Limitare curent mosfet cu diode zener - "Leco returns" :)

[Sharky]

Leco, eu ti-am adresat o intrebare ajutatoare. Raspunde la ea si apoi vei avea raspunsul si la intrebarea ta!S-a explicat de nspe mii de ori. Poti sa te inspiri de acolo. Am raspuns inca o data pe alt subiect cu exemple numerice, dar te-ai facut ca ai uitat.Nu am de gand sa explic iar aceeasi poveste pt ca simt ca vorbesc cu peretii.Calculeaza/masoara practic, sau ce mai stii, tu cele doua cazuri expuse de mine si mai vedem.Luam un mosfet banal, cel descris de Marian : irfp240 cu Rdson 0.2ohmi in cele 2 cazuri descrise de mine: scurt fara limitare si scurt cu limitare, calculam Pd in fiecare caz.Sa imi spui cat e Pd in fiecare caz.Te rog fa acest efort de data asta.Mi se pare chiar dezamagitor sa trebuiasca sa explicitam o problema asa de simpla.Chiar daca stii tu ceva de la surse, acela e un caz particular. Acolo ai dreptate, aici datele problemei se schimba putin si nu ai.In restul sunt de acord cu tine si am fost de acord si pana acum. Simpla limitare nu ajunge ca sa salveze decat daca o faci f restrictiva si atunci ampliful e de cacao pt ca nu poate da prea mult curent pe perioade scurte, deci fari risipa de SOA.O protectie VI e de nspe ori mai buna, asta incontestabil.Nu cred ca are rost sa mai dezbatem in directia asta.Ce are av400 sua alte scheme nu prea conteaza. Sunt nspe mii de protectii care se pot implementa. Sunt postate deja cel putin 2 scheme de protectii cu releu care decupleaza in caz de "necaz".Nu vad cine ne opreste sa le folosim. Evident, pt cei care nu stiu decat sa copieze o schema fara sa inteleaga cum functioneaza asta e o problema, dar aceia nu sunt constructori de amplificatoare, sunt doar niste montatori de piese, iar aceste discutii nu se adreseaza lor pentru ca Am corectat titlul.

[Vizitator]

Pai hai sa facem un calcul simplu, teoretic

 

Avem U alim +/- 50Vcc.

 

Presupunem ca sursa ideala de tensiune care nu scade, desi in realitate cam greu cu asa ceva.

 

Ok, luam 50Vcc pe ramura de +, fata de out.

 

Scurt pe iesire, deci avem pe mosfetul de sus cadere de aproximativ 49-48Vcc la 5A (am scazut si caderea pe rezistenta din emitor) puterea disipata de el fiind de sa zicem 48Vx5A=240W.

 

Va rezista sau nu acel mosfet?

 

Acum ca sa iti raspund:

 

 

Daca nu exista acel zenner, mosul va fi deschis BLANA, deci in caz de scurtcircuit pe iesire, curentul ar tinde oficial spre infinit, fiind limitat de 3 chestii:

 

Valoarea rezistentei DS la acel moment (neglijam temperatura jonctiunii, consideram ca fiind R D-S on la 25 grade)

 

Valoarea rezistentei din sursa tranzistorului

 

Curentul maxim debitat de sursa.

 

Din toate discutiile eu vreau sa se inteleaga un lucru.

 

NU sint impotriva acestui tip "rudimentar" de protectie, insa folosit ca UNIC tip de protectie "ca sa fie acolo", montajul nu va rezista.

 

Problema pe care vreau eu sa o aduc spre observarea ochilor vostrii este alta, si MA MIR ca pina acum, NIMENI, nu a sesizat ceea ce vreau sa arat.

 

Ok, limitam cu zenner de sa zicem 6,2V la un curent de 5A, am luat valori aproximative ca exemplu, nu ma intereseaza valori exacte.

 

Sa zicem ca, rezistenta drena sursa creste pina la citiva ohmi, luam ca exemplu 2 ohmi.

