Adición de protección de polaridad inversa impulsada por nFET a una entrada de regulador de conmutación

Me gustaría proteger la entrada del regulador de conmutación montado en mi placa de eventos de polaridad inversa sin tener que modificar la serie de placas existentes que habíamos creado y llenado. El regulador principal alimenta varias de estas placas que se conectan a través de cables flexibles en la línea de cable que sale de su salida de 24 V CC.

La gran mayoría de los ejemplos que veo en línea usan PFET para una configuración de interruptor de lado alto, aunque a veces se observa que una configuración de nFET de lado bajo también funciona. Opté por la última configuración de nFET solo para una mejor disponibilidad de piezas durante esta locura de la cadena de suministro y también para tener una gama más amplia de opciones para FET con un alto Vgs. La entrada del regulador de conmutación montado en la placa permite un rango de 9-36 V CC, que es una de las razones por las que lo elegimos. La entrada máxima que jamás verá es alrededor de 30 V, que es la capacidad de ajuste de salida máxima que permite el potenciómetro de ajuste fino en el primario (Vreg). Con las especificaciones de regulación de carga, técnicamente podría saltar +/- 1%, por lo que probablemente tendré que asegurarme de que se reduzca a aproximadamente 28-29V. Como todo esto sugiere,

Un par de preguntas sobre este diseño:

1.) Elegí el nFET para las opciones de piezas, pero también debido a los bajos Rds (anecdóticamente). Este también es un circuito aislado y la salida negativa de CC de nuestro regulador primario (Vreg) no se une a ningún nodo común o tierra del chasis. ¿Es de alguna preocupación para proceder con este diseño? Solo pregunto por la popularidad de pFET en el material de referencia, pero entiendo por qué la gente lo hace.

2.) ¿Debo anticipar algún problema con la carga que está alimentando? No es una carga puramente resistiva, y el regulador que alimenta también alimenta las cargas inductivas (válvulas de solenoide de 12 V) como se muestra. Estoy acostumbrado a instalar diodos amortiguadores para los solenoides representados, pero no tengo conocimiento sobre los riesgos, quizás a menor escala, de cuáles serían los peligros después de desconectar el regulador montado en la placa en Vin. ¿Dónde sangra la pequeña cantidad de EMF en este caso? ¿No causaría esto una pequeña acumulación inversa (como -Vgs) de unos pocos voltios más o menos? ¿Debo colocar un amortiguador adicional en paralelo con el nFET?

3.) Suponiendo que este no haya sido un enfoque deficiente, ¿qué producto de factor de forma puedo buscar que proporcione una solución más sencilla y modular para colocar FET en línea en el cable, similar a un conjunto de fusibles?

Gracias por cualquier sugerencia.

esquemático

EDICIÓN 1: Partes recibidas, circuito construido como se muestra en la respuesta, pero con Zener de 15V y una resistencia de 10K. FET utilizado es FDPF14N30.

Pude energizar, revertir, luego energizar y revertir nuevamente. Después de algunos ciclos de esto, el circuito dejó de funcionar. Con el circuito eliminado, el regulador se enciende de nuevo normalmente con el cableado normal. ¿Qué pudo haber causado esto? Después de observar que el regulador montado en la placa retrocedía y que el equipo se encendía normalmente, hice un análisis individual de los componentes que había usado. Los hallazgos están a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Respuestas (3)

Cada MOSFET discreto tiene un cuerpo-diodo interno en paralelo con el drenaje a la fuente del dispositivo. Su polaridad es tal que tiene polarización inversa en el uso normal. Muchos símbolos esquemáticos muestran el diodo, pero el que está disponible aquí no lo muestra.

https://www.quora.com/Por-que-el-diodo-esta-conectado-a-traves-del-MOSFET

(Imagen de www.quora.com )

Cuando se usa un MOSFET para la protección contra polaridad inversa, como muestra que el diodo conducirá cuando la fuente de alimentación sea inversa, esto anulará el funcionamiento del circuito.

Afortunadamente, los MOSFET funcionan perfectamente bien en la dirección inversa, por lo que intercambiar el drenaje y la fuente logrará su objetivo.

Personalmente, también usaría alguna protección para la puerta a la fuente, ya que solo tiene unos pocos voltios de margen, la inductancia en el cableado podría causar fácilmente una sobretensión que destruiría el óxido de la puerta.

¿Los MOSFET tienen un diodo incorporado?

