Перегорает полевой транзистор в стабилизаторе напряжения

[Denis D]

Приветствую!

Есть пресловутая, простецкая и древняя схема стабилизатора напряжения на TL431 и полевом транзисторе без защиты:

Оставим в стороне обсуждения какая эта схема "хорошая" и зачем мне это нужно. Вопрос чисто технический.

В качестве БП используется зарядка от ноутбука 19.5В, 4.5А  с защитой от КЗ ("защелка").

Схема работает, напряжение стабилизирует на заданном уровне от 2.5В до 17В. При нагрузке 4А падение около 0.5В.

Естественно греется и естественно используется радиатор с кулером.

Так вот, при КЗ и в диапазоне напряжения стабилизации выше 4В - защита зарядки ноутбука срабатывает без проблем.

НО, если на стабилизаторе выставить минимальное напряжение стабилизации 2.5В и сделать КЗ - транзистор перегорает, да еще и тащит за собой ТЛ.

• Транзистор стоит IRF2807.  
• Напряжение пробоя сток-исток 75 В,
• Максимальное напряжение затвора 20 В
• Сопротивление в открытом состоянии 13.0 мОм
• Ток стока 82 А

Поставил стабилитрон исток-затвор на 9В для защиты затвора от перенапряжения - не помогло.

Поставил один резистор - катод ТЛ431-затвор полевика (200 Ом) и один на вывод управления-делитель ТЛ (470 Ом) дабы ограничить ток через ТЛ431 до паспортных 100 мА. ТЛ-ки перестали перегорать и о чудо - транзисторы IRF2807 тоже.

НО радость была не долгой ибо решил поставить вместо 2807 - IRFZ44 c более меньшим сопротивлением канала (0,018мОм в сравнении с 13мОм у 2807).

И он снова стал перегорать при 2.5В стабилизации и КЗ по выходу.

 

Полагаю что защита в зарядке от ноутбука срабатывает с большой задержкой и посему, транзистор с более низким сопротивлением канала успевает перегореть. Но так я не понимаю как это происходит ведь у 2807 максимальный ток 80А, а у IRF44 - 50А! Это защита зарядки ноутбука  при таком огромном кратковременном токе срабатывает получается?

При низком напряжении стабилизации транзистор практически закрыт и падение на переходе порядка 14В, может тепловой пробой? Или все же превышен ток в пике?

Вообще хотелось бы понять физику явления... Кому не сложно поясните пожалуйста.

P\S: Я знаю что можно и нужно поставить ограничитель или стабилизацию по току на выход (в общей схеме она у меня есть на LM358) но даже при ее наличии и КЗ на 2.5В транзистор все равно пробивает , точно так же знаю что лучше выкинуть эту схему и купить импульсный DC-DC китайский с нормальным КПД и не обогревать линейной схемой квартиру!

Изменено 14 февраля, 2022 пользователем СКУПОЙ
II.2

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[oleg_s]

TO220 может рассеять 50 W, нигде не превышаете?

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Denis D]

2 часа назад, oleg_s сказал:

/////

Та до рассеивания тепла там даже не доходит. КЗ микросекунды...

Изменено 14 февраля, 2022 пользователем СКУПОЙ
II.9

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Dr. West]

1 час назад, Denis D сказал:

ведь у 2807 максимальный ток 80А

Смотрим в даташите, при каких условиях можно получить этот ток:

 

У IRFZ44 картина примерно такая же.

[Denis D]

1 час назад, Dr. West сказал:

/////

Шаг сетки не понятен... 

Понятно, что при 10В, через переход транзистора, в течении 10 микросекунд может протечь ток выше 10А... И о чем это говорит в моей ситуации? Что при КЗ время срабатывания защиты зарядки ноутбука выше этого времени и ток выше 10А?

[Dr. West]

У  вас блок питания 19,5 Вольт. При таком напряжении сток - исток (во время КЗ) транзистор может выдержать всего лишь порядка 8 Ампер. Такой импульс тока вполне могут выдать конденсаторы, стоящие на выходе блока, до того, как сработает защита.
Плюс - неизвестно время и порог срабатывания этой защиты.

