Tengo un circuito donde un capacitor cargado debe descargarse sobre una resistencia de carga. El interruptor de gatillo aquí es un relé de 10 A, por lo que, para evitar dañarlo cuando la resistencia de la carga es demasiado baja, decidí agregar un circuito limitador de corriente entre el capacitor y la carga. Este es el circuito (todo entre el botón derecho y la CARGA):
Como puede ver, el capacitor está cargado con 160 V, tomados de un circuito elevador anterior (que no se muestra aquí). El valor RSENSE de debe limitar la corriente de salida a 7A ( ). Considerando la entrada de 160V, el circuito limitador de corriente se activa si la resistencia de carga es inferior a:
Ejecuté la simulación y todo parecía estar bien. Luego lo ensamblé de verdad y realicé algunas pruebas:
Usando un carga (corriente de salida máxima: , inferior al límite) Obtuve la siguiente curva de descarga:
Todo bien aquí. La siguiente prueba usé un resistor. Con el limitador activado, el voltaje de salida debe limitarse a . Tengo esta curva:
El límite estaba un poco por encima de 50 V, lo que implica que la corriente se limita a 5 A, pero eso es algo que puedo ajustar más tarde con RSENSE. Repetí esa prueba varias veces con el mismo resultado y sin ningún problema.
La siguiente prueba, usé un cargar, y esto sucedió:
Como puede ver, todo salió bien por un momento, con el voltaje de salida limitado a 7V ( ), que el MOSFET hizo un cortocircuito y el resto de la carga del capacitor fluyó sin límites. Probó más el MOSFET y confirmó el daño.
Entonces, ¿qué causó que esto sucediera? Empecé a buscar posibles culpables y desarrollé algunas hipótesis:
1 - Sobrecorriente en el interior del MOSFET.
Eso realmente no tiene sentido porque la corriente estaría limitada a 7A (5A de verdad) sin importar qué y los MOSFET tienen una clasificación de 9A de corriente sostenida (32A pulsada). De todos modos, traté de usar dos MOSFET en paralelo y lo que obtuve fue que uno de los dos MOSFET siempre terminaba dañado (probablemente el "más débil").
2 - Sobretensión de puerta a fuente.
De acuerdo con las simulaciones, eso nunca supera los 10 V, pero de todos modos decidí agregar ese diodo zener de 15 V para protección. Mismo resultado que antes.
3 - Sobretensión de drenaje a fuente.
Esos MOSFET tienen una clasificación de 200 V, por lo que no debería ser un problema, pero como este es un parámetro que se extiende cuando bajamos la resistencia de carga, decidí probar la siguiente configuración usando dos MOSFET en serie, para que cada uno reciba la mitad de la Voltaje:
El resultado: ¡ahora tengo dos MOSFET dañados a la vez!
Entonces, esas son las preguntas que me gustaría hacerles. ¿Qué está pasando aquí? ¿Por qué falla solo cuando la resistencia es tan baja? ¿Qué solucionaría ese problema?
Gracias de antemano.
Área de operación segura. Repita después de mí "mirar el gráfico del área de operación segura": -
De acuerdo con el gráfico SOA de la hoja de datos para el IRF630, sobreviviría menos de 1 ms con 5 amperios y 160 voltios. Sin embargo, parece que logró sobrevivir 3 ms: -
¿Qué está pasando aquí?
Se llama operar el dispositivo por debajo de su punto de coeficiente de temperatura cero. El ZTC se muestra mejor en este gráfico del IRF630: -
Me he tomado la libertad de agregar algunos bits en rojo. En particular, llamo su atención el círculo rojo; el punto ZTC. Con voltajes de puerta superiores a 6,5 voltios, si el dispositivo se calienta un poco, la corriente de drenaje cae. Esto es inherentemente seguro. Si el voltaje de la puerta está por debajo de 6,5 voltios (digamos 5,75 voltios), entonces si el dispositivo se calienta, la corriente de drenaje aumenta de 5 amperios a 6 amperios con bastante rapidez cuando el dispositivo alcanza una temperatura de unión de 150 °C, pero no deja de calentarse. Si la imagen de arriba tuviera gráficos a temperaturas de unión más altas, vería corrientes de drenaje más altas y, ahora, debería poder ver que esto se sale de control. Puede ocurrir en menos de 1 ms con certeza.
El problema es que cuando se activa su limitación actual, son sus MOSFET, trabajando en su región lineal (saturación actual) los que disipan la potencia restante.
Básicamente, la potencia de su MOSFET es igual a la caída de voltaje por la corriente.
Los Mosfet generalmente no están diseñados para operar en su región lineal, en su mayoría son dispositivos de conmutación.
La hoja de datos le dará una región operativa segura, pero en general, en estado estable, tome un grano de sal, ya que a menudo son más débiles que las especificaciones o tienen buenos márgenes.
Hay algunos MOSFET que están diseñados para usarse en modo lineal , pero suelen ser costosos.
BJT podría ser una solución más adecuada o modificar el circuito para tener un corte de corriente en lugar de una limitación de corriente.
bimpelrekkie
bimpelrekkie
vini_i
danmcb
winny
Bruno Pitanga Maia
Bruno Pitanga Maia
winny