Schutz-FETs: Leistungsbegrenzung schützt bei Kurzschluss
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Schutz-FETs: Leistungsbegrenzung schützt bei Kurzschluss
Sobald der Timer-Wert die Fehler-Ansprechschwelle erreicht, schaltet der Controller das Gate vollständig ab, und die Ausgangsspannung – Versorgungsspannung für das Modul – wird von der Eingangsspannung – Versorgungsspannung der Backplane – abgetrennt. Zu niedrige und zu hohe Versorgungsspannungen werden über Spannungsteiler an den Pins Umin bzw. Umax erfasst. Der Baustein prüft stets, ob die Eingangsspannung innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, d.h. größer als der Unterspannungs-Grenzwert und kleiner als der Überspannungs-Grenzwert ist. Verlässt die Eingangsspannung den zulässigen Bereich, wird das Gate abgeschaltet. Wenn sich die Ausgangsspannung (UA) bis auf wenige Volt der Eingangsspannung (UE) genähert hat, wird der PGD-Ausgang – ein Open-Drain-Ausgang – auf das Potential von UA gezogen. Mit dem PGD-Pin kann nachfolgenden Schaltungen signalisiert werden, dass die Ausgangsspannung UA „in Ordnung“ ist. Der an den PWR-Pin angeschlossene Widerstand programmiert die maximale Grenzleistung am FET.
Jobangebote+ passend zum Thema
MOSFETs im sicheren Arbeitsbereich
Zum Regulieren des Stroms bei einem Kartenwechsel im Rack oder im Kurzschlussfall ist es erforderlich, dass der externe MOSFET in seinem sicheren Arbeitsbereich (SOA) bleibt. Eine typische SOA-Kurve eines FET ist in Bild 2 am Beispiel des Typs SUM-40N15-38 von Vishay dargestellt. Der Baustein hat eine maximale Drain-Source-Spannung (UDS) von 110 V. Bei niedrigen UDS-Werten wird der Strom durch den RDS(on) des FET begrenzt. Die mit einer Zeitangabe versehenen Kurven geben die maximale Grenzenergie des FET wieder.
In das SOA-Diagramm kann eine horizontale Linie (in Bild 2 rot eingezeichnet) für einen Controller eingetragen werden, der ausschließlich mit Stromregelung arbeitet. Im regulären Betrieb, d.h. mit niedriger Drain-Source-Spannung UDS, wird der Strom auf 5 A begrenzt, sodass der FET seinen sicheren Arbeitsbereich nicht verlässt. Anders ist es bei hohen Drain-Source-Spannungen: Der Controller behält den Maximalwert bei, sodass es abhängig von der programmierten Störungs-Reaktionszeit geschehen kann, dass der FET seinen sicheren Arbeitsbereich verlässt. Wenn beispielsweise die Versorgungsspannung der Backplane 50 V beträgt und die Strombegrenzung auf 5 A eingestellt ist, führt ein Kurzschluss am Ausgang bei einer programmierten Ansprechzeit von 40 ms dazu, dass sich der FET nicht mehr im sicheren Arbeitsbereich befindet (roter Punkt in Bild 2).
Die blaue Kurve in Bild 3 verdeutlicht die Strom- und Leistungsbegrenzung des LM5069. Neben einer Strombegrenzung von 5 A ist eine Leistungsbegrenzung von 50 W eingestellt. Die Ansprechzeit im Störungsfall beträgt wie im vorigen Beispiel 40 ms. Wenn jetzt der 50-V-Ausgang kurzgeschlossen wird, arbeitet der Baustein nicht mehr im Strombegrenzungs-Modus (5 A), sondern wechselt in die Leistungsbegrenzungs-Betriebsart (50 W/ 50 V = 1 A). Der Arbeitspunkt des FET bleibt somit unter der Grenzlinie für 10 ms, sodass ein Ausfall des FET verhindert wird (blauer Punkt in Bild 3). Auch beim Stecken/Ziehen der Karte an 50 V bewirkt die Leistungsbegrenzung, dass der FET seinen sicheren Arbeitsbereich nicht verlässt (blauer Punkt in Bild 3). Bei UDS < 10 V arbeitet der Baustein im Strombegrenzungs-Modus. Der Ausgang wird mit dem erforderlichen Strom versorgt, während der FET in seinem sicheren Arbeitsbereich verbleibt. Die Leistungsbegrenzung des LM5069 kommt erst dann ins Spiel, wenn die Verlustleistung am FET über den programmierten Grenzwert von 50 W anzusteigen beginnt.
Für Vergleichmessungen wurden sowohl für den LM5069 als auch für den reinen Strombegrenzungs-Controller Testplatinen angefertigt. Die Betriebsbedingungen waren für beide Bausteine gleich: 50 V Eingangsspannung, Strombegrenzung 5 A und 40 ms Ansprechzeit. Für den LM5069 gilt zusätzlich eine Leistungsbegrenzung von 50 W. Bei beiden Schaltungen wurde der Ausgang mit einem Lastwiderstand kurzgeschlossen, um die Drain-Source-Spannung ansteigen zu lassen.
- Schutz-FETs: Leistungsbegrenzung schützt bei Kurzschluss
- Internet
- Schutz-FETs: Leistungsbegrenzung schützt bei Kurzschluss
