Pali się MOSFET - dlaczego?

Witajcie, Mam urządzenie gdzie na wejściu zasilania 12V z baterii jest szeregowy MOSFET typu P jako zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem polaryzacji. Fragment schematu jest na obrazku:

formatting link
Zasilanie wchodzi zaciskami LSP1-2, idzie przez tranzystor TSM2301 (VDS=-20V, RDS=130mR, ID=2,8A) - na schemacie jest trochę lepszy IRLML9303(VDS=-30V, RDS=65mR, ID=3,6A), ale w cześci urzadzeń eksperymentalnie wstawiłem ten słabszy. Dalej prąd idzie na stabilizator 5V. Za tranzystorem idzie też na 2 gniazda, skad zasilane są kamera i nadajnik wideo. Zwykle prąd kamery i nadajnika to setki miliamperów rzędu 100-300mA, ale nie mam kontroli nad tym. Użytkownik podłącza tam swój sprzęt. Szeregowe dławiki PBY mają rezystancję 0,25R a ich prąd nominalny to 0,8A. Tranzystor spokojnie powinien pracować z prądem rzędu 2A jednak w kilku urządzeniach ten obwód uszkodził się zwęglając i paląc ścieżki.

W jednym urzadzeniu spalił się dławik od zasilania kamery. Bawiliśmy się tą kamerą i zasilana z zasilacza laboratoryjnego raz na kilkadziesiąt włączeń szarneła prądem powyżej ampera - na tyle było ustawione ograniczenie prądowe w zasilaczu. Wcześniej ani później to się nie powtórzyło - jakiś hazard w samej kamerze, ale obwód zasilajacy musi to przeżyć. W innym urządzeniu pracującym z inną kamerą zwęgliły się zarówno dławik jak i tranzystor. Spory czas pracowało poprawnie a przy którymś włączeniu puściło dym. W jeszcze innym urządzeniu spalił się tranzystor a oba dławiki wygladają na nieruszone. W tym egzemplarzu rozłączona była zwora zasilania kamery, więc co najwyżej nadajnik mógł szarpnąć prądem (mało prawdopodobne), chociaż wyglada mi to na problem z samym tranzystorem.

Muszę to poprawić i chciałbym prosić o konsultacje. Podejrzewam że zupełnie niepotrzebnie wstawiłem dużą rezystancję na bramkę tranzystora i podejrzewam że w pewnych sytuacjach pojemność bramki (katalogowo 4,8nC) powoduje że tranzystor przez jakiś czas pracuje częściowo otwarty i ma dużą rezystancję przez co się grzeje. Nie wiem czy dobrze liczę, ale 1C = 1F*1V, więc pojemność bramki to 4,8nC/12V = 0,4nF. Stała czasowa ładowania bramki przez 120k to 48ns. Chyba zbyt mało aby przegrzać tranzystor w SOT23.

Może tam jest jakis problem z dopuszczalnym napięciem pracy wynoszącym 20V? Może wyładowania ESD albo spowodowane iskrzeniem styków baterii uszkadzają tranzystor? Czy takie obwody zabezpiecza się dodatkowo jakimś transilem, warystorem itp? Może zwykła pojemność albo filtr LC na wejściu rozwiąże problem?

Za jakiś czas muszę przeprojektować tą płytkę i chciałbym tam wstawić szeregowy bezpiecznik polimerowy, wyrzucić rezystor R34 zwierajac bramkę do masy i ewentualnie dać wiekszy tranzystor, ale podejrzewam że to będzie tylko łata, dlatego chcę najpierw zrozumieć przyczynę problemu. Dodam tylko że to urządzenie lata, więc musi być możliwie małe i lekkie, stąd raczej nie chcę budować ograniczników prądowych itp. Alternatywą jest wyrzucenie tego zabezpieczenia, ale tego używają ludzie często mało techniczni, wiec dobrze mieć zabezpieczenie przed odwrotnym podłaczeniem zasilania. Ostatecznie mogę tam dać szeregową diodę, ale to się wiąże ze stałymi stratami cennej energii, więc rozwiazanie na P-MOSie jest lepsze.

Będę wdzięczny za wszelkie sugestie jak podejść do tego problemu.

Reply to
Pitlab
Loading thread data ...

Pitlab pisze:

Może po prostu wtyczka/przewód wtykane do 12V ma gdzieś zwarcie?

Reply to
ajt

Użytkownik "Pitlab" napisał w wiadomości grup

masz doswiadczenie z takim ukladem ? Bo ten mosfet wtedy jakby inwersyjnie pracuje, nie wiem czy mozna PDF wtedy wierzyc.