 

Изменено 14 февраля, 2022 пользователем Dr. West

[Denis D]

1 час назад, Dr. West сказал:

/////

Спасибо!

Как вы это посчитали? Шаг сетки на графике между 10 и 100 не подписан и нелинеен.

Почему тогда 2807 не пробивает, а 44 - пробивает? Из-за разницы в их макс. токах 80 и 50 ампер соответственно?

И еще, учитывая предложенное вами, почему тогда не успевает отработать стабилизатор тока на LM358 (в основной схеме) при низком напряжении стабилизации?

 

Изменено 14 февраля, 2022 пользователем СКУПОЙ
II.9

[Dr. West]

Шаг сетки там такой: 1, 2, 3....10, 20, 30....100, 200, 300 и т.д. 
Ну, 2807 помощней конечно.
На схеме нет никакого LM358.

[Denis D]

17 минут назад, Dr. West сказал:

Шаг сетки там такой: 1, 2, 3....10, 20, 30....100, 200, 300 и т.д. 
Ну, 2807 помощней конечно.
На схеме нет никакого LM358.

Зачем тогда эти параметры в 80А, если держит он их при 5В всего 100 микросекунд? 

Схема ниже.

[oleg_s]

Где то попадалась статья, где IRF объясняли откуда такие бешеные амперы. Типа, все пишут и мы пишем, а то наши транзисторы покупать не будут. Хотите правду, смотрите ОБР.

Изменено 14 февраля, 2022 пользователем oleg_s

[hasl]

18 минут назад, oleg_s сказал:

Где то попадалась статья, где IRF

так и плодите неучей

Зачем рассуждать - просто читайте доки по компонентам

Производитель не дурак и не будет писать мнимые параметры

 

пссс..... хоть кто то учел Ugs в данном - говно стабе

при чем тут вообще сопротивления переходов - если  транзистор не в ключевом режиме

и т.д и т.п.

 

а да, начинаем "срач" страниц так на 100

ИМХО..........

Изменено 14 февраля, 2022 пользователем hasl

[СКУПОЙ]

Транзистор в линейном режиме, очевидно же

[Falconist]

Мне другое непонятно: какого ляда свербит пихать КЛЮЧЕВОЙ (вертикальный) полевой транзистор в ЛИНЕЙНУЮ схему? Если биполярный беспроблемно справляется с задачей. https://cxem.net/pitanie/5-342.php (Рис. 4).

https://forum.cxem.net/index.php?/topic/176155-low-dropout-линейный-стабилизатор-на-tl431/

[Bobius]

2 часа назад, Denis D сказал:

Зачем тогда эти параметры в 80А, если держит он их при 5В всего 100 микросекунд? 

А ничего, что при этом рассеиваемая мощность 400Вт? С ТО220 такую мощность не отвести никак, даже если радиатор с ним засунуть в жидкий азот. 

[Denis D]

58 минут назад, Falconist сказал:

Мне другое непонятно: какого ляда свербит пихать КЛЮЧЕВОЙ (вертикальный) полевой транзистор в ЛИНЕЙНУЮ схему? Если биполярный беспроблемно справляется с задачей.

Наверное за тем что не у всех есть подходящий биполярник или составной транзистор, а 4Х-х везде как грязи. Еще наверное из-за низкого сопротивления канала...

[Alkarn]

Далось это низкое сопротивление канала!  Это в КЛЮЧЕВОМ режиме при максимально открытом, насыщенном транзисторе. В аналоговом режиме, если уж считать его сопротивление, то по закону Ома оно будет (19,5-2,5)/5=3,4 Ом, а ни какие миллиомы.

[ГОГА рижский]

В зарядке на выходе стоит дроссель, при к/з и малом выходном напряжении возникают мощные импульсы, которые запросто могут снести всё.