 

La amplitudine maxima a semnalului pe o sarcina de 4 ohmi, sa zicem la 95% din P-max, adica 5% sub prag de clipping, PIERDERILE pe mosfet sint MAI MARI la mosfetul ce este "limitat" de zenner mai mic de 12V, fata de mosfetul care ar avea zenner de 12V (tipic 10V sint suficienti ca tranzistorul sa aibe min R D-S).

 

Stiu, vei spune ca lucreaza in regim liniar, DA, este adevarat dar asta este SI MAI RAU la mosfet versus bipolar.

 

Eu doar incercam sa subliniez, ca acest "tip de protectie" prin limitarea curentului maxim prin tranzistor, limitare ce se face prin cresterea "artificiala" a rezistentei interne a mosului, datorata nedeschiderii complete, MICSOREAZA randamentul cit si excursia maxima a tensiunii de iesire, pierderile respective, gasindu-se pe tranzistorii finali.

 

Eu asta incercam sa aduc in fata.

 

Marind tensiunea de alimentare, in cazul de fata la +/- 85Vdc, si punind de exemplu 4 mosuri in paralel, teoretic mosurile vor licra mai "relaxate", insa va trebui ca protectia de curent sa fie aleaza pe la min 7A, ca sa putem avea excursia de curent si tensiune la iesire, pentru puterea ce ar trebui sa o debiteze, cam 600W/4 ohm.

 

Insa practic in acest caz problemele sint mai mari, deoarece presupunem ca avem 85Vdc rail, avem 7A limitare de curent, si scurt pe iesire.

 

Teoretic tranzistorii ar rezista pina s-ar intrerupe siguranta de 10A, si totusi mosfetii explodeaza.

 

De ce?

 

Pai hai sa explic.

 

La mosfeturi puse in paralel, imperecherea trebuie foarte atent facuta, daca se opteaza in aceasta schema ( AV 400 sau FET 400) la acest artificiu ca o "masura de protectie", la scurtcircuit pe iesire, mosfetul care va avea tensiunea de deschidere cit mai mica, in caz de surt, va ceda primul, asemeni ca la bipolare paralel, cel cu beta mai mare care greutatea primul si moare primul.

 

Inca una, la amplificatoarele cu mosfet complementar in iesire, trebuie tinut cont si de diferenta MARE de curent de drena intre structurile N-mos si P-mos, si de diferentele destul de evidente dintre ele.

 

Practic la AV400 ca sa fie cit de cit simetric si ok, la P-mos ar trebui suplimentata ramura de P-Mos cu 25%, adica la 4 trz, adaugat inca unul, ca structurile =sa fie cit de cit simetrice.

[ain]

Pai hai sa facem un calcul simplu, teoreticEu doar incercam sa subliniez, ca acest "tip de protectie" prin limitarea curentului maxim prin tranzistor, limitare ce se face prin cresterea "artificiala" a rezistentei interne a mosului, datorata nedeschiderii complete, MICSOREAZA randamentul cit si excursia maxima a tensiunii de iesire, pierderile respective, gasindu-se pe tranzistorii finali.Eu asta incercam sa aduc in fata..

Da, e adevarat, apare o limitare. Probabil e undeva in jurul la 1V. Din excursia de 50V ai pierdut ditamai voltul iar randamentul a fost compromis .... iremediabil

[Sharky]

