【導讀】在設計系統(tǒng)的時候,為了增加系統(tǒng)的可靠性和防止意外情況發(fā)生,我們總是會在重要的控制中加入手動開關控制這一終極策略,本文中的案例正是這個手動開關導致了電子開關的失效。
我們經(jīng)常會遇到設計的時候一些不經(jīng)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:
圖1:一個Mosfet管和手動開關一起驅動繼電器的例子
在設計系統(tǒng)的時候,為了增加系統(tǒng)的可靠性和防止意外情況發(fā)生,我們總是會在重要的控制中加入手動開關控制這一終極策略,但是在這個案例中正是這個手動開關導致了電子開關的失效。這是一個Mosfet管和手動開關一起驅動繼電器的例子,如果你這么設計了,那么相信不久你就會發(fā)現(xiàn),Mosfet管不能工作了。
經(jīng)過測試和分析,以上連接的拓撲能生成能破壞MOSFET的電壓浪涌噪聲。其機理是由于開關的機械抖動引起的噪聲,帶動繼電器的線圈產(chǎn)生大的電壓浪涌噪音注入模塊內(nèi)的Mos管上。盡管Mos管內(nèi)存在保護(ESD和鉗位電壓限制器),損壞的區(qū)域還是在DS。
圖2:測試和分析結果
這個問題暴露了當前設計中限制MOSFET運用的問題,真正的問題在于MOSFET器件DS之間很脆弱,DS之間有一個寄生的三極管:
圖3: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制。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,電流不能限制住的時候,Mos管都會損壞。經(jīng)過試驗和分析,mos管的損壞是由于寄生三極管被擊穿而損壞了。
圖4:試驗圖形
試驗圖形如上,可以發(fā)現(xiàn)開關關閉時候浪涌電壓噪聲很大。
對策:
我們盡量避免機械開關和電子開關并聯(lián)控制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。