Jak zminimalizować ryzyko uszkodzenia MOSFET-a TSM2301 w układzie 12V?

Wed Jul 11, 2012 5:31 pm   

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: http://www.pitlab.pl/misc/zasilanie.png

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.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Wed Jul 11, 2012 6:26 pm   

Pitlab pisze:

--
Pozdrawiam
Andrzej
www.radom.ws

Wed Jul 11, 2012 6:36 pm   

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.

Wed Jul 11, 2012 6:47 pm   

Hello J.F,

Wednesday, July 11, 2012, 8:36:45 PM, you wrote:


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 :(

--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Wed Jul 11, 2012 7:05 pm   

uruchomieniowym kontrolera Hitachi. Tam był tranzystor w SO8 (nie wiem jaki,
nie mogę znaleźć), u mnie jest w SOT23.


Ten "lepszy" IRLML9301 ma Vgs=+-20V, czyli pod tym wzgledem będzie OK




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.


--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Wed Jul 11, 2012 7:32 pm   

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:
http://www.tme.eu/pl/details/sd110-16/bezpieczniki-polimerowe-smd/ece/#
napięcie robocze do16V, prąd roboczy 1,1A, rozłączenie przy 1,95A.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Wed Jul 11, 2012 7:48 pm   

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... :)


--
Pozdrawiam,
Dykus.

Wed Jul 11, 2012 8:06 pm   

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 ;-)

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Thu Jul 12, 2012 6:49 am   

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?

--
pgw

Thu Jul 12, 2012 6:51 am   

Użytkownik "Pitlab" <pitlab@pulpka.wp.pl> napisał w wiadomości
news:jtkd97$k5b$1@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
--
Pozdr
EM

Thu Jul 12, 2012 7:32 am   

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.

Thu Jul 12, 2012 7:46 am   

Hello pgw,

Thursday, July 12, 2012, 8:49:46 AM, you wrote:


Wystarczy dioda Zenera między źródło a dren.


--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Thu Jul 12, 2012 7:48 am   

Hello,


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

--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Thu Jul 12, 2012 7:49 am   

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

Thu Jul 12, 2012 7:50 am   

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