Jesli dobrze widze to Vgs dopuszczalne jest +/-8V, a ty masz 12 ..

a bateria/zasilacz solidne ? Bo niby moze byc tak ze jak za duzo pobierzesz i napiecie baterii (a raczej na obciazeniu) siadzie, to tranzystor przestanie byc w pelni otwarty i sie zacznie grzac. Ale to by musialo spasc do ~2V.

J.

Reply to
J.F

Ja mam.

Można wierzyć. Nie zapomnij, że tu pracuje równolegle z MOSFETem jego dioda pasozytnicza i spadek napięcia nigdy nie przekroczy napięcia diody. Zazwyczaj w PDFach jest podana charakterystyka tej diody.

To jest bardzo dobry trop...

Obudowa SOT-23 mała jest.

Takie stany się niestety zdarzają w układach bateryjnych :(

Reply to
RoMan Mandziejewicz

Pierwszy raz zastosowałem taki układ. Kiedyś widziałem to w zestawie uruchomieniowym kontrolera Hitachi. Tam był tranzystor w SO8 (nie wiem jaki, nie mogę znaleźć), u mnie jest w SOT23.

Dobrze! Tego nie zauważyłem. Ten "lepszy" IRLML9301 ma Vgs=+-20V, czyli pod tym wzgledem będzie OK

Bateria to typowo ogniwo LiPol, czyli prąd zwarcia spokojnie pali ścieżki.

To jest wykluczone, oznacza uszkodzenie ogniwa. Sprzęt często przestaje działać już w okolicy 8V. Poza tym użytkownika na bieżąc monitoruje napięcie baterii i nie dopuszcza do takich sytuacji. Te uszkodzenia powstawały gdy użytkownicy podłączali świeżą baterię.

Reply to
Pitlab

Tego nie można wykluczyć, ale jest mało prawdopodobne. Od strony urządzenia są wygodne wtyczki JST, do kórych sam zarabiam przewody. Od strony kamery i nadajnika użytownik sam musi się podłączyć do swojego sprzętu, zwykle musi połączyć kabelek jaki dostał z kamerą / nadajnikiem z moim kabelkiem. To się robi raz i porządnie. Bałagan oznacza pożar na pokładzie w czasie lotu i w dobie YouTube ludzie zdaja sobie sprawę z takich zagrożeń. Swoją drogą w następnej wersji płytki dołożę tam bezpiecznik polimerowy, rozłączający obwód w okolicach 2A na wypadek zwarcia w instalacji. Coś takiego jak to:

formatting link
napięcie robocze do16V, prąd roboczy 1,1A, rozłączenie przy 1,95A.

Reply to
Pitlab

Witam,

W dniu 2012-07-11 21:32, Pitlab pisze:

Zwróć tylko uwagę na temperaturę otoczenia dla tego bezpiecznika, żeby nie okazało się, że np. przy +60*C zaczyna działać dla połowy znamionowego prądu podanego dla +25*C... :)

Reply to
Dykus

Dzięki za sugestię, będe miał to na uwadze. Połowę prądu znamionowego ma przy 90°C, ale ten prąd znamionowy bezpiecznika jest ok. 2-4 krotnie przewymiarowany, więc jest spory zapas. Stabilizator, który w jednej z konfiguracji zasilania bywa ciepły jest ok 2 cm dalej i nie ma mostków termicznych między nim a miejscem gdzie będzie bezpiecznik. Poza tym urządzenie zwykle pracuje w przewiewnym miejscu i nie ma problemu z chłodzeniem ;-)

Reply to
Pitlab

Dnia Wed, 11 Jul 2012 20:47:27 +0200, RoMan Mandziejewicz napisał(a):

A gdyby tak dać dodatkowy rezystor miedzy bramką a zródłem, który tworzyłby dzielnik z rezystorem bramka-GND? Wtedy nie byłoby pełnego napięcia 12V Ugs. Istniałyby jakieś inne niebezpieczeństwa?

Reply to
pgw

Użytkownik "Pitlab" snipped-for-privacy@pulpka.wp.pl> napisał w wiadomości news:jtkd97$k5b$ snipped-for-privacy@news.icm.edu.pl...