OK Leco, cred ca toate lumea a scris de n-spe mii de ori ca nu e o protectie si putem fi de acord.Ideea e sa nu il lase pe mosfet sa o ia razna pana cand a doua protectie intervine in maxim 5ms (tipic pt relee).Te rog calculeaza puterea disipata cand mosfetul nu e limitat. Adica ce ramane: Rds on (la cald, deci dublu sau chiar mai mult), inseriat cu rezistenta din sursa, care sa zicem sa se dubleaza si ea.Cat disipa mosfetul? Aia vreau sa stiu, ca sa pot compara cu acei 240W calculati de tine cu care sunt total de acord.In alea 5ms de chin eu unul prefer o disipare mai mica.Eficienta nu scade in functionare normala.Totusi limitarea cum spui tu e un caz prost ales. E prea invaziva si incurca lucrurile. Nu e nici suficient de restrictiva cat sa salveze mosfetul, si nici suficient de permisiva cat sa permita functionarea normala. Ca sa te salveze in orice caz pe termen infinit ar trebui sa limitezi la maxim 1-1.25A, la alimentari mari, iar asta nu e deloc practic.Acu ca circula tot felul de povesti pe net, nu inseamna ca sunt si reale. Hai sa vedem cu exemple ce e bun si cum putem drege.De aia recomandam o limitare in partea de sus, chiar usor dupa limita de functionare.ex: Am un amplif care vreau sa dea maxim 10A curent de varf instantaneu pe iesire. Zenerul il reglez sa declanseze pe la vreo 11-12A. Daca am mai multi finali atunci impart valoarea la finali, dar sa omitem acest aspect pt simplificarea rationamentului.Cat timp curentul de iesire nu depaseste pragul stabilit de zener, acel zener nu e acolo si nu incurca cu nimic functionarea mosfetului.Eficienta nu scade deloc in zona liniara, cand esti la cativa V distanta de cliping. Adica daca esti la 5V fata de clip si trebuie sa dai 10A la iesire ai 50W disipati, fie ca ai zener, fie ca nu ai zener pt ca trebuie sa mentii o tensiune de iesire si mosfetul este elementul activ. Asa is regulile in clasa AB, nu avem ce face.La Clip nu ajungi niciodata si nici nu stai acolo prea mult. Totusi multi dintre noi ascultam muzica.Cazul tau se amplica doar pt amplifuri care merg cu semnal dreptunghiular full clip, sau evident amplifuri in clasa D. Acolo se remarca o usoara crestere in eficienta, dar atat.Spun usoara pentru ca avem curentul limitat de sarcina, intr-o parte, iar in cealalta parta avem limitarea de Rds on. Cresterea aia in eficienta e frectie la picior de lemn din moment ce daca te duci 3-4V mai in jos disiparea creste considerabil.Cazul ilustrat de tine de 5A nu se preteaza pt un amplif de putere mare.Aici se vede iar cum valoarea de 5A este prost aleasa in cazul descris de tine cu alimentare de 50V si sarcina de 4ohmi. Sunt de acord cu calculul facut de tine, dar problema nu e solutia aleasa, ci aplicarea ei. Pur si simplu castrezi ampliful si nu e ok. O limitare facuta cu cap nu aduce aceste dezavantaje.5A pt sarcini de 4ohmi se preteaza pt amplificatoare alimentate la vreo maxim +-20V.Pe scurt, 1.te rog scrie-mi care e puterea disipata de mosfetul fara limitare.2.Vezi modul de calcul descris de mine. PResupun ca esti de acord cu el.

[Vizitator]

ain, se vede ca n-ai lucrat cu mosfeturi pina acum...

 

la un curent de 5A pe 2 ohmi luat ca valoare aproximativa, nu se pierde doar 1 volt, ar fi fost bine sa fie asa...

 

OK.

 

Sharky, ca sa fie totul mai corect eu dadusem acele valori ca EXEMPLU, nu finale.

 

Hai sa luam de exemplu un amplificator alimentat la +/- 50Vcc, cu o pereche de IRFP-uri si sarcina de 4 ohmi.

 

La ce curent sa fie limitarea?

 

Hai sa luam si amplificatorul in cauza, care a fost alimentat la +/- 85Vcc si a lucrat pe 4 ohmi.

 

La ce curent sa fie limitarea?

 

Virbesc de curent pe ramura de mosfeti, in ambele cazuri.

 

Acum plec la munca, dar daca am putin timp, o sa bag un oki, daca nu, dupa masa cind ajung acasa.

[ain]

ain, se vede ca n-ai lucrat cu mosfeturi pina acum...

 

la un curent de 5A pe 2 ohmi luat ca valoare aproximativa, nu se pierde doar 1 volt, ar fi fost bine sa fie asa...

