精彩技術剖析:結合案例分析電動開關失效原因
發布時間:2015-03-17 責任編輯:sherryyu
【導讀】我wo們men經jing常chang會hui遇yu到dao設she計ji的de時shi候hou一yi些xie不bu經jing意yi的de問wen題ti,在zai設she計ji係xi統tong的de時shi候hou,為wei了le增zeng加jia係xi統tong的de可ke靠kao性xing和he防fang止zhi意yi外wai情qing況kuang發fa生sheng,我wo們men總zong是shi會hui在zai重zhong要yao的de控kong製zhi中zhong加jia入ru手shou動dong開關控製這一終極策略,但是往往會導致電子開關失效,這到底是為什麼?這個問題還會帶來怎樣更嚴重的設計危害?
我們經常會遇到設計的時候一些不經意的問題,或者在先期設計的時候考慮不到的事情。我們來看這個例子:

在(zai)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)的(de)時(shi)候(hou),為(wei)了(le)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)防(fang)止(zhi)意(yi)外(wai)情(qing)況(kuang)發(fa)生(sheng),我(wo)們(men)總(zong)是(shi)會(hui)在(zai)重(zhong)要(yao)的(de)控(kong)製(zhi)中(zhong)加(jia)入(ru)手(shou)動(dong)開(kai)關(guan)控(kong)製(zhi)這(zhe)一(yi)終(zhong)極(ji)策(ce)略(lve),但(dan)是(shi)在(zai)這(zhe)個(ge)案(an)例(li)中(zhong)正(zheng)是(shi)這(zhe)個(ge)手(shou)動(dong)開(kai)關(guan)導(dao)致(zhi)了(le)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)的(de)失(shi)效(xiao)。這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)Mosfet管和手動開關一起驅動繼電器的例子,如果你這麼設計了,那麼相信不久你就會發現,Mosfet管不能工作了。
經過測試和分析,以上連接的拓撲能生成能破壞MOSFET的電壓浪湧噪聲。其機理是由於開關的機械抖動引起的噪聲,帶動繼電器的線圈產生大的電壓浪湧噪音注入模塊內的Mos管上。盡管Mos管內存在保護(ESD和鉗位電壓限製器),損壞的區域還是在DS。

這個問題暴露了當前設計中限製MOSFET運用的問題,真正的問題在於MOSFET器件DS之間很脆弱,DS之間有一個寄生的三極管:

Mos管能夠承受的dv/dt的能力是有限的,此外mos管也存在著最大擊穿電壓的限製。因此當Dv/dt過大的時候,它會打開寄生三極 管,或者電壓超過擊穿電壓,電流不能限製住的時候,Mos管都會損壞。經過試驗和分析,mos管的損壞是由於寄生三極管被擊穿而損壞了。

試驗圖形如上,可以發現開關關閉時候浪湧電壓噪聲很大。
對策:
我們盡量避免機械開關和電子開關並聯控製繼電器線圈這樣的拓撲結構。如果無法避免,我們可以用三極管取代MOSFET器件來驅動mos管,或者加上保護器件如壓敏電阻器,TVS之類。
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