【经验】直流电机中场效应管损坏原因分析与TVS SMF15CA的驱动防护方案

时间： 2020-05-23 来源：世强

代理服务

技术支持

批量订货

市场上大多数按摩仪产品普遍采用直流电机作为动力来源。在笔者设计的一款按摩仪中，也是采用的大扭矩直流电机来提供动力，驱动偏心轮达到振动效果。同时仪器具有可调节强度功能。强度调节是通过PWM调节电机转速从而调节振动强度，电机驱动部分的原理图如下：

图1 原理图一

当CH1低电平时，光耦导通，场效应管G极电压被上拉至10.9V。DS导通，电机开始工作。如要调节强度，则通过CH1进行PWM脉宽调制，调节电机转速。图中D1为电机的续流二极管，用于保护元件不被感应电压击穿或烧坏。

根据上图实现了既定功能，并小批量生产投放市场测试。使用过程中有顾客反馈，有振动头出现不停转的现象。对故障产品进行分析，发现是场效应管击穿损坏了，DS为常通状态，所以电机不停转。

分析场效应管损坏的原因，重新对原理及各器件参数进行分析。发现场效应管的漏源电压为30V，没有比工作电压（12V）高出太多。电机作为感性负载，在启动停止或电机堵转的时候会产生很大的感应电动势，虽然续流二极管可以消耗一部分，但有一定概率在于感应电动势大于漏源电压造成场效应管损坏。

虽然这个问题的故障率非常低，但为了使产品更可靠和用户的口碑，笔者制定了两种解决方案：

1.更换漏源电压更高的场效应管。

2.对场效应管增加TVS保护器件。

通过对两个方案的评估，方案一虽然快速简单，但高电压的场效应管价格相比当前的价格翻倍，成本会增加很多，所以选择了方案二。对TVS进行选型时，由于长期以来公司其他产品一直在用硕凯电子的TVS，各方面参数都不错，表现优异，这次也决定继续采用。根据工作电压（12V）选择了SMF15CA。修改原理图如下：

图2 修改后的原理图

在场效应管DS两侧并联硕凯电子的TVS SMF15CA，使场效应管DS两侧电压钳位在15V，从而起到保护作用。SMF15CA为双向TVS，具有很好的双向钳位能力，而且反向漏电流仅为1μA，峰值功率高达200W，保护响应时间仅为1.0ps。符合IEC-61000-4-2标准的空气放电15kv，接触放电8kv的要求。器件封装为SOD-123，体积很小。作为国产元件，价格也很有优势。整体评估下来该产品非常具有性价比，于是进行了实装。

最终产品图如下：

图3 产品图

改进后，对电机进行大量多次堵转测试，仍然能够正常工作。投放市场测试没有再出现类似问题，成功解决了客户问题。

此次解决问题的过程中，如果更换高电压的场效应管成本会增加较多，不利于客户。本文给出的方案仅仅增加一个非常便宜的TVS（SMF15CA）就有效解决了问题，且设计较为简单。因此笔者将此经验分享出来，欢迎大家参考。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由冰释青苹提供，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

全部评论（0）

暂无评论

基于硕凯TVS SMBJ24CA的车载LED电源静电整改案例分析

本文介绍车载LED电源静电整改分析。对于弱电产品有金属外壳的产品最好是把外壳接到PCB的工作地，或者PCB有大地的外壳接到PCB的大地。对于主IC不能承受很大的工作电压时选用TVS尽量选用钳位电压低的，比如SMBJ24CA。

2024-10-25 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

【经验】如何简化浪涌防护的大功率TVS小型化应用电路设计？

在浪涌测试过程中，一般都会选用空气放电管+保险丝+电感+TVS的组合方式进行高能脉冲的处理，从而达到保护后级电路不受击穿或干扰的问题。对于小型化的应用场景，以上的方案占用了很大的PCB空间，器件多、设计布线比较麻烦。因此客户咨询有没有简单可靠的方案提供。

2022-04-20 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

【经验】TVS二极管应用特点及注意事项详解

瞬态电压抑制器（TVS）目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交流电源、直流电源、汽车、家用电器、仪器仪表等各个领域。本文硕凯电子将结合TVS二极管应用的特点及注意事项，来详细探讨如何正确应用TVS，使其应用效能最佳。

2021-09-18 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

【技术】探讨GDT、MOV和TVS三大常见的电路保护器件的异同点

电路保护主要有两种形式：过压保护和过流保护。电路保护最常见的器件有GDT、MOV和TVS。在选择电路保护器件的时候我们要知道保护电路不应干扰受保护电路的正常行为。硕凯电子将在本文探讨GDT、MOV和TVS三大常见的电路保护器件的异同点。

2021-10-04 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

【应用】TVS SR05-4B用于SIM卡防护，可通过5A浪涌电流有效进行保护

由于SIM卡容易被接触，尤其是集成度很高的板子上，一定要加防护器件，否则很容易耦合进静电。硕凯电子的TVS SR05-4B的结电容非常小，在0.5pF到1pF之间，所以不会影响通信，而且SR05-4B的最大通流量是可以通过5A的浪涌电流，远高于普通的ESD（静电防护器件），对静电有更好的泄放通路。