 

Ai aici un fisier ltspice viewtopic.php?f=5&t=153587#p1369215

Un astfel de ampl. alimentat la 45V are limitarea simetrica la 43.8V. Te las pe tine sa faci calculele.

[Vizitator]

Lasa-ma frate cu spice-ul tau.

Eu vorbesc aici de caz real nu alte chestii.

 

Ca sa limitezi curentul la maxim 5A pe tranzistor, alimentat la 50Vcc, rezistenta interna trebuie sa fie 10 ohm in DC.

 

In scurtcircuit pe iesire, caderea de tensiune pe mosfet-ul respectiv este egala cu tensiunea de alimentare, din care scadem pierderile pe rezistenta din sursa tranzistorului, tipic 0,22 ohm, si eventuala rezistenta a conductoarelor pina la borna de iesire.

 

Deci la un circuit serie, presupunem DC, de la 50Vcc inseriezi o rezistanta , astfel incit curentul maxim dupa ea, sa aibe 5A, rezistenta ce valoare tre sa aibe, nu 10 ohm?

 

Fizica este aceeasi pentru toti tranzistorii, nu este FIZICA DEDICATA pentru LT Spice.

 

Astept sa raspunsa Sharky, referitor la postul anterior, sa putem face calculele.

 

 

Hai sa luam de exemplu un amplificator alimentat la +/- 50Vcc, cu o pereche de IRFP-uri si sarcina de 4 ohmi.

 

La ce curent sa fie limitarea?

 

Hai sa luam si amplificatorul in cauza, care a fost alimentat la +/- 85Vcc si a lucrat pe 4 ohmi cu 4 perechi de mosfeturi.

 

La ce curent sa fie limitarea?

 

Vorbesc de curent pe ramura de mosfeti, in ambele cazuri.

[ain]

Lasa-ma frate cu spice-ul tau.Eu vorbesc aici de caz real nu alte chestii.Ca sa limitezi curentul la maxim 5A pe tranzistor, alimentat la 50Vcc, rezistenta interna trebuie sa fie 10 ohm in DC.In scurtcircuit pe iesire, caderea de tensiune pe mosfet-ul respectiv este egala cu tensiunea de alimentare, din care scadem pierderile pe rezistenta din sursa tranzistorului, tipic 0,22 ohm, si eventuala rezistenta a conductoarelor pina la borna de iesire.Deci la un circuit serie, presupunem DC, de la 50Vcc inseriezi o rezistanta , astfel incit curentul maxim dupa ea, sa aibe 5A, rezistenta ce valoare tre sa aibe, nu 10 ohm?Fizica este aceeasi pentru toti tranzistorii, nu este FIZICA DEDICATA pentru LT Spice.

Leco, apelezi prea des la strawman-uri! Desi "nu am experienta cu mosfet-uri", am sa-ti arat unde gresesti. Zennerul nu trebuie sa limiteze curentul la curentul maxim cerut de sarcina; trebuie sa "limiteze" la o valoare care sa permita intrarea in actiune a unei forme de protectie, gen arderea unei sigurante, decuplarea unui contact de releu. Din acest motiv, un zenner de vreo 7V, care limiteaza curentul prin mosfet la vreo 20A, chiar daca nu va fi o protectie ortodoxa, va ajuta la protejarea mosfetului. Si, revenind la lumea reala, o sursa nestabilizata de 50V conceputa (adica dimensionata) pentru 4A, va avea pe la 20A cam jumatate din tensiunea nominala (Grosso modo, pentru curentul nominal tensiunea scade cu 5-10%, iar noi avem unul de vro 5 ori mai mare). Sa zicem ca alimentarea scade la la 3OV. Puterea disipata ramane insa mare, dar punerea in paralel a 2-3 mosfeturi, reducerea la vreo 40-45 a tensiunii nominale pot permite aducerea amplificatorului intr-un astfel de regim incat sa supravietuieasca vreo 10-20 ms (pana intervine o alta protectie) chiar la un scurtcircuit. Iar pe diyaudio cineva a si facut involuntar experienta pe SKA GB150D cu doua perechi de finali si mosfetii au supravietuit. Acum, rolul ltspice-ului e de de a permite acelora care nu stiu "matematica" functionarii unui tranzistor, asa cum sunt eu si cum esti si tu, sa verifice cum functioneaza in anumite situatii fara a pune in pericol alimentarea cu energie electrica in cartier. Daca cineva banuieste ca ltspiceul opereaza cu globuri de cristal, tamaie sau matanii, poate sa verifice acuratetea modelelor si, daca e cazul, sa le corecteze. Or modelul de regim stationar pentru mosfetul in discutie a fost deja verificat si e ireprosabil. Atat si nimic mai mult.

