Divisor de voltaje para proteger la puerta P-FET en un circuito de inversión de polaridad

Estoy tratando de implementar una protección de polaridad usando la técnica P-MOSFET en un circuito de 30v DC

¿Cómo puedo proteger la puerta de un IRF9540N (Vgs 20v)?

Vi que puedo usar un divisor de voltaje usando 2 resistencias o 1 resistencia y 1 zenner.

¿Cuál es el mejor?

¿Cómo puedo calcular los valores de resistencia correctamente?

Vi este circuito en un Indestructables

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Muchas gracias.

En realidad, use los tres, dos resistencias y el zener, solo para estar seguro. Técnicamente cualquiera funcionaría. Para el enfoque del divisor de resistencias, suponiendo que no necesite esto para encender muy rápido, las resistencias de alto valor están bien para minimizar el consumo de corriente, por ejemplo, en el rango de 100k o más. Seleccionaría resistencias para proporcionar Vgs a un nivel cómodo, por ejemplo, dado que este FET tiene Vgs de umbral de 4 V, configúrelo para proporcionar quizás 10 V, es decir, 100 k entre la puerta y la fuente, y 200 k entre la puerta y la tierra. Si usa el zener, el zener sujeta el voltaje Vgs, mientras que la resistencia intenta extraer el voltaje ...
al suelo. La resistencia debe tener un valor lo suficientemente alto para evitar exceder la clasificación actual en el zener (100 mA en este caso), pero nuevamente, no necesita ser tan alto, por lo que probablemente 100k funcione bien. Entonces, ¿por qué usar ambos (dos resistencias y un zener)? Si hay alguna falla o problema de soldadura, por ejemplo, en el circuito anterior donde el zener no está soldado correctamente a Vout, se excederán los Vgs. Lo mismo sería cierto si faltara la resistencia alta del divisor. Los MOSFET tienen tolerancia cero a Vgs más allá de la especificación máxima. Por lo general, una resistencia extra o zener es mucho menos costosa que un FET.
Hay una manera posible de hacer explotar el FET incluso si hace la fuente de la puerta zener. Imagine que su circuito está en un camión de 24 V. Luego diga que su salida protegida tiene mucha capacitancia. Esto no es irrazonable, tal vez sea un sistema de audio de coche grande o tal vez un inversor. Ahora diga si los voltios de entrada caen rápidamente debido al arranque del motor. La capacitancia de carga se descargará a través del canal P porque todavía está duro. La corriente pico solo está limitada por la resistencia total del circuito que podría ser miliohmios, si el mosfet tiene un tamaño pequeño y poca resistencia entonces BANG
@Autistic, si hay tanta capacitancia, la irrupción también podría ser un gran problema. OP haría bien en considerar ambos casos.
Es plausible que el equipo imaginario con la tapa grande tenga, por ejemplo, un mosfet interno para proteger contra la corriente de entrada. PERO estamos hablando de corriente de salida. El mosfet interno imaginario también podría explotar. Por lo tanto, el diodo es más robusto, por lo que cuando coloca un fet a través de él. para reducir la caída de voltaje, puede detectar los voltios DS y cerrar la puerta para evitar el retroceso.
@autista, gracias. Pero no tengo un motor conectado al circuito. Tengo un convertidor reductor de CC-CC de 5v que alimenta un Arduino. El convertidor reductor está conectado a baterías de 5x 6v en serie. Tengo un fusible en el cable positivo de la batería y, a veces, se funde cuando alguien invierte la conexión, pero en casos muy raros se funde el convertidor reductor.

Respuestas (1)

El Zener es mejor por dos razones: -

  1. La puerta está sujeta a un voltaje seguro sin importar cuál sea el voltaje de entrada, mientras que con un divisor de resistencia, el voltaje de la puerta continúa aumentando a medida que aumenta el voltaje de entrada.

  2. El Zener no reduce el voltaje de la puerta cuando está por debajo de su voltaje Zener, por lo que el FET aún estará bien encendido con voltajes de entrada bajos.

Con las resistencias, debe equilibrar el voltaje de encendido de la puerta requerido con la reducción de voltaje requerida para la protección. Eso limita el rango de voltajes de entrada que el circuito puede manejar y requiere valores de resistencia cuidadosamente seleccionados.

Con un Zener, el valor de la resistencia solo tiene que ser lo suficientemente alto para no sobrecalentar el Zener o la resistencia, pero lo suficientemente bajo para proporcionar una corriente de polarización Zener adecuada y para descargar la puerta rápidamente si el voltaje de suministro se invierte repentinamente (por lo que 10K está bien, pero 10M podría no serlo).

El 1N4740A está clasificado para 25 mA nominales, pero debería funcionar hasta un poco menos de 1 mA. A 30V en la resistencia tiene que caer 20V, por lo que su valor puede variar desde al menos 20V/25mA = 800Ω hasta 20V/1mA = 20k. A 10 V en el FET obtendrá casi todos los 10 V, por lo que seguirá estando completamente encendido.

Con un divisor de resistencia, para obtener 10 V en la puerta, una resistencia tiene que bajar 20 V y la otra 10 V, dividiendo así el voltaje de entrada por 3. La resistencia inferior debe tener el doble del valor de la superior, es decir. si R1 es 10k entonces (la resistencia en lugar de) D1 debe ser 5k.

Sin embargo, a 10 V, las resistencias seguirán dividiendo el voltaje por 3, por lo que el FET solo obtendrá 3,3 V, lo que no es suficiente para encenderlo correctamente. Esto podría ser una mala noticia si la fuente de alimentación se 'apaga' o si la carga atrae una corriente de sobretensión alta que hace caer momentáneamente el voltaje de entrada, ya que el FET parcialmente encendido podría disipar alta potencia y explotar.

Hice algunas pruebas usando el zener y la resistencia de 10k y funcionó muy bien. ¿Por qué después de 50v, conectando invertido, el circuito comienza a pasar algo de voltaje?
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