Я экспериментировал с подобными стабилизаторами и забросил эту тему. У меня вылетали 3,3 вольтные схемы просто от того, подключал крокодилами нагрузку.

Может у меня была крайне неудачная разводка платы БП?

Если охота поэкспериментировать, я бы посоветовал зашунтировать внутренний стабилитрон С-И, (с никудышным быстродействием) диодом Шоттки.

Также зашунтировать полевик по входу диодом Шоттки сток/земля. может и затвор тоже. Хоть от отрицательной полярности спасёмся.

[Denis D]

О! Гергий. Приветствую Вас!)) Знаком с вашей деятельностью еще как ремонтировал свой Океан-214. Тогда во многом помогли ваши видео. Спасибо!

По поводу зарядки то напряжение низкое ведь на стабилизаторе выставляется, а на зарядке как было 19.5В так и остается. Не совсем понимаю как диапазон стабилизатора в 2.5В может влиять на выходной дроссель зарядки?

За советы с диодами спасибо! Попробую.

[Falconist]

11 часов назад, Denis D сказал:

не у всех есть подходящий биполярник

А что, Вы в глухой тайге живете и магазинов нет?

11 часов назад, Denis D сказал:

из-за низкого сопротивления канала

Это важно для ключевого (импульсного) режима работы. Линейный режим - это в любом случае "призапирание"  канала! 

Процитированная "глубоченная мысля" как раз и свидетельствует о полном непонимании принципов работы транзисторов. Как полевых, так и биполярных. Поэтому не изобретайте велосипед с квадратными колесами.

[Denis D]

А я и не пытаюсь ничего изобретать. Я повторил схему и обнаружил проблему, которую попытался решить (стабилитрон Ugs, резисторы в цепи ТЛ). Это во многом улучшило стабильность (живучесть если хотите) схемы, но все же не решило проблему.

Поэтому создал пост с просьбой к более опытным пояснить физику явления. Даже процитирую самого себя:

Цитата

Вообще хотелось бы понять физику явления... Кому не сложно поясните пожалуйста.

Что же вы все уперлись в выбор транзистора и его режим работы (ключевой, линейный), а так же в мои знания?? Я по моему четко описал проблему и так же четко поставил вопрос... Зачем мне рассказывать про то что я не просил?

Кроме Георгия Веревкина и Dr. West никто не удосужился что либо внятное по существу написать кроме классического: "нафига оно тебе надо", "учи матчасть", "глубоченные мысли"...

А модераторы только и следят за тем что бы лишний раз не процитировал да красным цветом не выделил ибо он (этот цвет) для модераторов (зачем этот цвет тогда доступен простым пользователям?))) Или разговаривают о темах не касающихся основной темы поста. 

Ну да ладно...

Предварительный, частичный ответ на свой вопрос я нашел из ответов @Dr. West, а именно:  Реальный максимальный ток канала 2807 исходя из его ВАХ, порядка 8А и никак не 80А! (тут я каюсь - не посмотрел ВАХ в даташите на транзистор). Из этого следует что при КЗ защита зарядки ноутбука срабатывает медленно и всплеск тока гораздо превышает порог 8А и как следствие - пробой по превышению тока.

Примерные решения предложил @ГОГА рижский: шунтирование диодом Шоттки медленно работающего встроенного стабилитрона канала транзистора, а так же шунт на i-g.

Но все равно остались вопросы:

1. Если пробой при КЗ происходит по превышению макс тока i-s, то почему он происходит только в нижнем диапазоне стабилизации 2.5В? Сопротивление канала в этот момент наоборот высокое.;
2. Пробитые транзисторы всегда выходят с закороченным затвором на канал. Это имеет какую то суть? Иными словами можно ли понять по состоянию выводов транзистора каким путем произошел пробой?