Zauważ, można tam podłaczyć urządzenie, które pobiera jakiś tam prąd nieduży. Ale czy wziąłeś pod uwagę prąd ładowania kondensatora w takim urządzeniu? Jesli obwód ma 0,25ohma to masz blisko 50A. Co prawda dodatkowe rezystancje zmniejszają go, ale wcale bym się nie zdziwił jak w chwili podłączenia masz tam

25A impuls. A tego taki tranzystorek nie wytrzyma. Poza tym ma za małe Vgs. Dobry układ powinien być odporny na zwarcie, a już na pewno na podłączanie urządzeń :)
Reply to
EM

Dnia Wed, 11 Jul 2012 21:05:33 +0200, Pitlab napisał(a):

Moze jednak warto pojsc tym tropem ? Odbiorniki np mocno obciazaja, podlaczasz baterie, napiecie na wyjsciu niskie, tranzystor sie nie otwiera .. a co potrafi ta dioda to nie wiem, moze np 3A nie przepusci ..

A moze w ogole niepotrzebnie szukamy dziury w calym - jakies przypadkowe zwarcie i padaja dwa najslabsze elementy - tranzystor i dlawik.

W ukladacg zabezpieczajacych do li-ion jest czesto drugi tranzystor. Odcina zasilanie jak napiecie baterii spadnie ponizej progu wyladowania, a przy okazji moze kontrolowac tez napiecie na wyjsciu i wykrywac zwarcia.

J.

Reply to
J.F.

Wystarczy dioda Zenera między źródło a dren.

Reply to
RoMan Mandziejewicz

Hello,

Tfu, cholera! Nie należy pisać ani późno w nocy ani o świcie. Oczywiście między źródło a bramkę.

Reply to
RoMan Mandziejewicz

Jeszcze jedno Dławiki wielowarstwowe także nie wytrzymuja przetężeń. Ze względu na swoja budowę. Nie wolno za nimi dawać dużych kondensatorów, gdy prąd/napięcie na wejściu rośnie zbyt szybko.

No ale ścieżki to się nie mają prawa palić.

Pozdr

Reply to
EM

Kiedyś naprawiałem mały TV lcd o dziwnej nazwie (jakiś chinczyk) który zasilany był nietypowo bo z panela fotowoltaicznego + akumulator z kontrolerem ładowania. Zwalony był tranzystor TSM9933 na wejściu zasilania TV odpowiedzialny za jego załączenie. Nowy tranzystor pożył 3 tygodnie i znów padł wypalając przy okazji ścieżki. TV pobierał mi maksymalnie przy używanym wbudowanym DVD prąd 2,5A przy 13,8V a TSM9933 to w zasadzie dwa tranzystory w jednej obudowie -20V -4,7A które w tym TV miał dreny i źródła połączone równolegle a bramkami przez osobne rezystory. Wlutowałem IRF9530 i od tego czasu jest spokój.

Marek

Reply to
4CX250

Gdybym dołożył bezpiecznik to łączna rezystancja dławika, transystora i bezpiecznika będzie wynosiła ok. 0,35R co i tak da 34A.

Fakt. W impulsie wytrzymuje 15A.

Wygląda na to że trzeba dać większy tranzystor i dławiki ferrytowe na większy prąd. Mam dławik 15mR w obudowie 0805 na prąd ciągły 3A. W dokumentacji nic nie pisze o obciążalności prądem impulsowym, ale skoro bezpiecznik będzie się otwierał przy ~2A, to dławik powinien wytrzymać. Przy 100MHz ma impedancję

30R, więc to głównie na nim będzie się wydzielała energia impulsu. Tranzystor z dostępnych widzę IRFHS9301 (Vds=-30V, Vgs=+-20V, Id=-8,5A, w impulsie do -52A) :
formatting link
Obudowa drobna, ale mam już kilka podobnych na płytce, więc dam radę wlutować.
Reply to
Pitlab

Dnia Thu, 12 Jul 2012 09:46:09 +0200, RoMan Mandziejewicz napisał(a):

A nie między zródło a bramka?

Reply to
pgw

Użytkownik "J.F" <jfox snipped-for-privacy@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości news:jtkh43$8gp$ snipped-for-privacy@inews.gazeta.pl...

Może wystarczy przegapić i pozwolić rozładować się powoli akumulatorom niemal do zera.

Marek

Reply to
4CX250

Rozumiem że to takie rozważania teoretyczne. W praktyce na istniejacej płytce prościej mi będzie wymienić tranzystor (IRLML9301 ma Vgs=+-20V) niż dokładać dzielnik czy zenerkę.

Reply to
Pitlab
[...]

Przecież się poprawiłem po chwili.

Reply to
RoMan Mandziejewicz

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.