.

[НЕХ]

Вам защита от КЗ нужна ?
тогда к чему точность измерения ?
MOSFET с датчиком тока не стоит использовать...

[Sergey379]

Вам защита от КЗ нужна ?

Нетолько. Защита по определенному току также.

Сообщение отредактировал Sergey379 - Nov 13 2011, 18:57

[Herz]

У Вас Open-Drain Output Comparator. Поэтому диоды на их выходах ни к чему. Более того, так это работать не будет. Нужно соединить выходы по схеме монтажного ИЛИ, сделать подтяжку к питанию и рабочим считать переход из 1 в 0. Соответственно изменить логику работы схемы.
Кроме того, зачем Вам два шунта и два компаратора? Соединив истоки вместе, Вы сможете контролировать ток через общий резистор в обоих полупериодах. По очереди. Одновременно - смысла нет.

[Sergey379]

У Вас Open-Drain Output Comparator. Поэтому диоды на их выходах ни к чему. Более того, так это работать не будет. Нужно соединить выходы по схеме монтажного ИЛИ, сделать подтяжку к питанию и рабочим считать переход из 1 в 0. Соответственно изменить логику работы схемы.

Переделал схему. Чтобы не менять логику добавил инвертирующий транзистор.

Кроме того, зачем Вам два шунта и два компаратора? Соединив истоки вместе, Вы сможете контролировать ток через общий резистор в обоих полупериодах. По очереди. Одновременно - смысла нет.

Не могу понять как это сделать. Ведь ток меняет свое направление, соответственно ЭДС возникающая на токовых резисторах меняет свою полярность относительно условной земли. А на неинвертирующий вход компаратора нужно подавать напряжение одной полярности. Объясните пожалуйста, как вы это видите?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Переделал схему. Чтобы не менять логику добавил инвертирующий транзистор.

Посмотрите теперь в симуляторе форму напряжения на коллекторе этого транзистора. вы увидите, что появилась дополнительная задержка из-за затянутости фронта.

Не могу понять как это сделать. Ведь ток меняет свое направление, соответственно ЭДС возникающая на токовых резисторах меняет свою полярность относительно условной земли. А на неинвертирующий вход компаратора нужно подавать напряжение одной полярности. Объясните пожалуйста, как вы это видите?

Это я не внимательно смотрел - думал, у Вас расщеплённый источник. А это Вы не 220В коммутировать так собираетесь? Почему бы тогда не поставить диодный мостик и обойтись одним мосфетом, одним шунтом и одним компаратором? Выйдет дешевле и проще.

[Sergey379]

А это Вы не 220В коммутировать так собираетесь? Почему бы тогда не поставить диодный мостик и обойтись одним мосфетом, одним шунтом и одним компаратором? Выйдет дешевле и проще.

Их самых. С мостом у меня такие соображения, во-первых два последовательных диода + канал мосфета дадут большее падение напряжения, чем два последовательных мосфета, а значит нагрев. Ну и место мост займет больше, чем один DPAK транзистор.

Посмотрите теперь в симуляторе форму напряжения на коллекторе этого транзистора. вы увидите, что появилась дополнительная задержка из-за затянутости фронта.

А как это можно устранить, резистор в цепи коллектора уменьшить?

[Herz]

Их самых. С мостом у меня такие соображения, во-первых два последовательных диода + канал мосфета дадут большее падение напряжения, чем два последовательных мосфета, а значит нагрев. Ну и место мост займет больше, чем один DPAK транзистор.

В случае с мостом у Вас появляется дополнительное падение напряжения, равное падению на одном p-n переходе. 0.7В. Пусть даже 1В. На фоне 220В - это сущий пустяк. И соответствующий рост нагрева...

А как это можно устранить, резистор в цепи коллектора уменьшить?

Можно уменьшить. Но лучше инвертор поставить.

[Sergey379]

В случае с мостом у Вас появляется дополнительное падение напряжения, равное падению на одном p-n переходе. 0.7В. Пусть даже 1В. На фоне 220В - это сущий пустяк. И соответствующий рост нагрева...

Если взять падение напряжения 1В и эффективный ток для нагрузки 400Ватт равный 1.8А, то мощность выделяемая на диоде 1,8Ватта. Помоему, очень неприятное дополнительное тепло для устройства объемом со спиченчный коробок в замкнутом пространстве стены.

[_Pasha]

В общем, чепуха получилась.
1. Как это Вы так красиво собираетесь IRF840 от 5 вольт открывать?
2. Не проще ли использовать дешевенький драйвер со встроенными возможностями, например MC33153 ?
3. Вариант контроля напряжения насыщения все-таки получше будет, мсм.

Сообщение отредактировал _Pasha - Nov 14 2011, 11:23

[Sergey379]

1. Как это Вы так красиво собираетесь IRF840 от 5 вольт открывать?

Это я в курсе. В реальной схеме подберу что-то более подходящее по напряжению затвора.

2. Не проще ли использовать дешевенький драйвер со встроенными возможностями, например MC33153 ?

Мне нужна гибкость в управлении защитой. Например, если сработала защита превышения по току, то этот сигнал нужно передать контроллеру. В этом драйвере "считать" можно только сигнал КЗ.
Дешевенький он тоже условно. + на два транзистора.
Хотя надо еще раз подумать про такого типа драйверы.

3. Вариант контроля напряжения насыщения все-таки получше будет, мсм.

Это я пока еще не знаю что за зверь...

[_Pasha]

Дешевенький он тоже условно. + на два транзистора.

Это я пока еще не знаю что за зверь...

Неа. Один на два транзистора и выйдет.
"Зверь" делается двумя диодами, вместо одного - это в ДШ почитайте.