IRF7311 n-MOS och transientskyddsdiod

[Erik M]

Det är inte svårt förstå behovet av en transientskyddsdiod när man styr ett relä med en ordinär NPN-transistor (eller PNP dito).

När det gäller MOSFET blir det mindre klart.

En MOSFET har en inbyggd diod, "åt andra hållet".
Ska inte den täcka behovet av transientskyddsdiod?

Åtminstone för exempelvis IRF7311'an, som är "Fully Avalance Rated" och med "26A Pulsed Source Current (Body Diode)", det borde väl täcka behovet?

Länk till databladet: https://www.elfa.se/Web/Downloads/ta/_e ... Data_E.pdf

[lillahuset]

Tror inte det. Blir det inte en kraftig positiv spik när man bryter strömmen? Och med lite otur knäcker den antingen mosfeten eller dioden. Eller båda.

[Erik M]

Hm... OK.

Vad för transientskyddsdiod behövs vid drift av solenoid på 16V och 2A?

[lillahuset]

Jaaa du, det är jag ingen expert på men det finns säkert många andra som vet precis. Till reläer (ganska små) brukade vi använda 1A/400V dioder typ 1N400x (minns inte sista siffran) i min ungdom. Men till 16V/2A kan det nog bli lite mer energi.

Någon med mer kunskap?

[bearing]

Varför vill du använda en transientskyddsdiod istället för en frihjulsdiod?

Till frihjul räcker nästan vad som helst som tål strömstöten. Även små dioder som bara tål typ 0,1A kontinuerligt tål en kort stöt av 2A som sjunker ned till 0, med spänningsfallet över dioden.

Transientskyddsdioder eller MOSFETens inbyggda behöver tåla hela strömmen/effekten/energin som lagrats i spolen. 2A som sjunker till 0, med hela matningsspänningen + marginal.

Brukar finnas diagram i databladet över hur mycket avalanche transistorn tål, i både ström och energi, vid olika temperatur och hur ofta.

[Erik M]

Som sagt:
Solenoid - 16V och 2A.
Avalance - 100mJ och 4.1A
Så då torde den inbyggda klara, vara gjord för, jobbet?

[bearing]

Nej, det beror på vad ovan nämnda grafer säger. Kolla t.ex. på "Avalanche energy", och jämför med energin som lagras i spolen i relät. Du behöver med andra ord induktansen, för att få fram energin.

[Erik M]

Vad du kallar frihjulsdiod är den diod som är kopplad över lasten, korrekt?

[bearing]

Ordet är svengelska och kommer från engelskans "freewheeling diode" eller "flyback diode".

Om spolen har anslutningarna A och B, där A är kopplat till matning, och B är kopplad till transistor, ska frihjulsdioden kopplas mellan B och A, med "pilen" mot A/matningen.

Och jag antar att det var det du menade

[Pucco]

Med en transientskyddsdiod får man högre spänning vid urladdning av induktansen och ett mycket snabbare avslag.
Med en vanlig diod får man 0,7*strömmen i effektutveckling i dioden och resten kommer att värmas bort i spolresistansen.
Med en transientskyddsdiod får man zenerspänningen*strömmen i effektutveckling och energin i spolen sugs ur mycket snabbare.
Ibland är det viktigt att en solenoid släpper snabbt. Speciellt om det är en elektrisk säkerhetsbroms.

[Klas-Kenny]

Alltså, bodydioden i en MOSFET kan mycket väl tåla strömmen, men den blir ju inte kopplad på rätt sätt för att skydda som man vill.
Frihjulsdioden/snubberdioden/etc. kopplas ju antiparallellt med spolen, inte backspänt emot jord som bodydioden gör.

Om man har en N-FET som styr ett relä, där reläet är kopplat till plus och FET'en drar emot jord, så kommer vid avslag en hög (positiv) spänningspuls bildas vid Drain på FET'en, vilket alltså blir vid katoden på body-dioden. Dioden blir således backspänd, och kommer inte börja leda (innan man når breakdown-spänningen dvs, vilket ju är vad man vill undvika). Den gör där med absolut ingen nytta i det läget.

Dioden i antiparallell med spolen dock, kommer ju att ha anoden kopplad emot den höga spänningspulsen, så att när spänningspulsen blir högre än matningsspänningen blir dioden framspänd och eldar upp energin i spolen.

Edit: Hade förväxlat anod och katod.

[lillahuset]

Bra förklarat.

[bearing]

(innan man når breakdown-spänningen dvs, vilket ju är vad man vill undvika)

En transientskyddsdiod/mosorb/zener arbetar ju i detta läget. Och man kan även använda body-dioden på fälttransistorn på det här sättet, om man vet vad man gör. Feta transistorer har ofta en body-diod som tål en hel del. Så om man räknar på energin i spolen, och jämför med vad transistorn tål, kan man använda body-dioden på det här sättet. Men med okända parametrar skulle i alla fall jag aldrig våga lita på att transistorn pallar.

Att använda body-dioden som en vanlig diod har aldrig varit aktuellt i det här sammanhanget, för det går ju inte med tanke på var transistorn sitter i kopplingen. Det är avalanche/breakdown vi (i alla fall jag) pratat om.

Det är sant att frihjulsdioden är långsammare än zenern. Men när det gäller vanliga reläer är det nog sällen ett problem. Spolen kan ju i alla fall omöjligt laddas ur avsevärt långsammare än den laddats, med frihjulsdiod, eftersom att spolen har så hög resistans. Detta kan man så klart också räkna på, om man vet induktansen och resistansen för spolen.

[Erik M]

Japp, bra förklarat.

Förutom en sak.
Det är body diodens katod som sitter på Drain, på en n-channel MOSFET.
Anoden sitter på Source.

Den fråga som kvarstår är vad MOSFET body diode då gör för nytta.

[bearing]

Dioden är en "bieffekt" vid tillverkningen av en fälteffekttransistor. Hur det är dopat och allt det där, som jag inte har så stor koll på. Det blir en diod i transistorn, helt enkelt.

I grova transistorer (Power MOSFET) har man avsiktligt biffat upp dioden, vilket gör att den klarar korta laviner (avalanche). I en praktisk applikation, finns mellan transistorn (själva kislet) och annan komponent (diod/transistor, själva kislet), en ledare på minst några mm, kanske centimeter, även om kapslarna är monterade precis bredvid varandra. Den ledaren har induktans, vilket betyder att det alltid blir en kort spik över transistorns diod när transistorn släpper. Vid höga strömmar/snabba flanker, orsakar den spiken en lavin. Transistorns diod måste alltså minimum klara denna lavin, annars skulle den inte överleva miljön, även om allt annat på kretskortet vore ordentligt konstruerat. I praktiken klarar dioden mer än minimum.