[Vizitator]

Frate, fara sa jignesc, tu ori faci pe orbul ori NU intelegi.TU citesti ce scriu eu acolo?Am dat ca exemplu SURSA IDEALA, care ar putea debita curent NELIMITAT, nu mai incerca sa o tot intorci, ca scade nu stiu cum, sau ca nu stiu ce alte chestii.Poate omul este maniac si isi pune un traf de 1Kw, pentru un Av 400 sa aibe rezerva, si vre-o 50000uF/rail.Tu realizezi ce energie stocheaza acel condensator in el si ce curent de scurtcircuit are?AV400, NU are nici un fel de releu de mutting, nici o alta protectie, NIMIC, este un amplificator SIMPLU.Sigurantele de pe alimentare, oricit de rapide ar fi ele, crapa DUPA ce crapa mosfetul.Ai ars vre-un mosfet pina acum, incercind sa-l protejezi cu siguranta rapida?

[ratza]

Lasa-ma frate cu spice-ul tau.Eu vorbesc aici de caz real nu alte chestii..

TU citesti ce scriu eu acolo?Am dat ca exemplu SURSA IDEALA, care ar putea debita curent NELIMITAT, nu mai incerca sa o tot intorci, ca scade nu stiu cum, sau ca nu stiu ce alte chestii.

Care din ele e valabilă?

[Vizitator]

Rata, caz real, traf de 1Kw filtraj 22000uF/100Vcc , alimentare +/- 85Vcc in gol.

 

Ce energie avem in acel condensator cu capacitatea de 22000uF cind are 85Vcc la borne?

 

Ce curent de scurtcircuit avem?

 

AV400 nu se poate numi amplificator care are protectie la scurt pe iesire, cit timp NU are limitare de curent cu tranzistori ce se deschid culegind informatia de pe rezistentele din sursa, tranzistori dce blocheaza etajul VAS sau etajul diferential din fata.

 

PUNCT!

 

De ce pina acum, toata lumea care a facut AV xxx si a facut scurt pe iesire, PLINGE dupa finali, si apare la sectiunea ampplificatoare, intrebind , CE SA MAI FAC, se ard finalii...

 

O protectie la scurtcircuit tre sa se comporte cel putin asa:

 

https://www.youtube.com/watch?v=9m1sVXeFgck

[Sharky]

