Para qué sirve la sujeción de la puerta y la fuente de un mosfet

Question

¿Es realmente importante sujetar la puerta y la fuente de un MOSFET? He visto esto en algunos artículos y en algunas hojas de datos de MOSFETs en los que tienen la sujeción incorporada.

Por lo que sé, se utilizan para ESD. Asumiendo que la puerta es sólo una traza a un dispositivo controlador no veo el peligro potencial de una ESD especialmente cuando el traje que va a construir en un caso.

Entonces, ¿los necesito? ¿Son fundamentales?

Answer 1

Como todo en la vida, la respuesta es: depende

Depende de la naturaleza del circuito (¿tiene cargas de conmutación altamente inductivas? ¿Es "vital" o es un juguete de McDonalds? ¿O es el control de regulación de combustible de un avión 737?), etc.

Los MOSFETs funcionan bien sin ellos

Mi empresa fabrica cientos de miles de productos de consumo. Utilizamos millones de MOSFETs de 2 céntimos. Todo funciona con pilas. No se conoce ningún problema significativo que hayamos tenido con los MOSFETs que fallan. Nunca usamos esas protecciones

Si yo fabricara coches eléctricos, tendría estas protecciones en los controles de mis motores.

Así que... depende

Answer 2

Lo siguiente se basa en la versión NMOS del circuito.
Se aplica igualmente a las versiones PMOS con las polaridades ajustadas en consecuencia.

Nótese que Kyle B, con una experiencia muy grande, nunca utiliza la protección que yo incluiría casi de pleno derecho. Sin duda, tiene razón en su elección, ya que sus aplicaciones aparentemente nunca presentan los transitorios o las oscilaciones que importan. En situaciones generales o en caso de duda, mi enfoque es más seguro, en el pequeño costo adicional y el área de PCB requerido.

Basado en una larga experiencia:

PROTECCIÓN DE LOS MOSFETS DE CONMUTACIÓN CONTRA MURPHY

Siempre añadiré D43 - con el voltaje zener ajustado para sujetar Vgs en algún valor por debajo de Vgs_máx y por encima de Vgs_drive_máx, a menos que el diseño sea extremadamente sensible al coste y esté absolutamente seguro de que D43 no es necesario.

El papel de D43 es asegurar que Vgs nunca exceda Vgsmax, condición que suele ser fatal para el FET. La fuente habitual de exceso de Vgs es el acoplamiento Millar de los transitorios de drenaje a la puerta. Estos suelen estar presentes sólo para las cargas inductivas. Si es absolutamente seguro que nunca (nunca jamás) habrá componentes de carga inductiva, D43 puede omitirse teóricamente, pero Murphy conoce algunos buenos trucos.

Una vez tuve una aplicación de alto volumen en la que el FET moría a los pocos minutos de funcionamiento sin D43, y duraba indefinidamente con él instalado. La carga era una resistencia de nicromo de alambre abierto con alguna pero baja inductancia. En la práctica lo suficiente para hacer una gran diferencia.

El D42 no suele ser necesario. Si se necesita, hay soluciones mejores.
La oscilación negativa de Vgs para un MOSFET de canal N no suele ser perjudicial ni afectar al rendimiento, excepto cuando forma parte de una forma de onda oscilatoria.
En algunas condiciones de accionamiento de la compuerta, se producen anillos debido a la interacción y las reflexiones entre la compuerta y el conductor.
La primera y habitual respuesta es incluir siempre una resistencia de pequeño valor (a menudo de 1 a 10 ohmios) entre el conductor y la puerta. Esto ayudará a disipar las oscilaciones de la puerta. También ralentizará ligeramente los picos de corriente de la puerta, suavizando así los bordes de subida, lo que reducirá la EMI y las pérdidas de conmutación.

Una solución útil si la oscilación de la puerta es un problema es montar un pequeño diodo Schottky con polarización inversa de la puerta a la fuente, montado físicamente tan cerca del FET como sea razonablemente posible. Este diodo conducirá en las excursiones oscilatorias negativas de la puerta y eliminará rápidamente la energía de una puerta oscilante.

Un último "truco" que no es una abrazadera en sí misma, pero que puede ser útil 'in extremis' y que debería considerarse caso por caso, es añadir un cordón de ferrita en el cable de drenaje del MOSFET. En el caso de los encapsulados TO220 y similares, esto puede hacerse normalmente sin otros cambios mecánicos o eléctricos. Esto tiene un efecto sobre los transitorios de drenaje, posiblemente de forma adversa en los circuitos de gran ancho de banda. Los resultados variarán en función del material utilizado. No suele ser necesario.

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Ya lo has mencionado: El D42 no suele ser necesario. Si se necesita hay mejores soluciones. ¿En qué situaciones se necesita D42 y cuáles son las mejores soluciones?

En el circuito original, D42 está ahí para bloquear las excursiones negativas de la puerta.
Como la oscilación negativa de la puerta no es útil, puedes ignorarla si no causa ningún daño, o abordar la causa, o eliminarla con más seguridad.

La resistencia de accionamiento de la puerta en serie se ocupa de la prevención y la amortiguación del timbre.

La puerta-fuente conectada inversamente Schottky físicamente cerca del FET estampa en las excursiones negativas mucho más seguramente que lo haría un zener D42.
Observa que el zener D43 y el nuevo D42 - que ahora es un Schottky normalmente con polarización inversa - están ahora en paralelo y no en serie como en tu caso.