2020-05-08 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

硕凯电子SM2KBF系列TVS参数详解及防护应用

硕凯电子推出的SM2KBF系列TVS是专用于低压直流电源的浪涌防护器件，该器件采用的是SMBF小封装，相对同封装体积的普通系列TVS功率大能做到更大，双向无极性区分，综合防护能力要比同体积产品高得多，可有效降低设计成本。

2024-10-25 - 产品代理服务技术支持批量订货

硕凯电子瞬态抑制二极管选型表

TVS(瞬态抑制二极管)，半导体材质，用于浪涌和静电防护，在小浪涌防护中广泛使用，速度快，封装小，残压低

选型表 - 硕凯电子立即选型

【应用】国产TVS SMAJ5.0A用于气体报警器MCU通讯端口，ESD等级达±15kV，工作电压5V

气体报警器需要增加ESD防护器件。推荐国产硕凯电子的TVS SMAJ5.0A，工作电压5V，峰值脉冲功功率400W，ESD防护等级满足±15kV（空气放电）/±8kV（接触放电），小尺寸封装，是气体报警器MCU通讯端口保护电路的优秀选择。

2022-08-17 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

【应用】基于国产SOT-143封装TVS的USB2.0防护方案

USB2.0的芯片集成度高，易受静电损坏。基于硕凯电子的TVS设计的USB2.0防护方案，在USB2.0的电源线、数据线用1颗TVS对地做防护，钳位静电电压。所用TVS的结电容小于1.2pF，在USB2.0最高速率480Mbps时都可以完整传输信号。

2019-03-22 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

SE05NRE14GA超低电容TVS保护

描述- 本资料介绍了SOCAY Electronics Co., Ltd.生产的SE05NRE14GA超低电容TVS保护器件。该器件适用于高速数据线瞬态保护，具有极低的电容（0.6pF）、低漏电流（0.1μA @ VRWM）和低钳位电压等特点。它支持PCI Express、Serial ATA、USB 2.0/3.0等多种接口，广泛应用于桌面电脑、服务器、笔记本电脑等领域。

型号- SE05NRE14GA

August 9, 2021 - 硕凯电子 - 数据手册 - Revision August 9, 2021 代理服务技术支持批量订货查看更多版本

硕凯电子TPSMEJ24CA车规级TVS专用于汽车中，击穿电压26.7~29.5V，功率5000W

每当我们打开车门的时候，产品LED灯会亮，迎宾灯夜间开门十分耀眼，看的见路况，安全时尚。但是在汽车中由于电源和负载断开时或电流突然中断等瞬态现象层出不穷，所以真正要适用在汽车上还要通过ISO7637-2标准，该标准规定了各种瞬态现象的波形和电压等级。硕凯电子研发的TPSMEJ24CA就是专门用在汽车上的车规级TVS。

2024-10-25 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

【视频】硕凯TVS管SMA至DO-218AB封装适配7637车载浪涌5A和5B全套解决方案|世强硬创新产品在线研讨会

在世强硬创新产品在线研讨会——国产汽车电子专场中，硕凯电子技术专家为我们做了演讲。传统TVS现已不能满足大部分客户的需求，为了满足更高了ISO7637-2的测试等级，硕凯特推出7637车载浪涌5A和5B全套解决方案，封装更全面，体积更小巧，性能更稳定，方案更成熟，能解决各种车载浪涌场合的实际防护问题，可以提高客户产品的使用寿命和防护等级！

2020-12-23 - 新产品代理服务技术支持批量订货

单向TVS和双向TVS有什么区别？

单向TVS管的正向特性与普通稳压二极管相同，反向击为典型的PN结雪崩，双向TVS管的V-I特性曲线是两只单向TVS“背靠背”组合，其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。推荐硕凯（SOCAY）的单向TVS和双向TVS，响应速度为<1ps级，击穿电压有从6.8V～550V，钳制电压比较准确,误差±5%;具体见选型手册： https://www.sekorm.com/doc/1173258.html

2019-03-25 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

低电容TVS保护SE03N6S01GZ

描述- 该资料介绍了低电容TVS保护器件SE03N6S01GZ的特性、电路图、应用领域、机械特性、绝对最大额定值、电气特性曲线和尺寸。该器件适用于便携式电子设备、桌面电脑、服务器、笔记本电脑、手机、MP3端口、数码相机端口和SIM卡等。

型号- SE03N6S01GZ

March 30 2022 - 硕凯电子 - 数据手册 - Revision March 30 2022 代理服务技术支持批量订货

【应用】6.5V反向关态电压的TVS SMBJ6.5A用于运放输入保护，具有高效能、响应速度快等优势

在设计电子产品时，需要设计相应的静电及浪涌防护电路，尤其是在产品的输入输出接口处防护器件必不可少。本文以一款传感器前端信号处理电路的输入防护为例，讲解电路的防护设计，选取的保护器件是硕凯电子的TVS—SMBJ6.5A，静电防护等级符合IEC-61000-4-2 空气放电15kV、接触放电 8kV，防护效果较好。

2020-01-15 - 应用方案代理服务技术支持批量订货