Eu la un amplficiator simplu de mosfet am ars siguranta ultra rapida, inainte mosfetului.Ma rog, poate am avut noroc.LEco nu inteleg la ce sa iti raspund? Am scris deja ca asta nu e o protectie completa si toata lumea e de acord.Nu mai tot posta in nestire ca e obositor. Sincer nici nu imi dau seama ce vrei. Tot repeti la nemurire aceleasi chestii.Plus nu mai folosi termeni de genul : "se vede ca nu ai lucrat cu mosfeti pana acum".Pana una alta imi esti dator cu calculul:Ai spus ca un mosfet la 50V limitat la 5A disipa ~250W. Dar un mosfet la 50V nelimitat, in scurt( aproximezi)+ un Rs de 0.22 inseriat, cat disipa?Scrie-mi si mie cat disipa, ca vreau sa stiu. Presupune ca eu nu as sti sa calculez.Calculeaza tu pentru mine si arata-mi in care dintre aceste doua cazuri mosfetul e menajat si in care e mai putin protejat.LAsa tu ce rezistenta de trecere are, mie spune-mi cat disipa.In rest lasa-ma cu intrebarile si fii atent la ce am scris. Nu am rabdare sa explic babeste, dar repet pt tine pt ultima oara.Limitarea se pune asa incat sa nu intra in regim normal. Adica daca tu ai +-100V si 4R sarcina, curentu de varf e de 25A. Limitarea o pui pe la vreo 28-30A si o imparti la numarul de finali. Ai 6 finali => 5A pe final.DAca ai sarcini de 2ohmi, calculezi curentii pt 2ohmi si asa mai departe. Totul e la alegerea proiectantului.DAca vrei calculeaza si aici cat e disiparea in scurt si cat e disiparea cu limitare. Baga cifre si nu ne mai bate la cap, sa vad eu ca Pd1 e mai mare sau mai mic ca Pd2.Sau masoara, dar explica-ne, nu doar spune : ca asa e logic.Sincer nu stiu ce intrebi si nici nu am rabdare sau vreme pentur asemena banalitati. Eu ti-am expus clar, cine e sa inteleaga intelege.Ramai la subiect, lasa AV400 sau alte montaje de si le face badea Ion in sura.Si fara cearta si aprecieri aiurea in tramvai ca incep sa sterg posturi. Se va discuta doar tehnic.

[hpavictor]

Leco nu mai bate campii cu SOA , decat daca te referi la viziunea ta asupra acestei probleme ! Exista mult mai multe tipuri de protectie la scurtcircuit decat iti poti tu imagina ... ca metoda de actionare pot fi cu limitare sau cu intoarcere ( blocare ) , iar ca detectie pot cu panta fixa sau multipanta in functie de curent , de tensiune , de frecventa ( timp ) , de temperatura sau combinate ( ODEP sau alte denumiri comerciale ) .

[iop95]

Prin limitarea tensiunii Vgs se asigura o limitare a curentul de drena Id, dar avand in vedere ca tranzitorul lucreaza in regiunea liniara, trebuie vazuta incadrarea in SOA. O contibutie importanta la limitarea curentului o are rezistenta din sursa Rs. Daca neglijam tensiunea pe rezistenta din grila, se poate scrie ca tensiunea pe grupul de diode Vz = Vgs + Id*Rs iar pentru Vgs>2*Vgs(th) putem considera liniara caracteristica Id - Vgs, respectiv Id=k*Vgs; inlocuind Vgs in prima relatie, rezulta Id=k*Vz/(1+k*Rs) si are o valoare aprox. constanta pentru niste valori date. Spre exemplu daca Vz=12.7V, Rs=0.22ohm si k=10A/V (valabil pt. IRFP240 si Vgs>6V), rezulta Id=39.7A. Rezistenta din sursa are un rol f important in limitarea curentului, nu atat direct cat mai ales indirect, prin scaderea Vgs odata cu cresterea Id si pastrarea constanta a Vz. Teoretic, la limita, pt. Rs=0, grupul de diode tot asigura o limitare a curentului, dar la o valoare mult mai mare, Id=127A, pentru exemplul dat fiind peste maximul admis. Marea problema este ca fiind in zona liniara, puterea disipata este f mare, pentru 85V alimentare rezulta Pd=(85-39.7*0.22)*39.7=3027W. Din grafic SOA pentru IRFP240, limitele sunt: Idmax=80A (39.7A e ok), Vdsmax=200V (aprox. 85V e ok), iar ca putere, cei 3027W pot fi sustinuti pentru aproximativ 100microsecunde.Deci daca alta protectie nu intervine in timpul respectiv, finalul e binescunoscut.

[hpavictor]

Discutia de mai sus este doar pentru satisfacerea orgoliilor , am precizat de la inceput ca mai exista inca o protectie SOA .Schema finala e putin diferita fata de PSA600 V2.2 ...