Защита от перенапряжения

[bor]

Всем привет!

Сейчас работаю над устройством, в котором нужно обеспечить защиту от входных бросков напряжения. За основу была взята схема, предложенная в апноуте AN-1533, прикрепил ее к сообщению. Сам принцип понятен, за исключением стабилитрона D2, защищающего от перенапряжения Vgs Q1.

Как я понимаю происходящее, поправьте меня если я ошибаюсь. Допустим прилетает импульс 30 В, отрабатывает шунт, Q2 закрывается, емкость на затворе Q1 начинает заряжаться. Заряжаться через стабилитрон? Он же получается перейдет в состояние пробоя. Одновременно с этим ток начнет протекать через резисторы R5 и R6, но формирование напряжения на делителе будет медленнее чем пробой и заряд затвора Q1, поэтому напряжение там сформируется чуть позже. После того как оно сформируется, D2 вернется в закрытое состояние, и будет открываться только тогда когда разность потенциалов до делителя R5-R6 и после будет выше его напряжения пробоя - в случае 30 В эта разница будет 5 В - стабилитрон будет закрыт.

Вопросы:

1) Правильно ли мое понимание работы схемы?

2) Быстродействие срабатывания Q1 в таком случае определяется скоростью заряда затвора Q1 через стабилитрон?

3) Если прилетит импульс например 100 В - делитель R5 R6 даст уже 16 В на Vgs - значит стабилитрон откроется. Тогда Vgs будет равно нулю?

4) Минимальная мощность стабилитрона определяется сопротивлением R6?

[ForcePoint]

Q2 закрывается, емкость на затворе Q1 начинает

разряжаться через R5 и он отключает нагрузку.

1) Правильно ли мое понимание работы схемы?

Очевидно - нет.

3) Если прилетит импульс например 100 В - делитель R5 R6 даст уже 16 В на Vgs - значит стабилитрон откроется. Тогда Vgs будет равно нулю?

Нет, на "открытом" стабилитроне будет около 6.8 В. Но, поскольку при 100 В на входе Q2 будет закрыт через D1, тока через R6 не будет и VgsQ1 будет около 0 В.

P.S.

предложенная в апноуте AN-1533

https://www.ti.com/lit/pdf/snva190b - оно?

[bor]

Спасибо за ответ!

Получается при открытом Q2 на затворе Q1 будет некоторый потенциал с делителя R5-R6? Например при 10 В на входе на делителе будет 1,6В относительно земли, а Vgs будет 8.4В - следовательно Q1 будет открыт.

разряжаться через R5 и он отключает нагрузку.

Оно будет именно разряжаться? Куда? На истоке же 100 В, а Q2 закрыт.

Нет, на "открытом" стабилитроне будет около 6.8 В. Но, поскольку при 100 В на входе Q2 будет закрыт через D1, тока через R6 не будет и VgsQ1 будет около 0 В.

Ну это равенство обеспечит R5. Интересны переходные процессы для оценки времени срабатывания.

оно?

Да, оно

[ForcePoint]

Получается при открытом Q2 .... Q1 будет открыт.

Да.

Оно будет именно разряжаться? Куда? На истоке же 100 В, а Q2 закрыт.

R5 - включен параллельно ёмкости затвора Q1. Если нет тока через R6 (Q2 заперт), то по фигу, сколько вольт на истоке Q1.

Интересны переходные процессы для оценки времени срабатывания.

"Total gate charge" Q1 при начальном напряжении 6.8 В (получаем общую ёмкость) рассеивается на R5. Далее - RC.

[bor]

R5 - включен параллельно ёмкости затвора Q1. Если нет тока через R6 (Q2 заперт), то по фигу, сколько вольт на истоке Q1.

Это дошло, спасибо!

"Total gate charge" Q1 при начальном напряжении 6.8 В (получаем общую ёмкость) рассеивается на R5. Далее - RC.

А это не очень. Т.е. если мы говорим только о Q1:

Q1 открыт - Ciss заряжен. Происходит превышение порога, Vs и Vg одновременно увеличиваются, но не более чем на 6.8В. Q2 закрывается. Емкость Ciss начинает разряжаться на R5 - и как только она разрядится (считаем RC) - Q1 закроется.

Например если Ciss = 200pF то постоянная времени - 20мкс, следовательно транзистор закроется через 3 тау = 60 мкс.

Еще кстати вопрос по оценке максимальной мощности D2 - как правильно понять на какую мощность он должен быть рассчитан?

[ForcePoint]

следовательно транзистор закроется через 3 тау

По факту - раньше. Ведь уже через одну τ напряжение составит треть от начального и будет близко к Vgsth.
ИМХО - проше просимулировать. Комп - железный, пусть работает.

Как вариант - переделать схему на активный разряд затвора.

[bor]

Похоже что можно брать самый маломощный стабилитрон - через него будет течь только ток заряда емкости затвора.

Пользуясь случаем задам еще один вопрос из схожей тематики. В референсных дизайнах для решения схожих задач часто используют связку TVS + идеальный диод + защита от перенапряжения. Например в PMP10737 от тексас инструментс.

Мне кажется у меня фундоментальное непонимание зачем ставятся TVS. Чтобы отработать быстрее чем закроется защита идущая следом?

Если так, то можно ли обойтись только TVS?

Могут ли TVS сгореть при достаточно длинном импульсе?

[ForcePoint]

Чтобы отработать быстрее чем закроется защита идущая следом?

Думаю - да.

Могут ли TVS сгореть при достаточно длинном импульсе?

Несомненно, т.к. они специфицируются именно на импульсную мощность. Импульсная мощность у SMBJ - 600 Вт. Постоянная - 5 Вт.

[mike-y-k]

bor, на сайте ковбоев (ti.com) есть не только конкретные материалы по применению. Там достаточно и методических материалов с теорией.
Ну и e2e community содержит много материала от инженеров и разработчиков из многих уголков мира.
Дайте в поиске "using TVS" и познакомьтесь с результатами…
Оптимальнее для ковбоев пользоваться браузером FireFox, в остальных или не все, или не всегда будет работать…

PS И таки лучше со схемой сразу давать ссылку на ее источник…

[bordodynov]

Без супрессора на выходе схема допускает выброс!

.