 

 

 

[z_vip]

Denis D - решу предположить, что происходит пробой управляющего перехода

Уберете R9 из схемы и оставите стабилитрон между затвором и истоком

И еще бы посмотреть на ослике выходной сигнал с БП 19,5 В и схему стабилизации на предмет возбуда

Так же может иметь проблему топология монтажа - длинные провода, отсутствие конденсаторов по входу и выходу стабилизатора

Удачи

P.S. правильнее защищаться от КЗ не схемой БП питающего стабилизатор, а защитой встроенной в стабилизатор

[Denis D]

Спасибо за советы! 

R9 нужен был для ограничения тока через стабилитрон ибо R11 изначально не было.  Забыл убрать когда поставил R11. 

Осциллограмму выхода зарядки сегодня гляну.

Конденсаторы по входу зачем если такие же стоят по выходу зарядки? Провод от зарядки с ферритом, толстый...

Но это все равно не объясняет почему пробой происходит именно на 2.5 В стабилизации...

 

P\S: Так у меня и есть в схеме (той из которой вы брали номинал R9) защита по току в виде стабилизатора тока на LM358. Но при нем так же произошел пробой при КЗ на 2.5В...

 

[z_vip]

Вот вам и возможная отгадка пробоя - Провод от зарядки с ферритом, толстый...  - при замыкании возникают колебания(выброс напряжения) и при выходе 2,5 В напряжение на полевике максимальное + TL выключается и все напряжение на входе + выброс(минус напряжение выхода 2,5 В) поступает на затвор , а исток притянут к земле.

 

Ага - конденсатор по входу обязателен, как и по выходу - и как можно ближе к выходному транзистору, чтоб снизить паразитные индуктивности и возбуд

Проводники как можно короче и толще в разумных пределах

TL431 зашунтировать катод и управляющий вывод керамикой 0,01 - 0,1 мкФ

Ваша защита от КЗ работать не будет хорошо - на выключение Q2 требуется время. LM(не высокое быстродействие) не обеспечит требуемый ток для быстрой разрядки емкости затвора

При медленном нарастании тока - защита сработает и ток ограничит

К тому же в схеме ошибка, R7 подключите к входу стабилизатора

RL1 что за зверь ?

 

[ГОГА рижский]

12 часов назад, Denis D сказал:

Не совсем понимаю как диапазон стабилизатора в 2.5В может влиять на выходной дроссель зарядки?

2.5В на выходе подразумевает 17.5 Вольт на входе, типа имеется хороший замах для удара, и при к/з дроссель в зарядке генерирует импульс, а каждый импульс не только бьёт в плюс, но и в минус. Типа, как в катушке зажигания. По этой же причине резистор R17 и R5 должны быть безиндуктивными. 

Я предполагаю, что в итоге генерируется очень короткий и высоковольтный отрицательный импульс, который сносит всё на своём пути.

Про полевик в БП.

Я считаю, что применение мощных МОП транзисторов в БП позволяет более полно использовать первичное питание.

Т.е. мы можем получить большее выходное напряжение, чем при использовании биполярников.  А отрицание этого факта есть не что иное, как витание в иллюзиях!

Но... не при такой схеме включения полевика.

Очень хорошие результаты даёт применение n-канального полевика - это позволяет получить на выходе практически полное напряжение источника.

В качестве примера моя схема неожиданно простого БП собранного по этому принципу:

 

Добавочно дана схема преодоления минимального выходного напряжения в 2.5В.

Схема сырая.

 

Изменено 15 февраля, 2022 пользователем ГОГА рижский

[ummagumma]

54 минуты назад, Denis D сказал:

почему

патамушто при низком выходном на канале транзистора падает практически всё входное напряжение стабилизатора. при том же пороге тока ограничения. P = V^2/Rds. если схема выставила Vgs для проводимости канала 1S, то мощ при козе на выходе на транзисторе преевысит 0,4кВт и кишки ейные не просто пожарятся, они просто испарятся. причём вне зависимости на радиаторе он или просто стоит на трёх ножках. каюкер ему при любом раскладе гарантирован на 100%. жизнь это и подтвердила. надо завязывать с этим линейчатым барахлом и переходить на импульс