MOSFET como diodo. ¿Por qué simplemente no usar diodo?
@ user263983: mucho menos caída de voltaje y pérdida de energía
@user263983 Si bien puedo permitirme la caída de voltaje de un diodo, el consumo de corriente de mi dispositivo durante las condiciones de carga, más de 1A @ 24V, hizo que pareciera que las pérdidas de calor (léase: pérdidas en un espacio pequeño y cerrado que a menudo se coloca al aire libre en calor) podría reducirse mejor a través del FET.
De acuerdo con la hoja de datos de algunos MOSFET, la caída de voltaje es la misma que la del diodo de silicona habitual. ¿Por qué no usar el diodo Schottky si la caída de voltaje es crítica?
@KevinWhite Quería mencionar eso en mi publicación original, pero olvidé agregarlo. Esta era mi intención original, pero cometí un error y los volteé durante la instalación, así que decidí publicar el esquema de la versión aplicada por el bien de la conversación. ¿Está diciendo que esperaría que el segundo regulador (regulador de conmutación integrado) se energice? Cuando cambio los cables a la polaridad inversa, no se enciende y parece funcionar correctamente. ¿Se debe esto quizás a una cantidad limitada de flujo de corriente en la dirección incorrecta?
@bigowls para reducir la disipación de calor durante el ciclo de trabajo regular fusible fundible en serie y diodo en paralelo inverso a la entrada. La respuesta recomienda usar MOSFET como diodo. No estará abierto en ninguna polaridad.
@ user263983 Según tengo entendido, pérdida de diodo Schottky: P = 0.55V * 1A = 0.55W. La pérdida FET: P=1*1*0.07= 0.07W. No estoy seguro si esto es diferente para los pulsos de alta frecuencia a la puerta frente a un encendido constante.
@ user263983 No estoy seguro de entender su comentario anterior que comienza con "Para reducir...". El camino a tierra está abierto durante la prueba (hasta qué punto no estoy seguro)
El diodo interno no se agrega, es una parte integral de la unión NP del canal. El símbolo de la flecha que va hacia el medio es la representación del diodo del cuerpo.
@bigowls Por la forma en que dibujas, MOSFET siempre está abierto y no protege el circuito. La forma en que la respuesta sugiere que MOSFET siempre está cerrado y la resistencia del transistor abierto es irrelevante. Se utiliza como diodo para protección contra polaridad inversa debido a la naturaleza MOSFET.
@BigOwls: no estoy seguro de lo que dices. Como lo ha dibujado, el regulador de conmutación obtendrá energía incluso con polaridad inversa. Si coloca el pin de fuente alimentando la carga con el drenaje a la entrada de 24v, obtendrá la protección que desea.

Tienes que hacer dos cosas: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

  • En rojo está la posición del MOSFET corregida
  • En púrpura está la protección del voltaje de su puerta debido a voltajes de suministro excesivos

No es una carga puramente resistiva, y el regulador que alimenta también alimenta las cargas inductivas (válvulas de solenoide de 12 V)

Confíe en las abrazaderas de diodo directamente en los solenoides; no intente proteger el MOSFET a distancia; todo lo que necesita hacer es proteger la fuente del problema.

¿Qué producto de factor de forma puedo buscar que proporcione una solución más sencilla y modular para colocar FET en línea en el cable, similar a un conjunto de fusibles?

Depende principalmente del consumo de corriente del regulador y de la carga. Elija un MOSFET que pueda manejar al menos el doble del voltaje de suministro entrante.

Asegúrese de que el regulador se apague en "bajo voltaje" antes de que el MOSFET se use en su región lineal porque podría fallar. Esto requiere un examen cuidadoso de la hoja de datos para que el regulador determine qué protección contra bajo voltaje tiene.

cuáles serían los peligros después de desconectar el regulador montado en la placa en Vin.

Pondría una resistencia de purga adicional de aproximadamente 10k a 100k en los terminales que se conectan "Vreg 24 V"(una etiqueta confusa) a la izquierda del diagrama.

Lo que está buscando se llama "un diodo ideal", y existen soluciones integradas que ofrecen un "diodo" completo: el mosfet y el controlador de compuerta en un solo paquete, o simplemente el controlador de diodo ideal: el controlador de compuerta que convierte un mosfet discreto externo en el diodo ideal que está buscando.

No has mencionado los requisitos actuales. Un par de diodos Schottky en paralelo pueden funcionar lo suficientemente bien para su aplicación a una fracción del precio de cualquier solución de diodo ideal igualmente robusta. Solo tenga en cuenta la corriente de fuga en la temperatura de unión del peor de los casos en su aplicación. Ninguna protección es ideal: no está eliminando toda la corriente inversa de la entrada del conmutador, solo mantiene la corriente inversa lo suficientemente pequeña como para no dañarla. Esto debe tenerse en cuenta.

Tampoco creo en absoluto que la situación del suministro con los dispositivos power pmos sea de alguna manera mucho peor que la de los nmos, al menos no a menos que sus demandas actuales estén muy por ahí. Es probable que esté tratando de microoptimizar Rds donde en realidad no importará o se verá abrumado por otros efectos (dependencia de temperatura de Rds, corrientes de fuga en otras partes del circuito, etc.). Si no está seguro: mida el rendimiento real en un circuito real en una aplicación real a las temperaturas de interés. El banco de temperatura ambiente no es suficiente en su caso, ya que las microoptimizaciones implican que esas pequeñas diferencias son importantes para usted. Por lo tanto, debe ser coherente: si divide los detalles en Rds y la "idealidad" del diodo, debe tener pequeños márgenes en su diseño y, por lo tanto, debe estar debidamente preocupado por la temperatura y las esquinas del proceso.

Adición de protección de polaridad inversa impulsada por nFET a una entrada de regulador de conmutación
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