1/6 Aprende a cómo testear MOSFETS y las fallas típicas Como continuación del artículo de ¿quieres ser un buen técnico en electrónica? Vamos a hablar más a detalle de nuestros amigos los MOSFET. Los transistores MOSFET son muy parecidos a los transistores BJT normales, pero con la gran diferencia que estos son más utilizados para aplicaciones de control de voltaje mientras que los BJT son más para aplicaciones y control de corrientes o amplificación. Los MOSFET son como relés que sirven para conmutar grandes cargas y disipar lo mínimo en forma de energía calórica y estos pueden ser conmutados con niveles lógicos o de hasta 20v. Por lo tanto, nos los vamos a encontrar en muchas tarjetas que controlen diferentes cargas y voltajes. Lo primero que hay que tener en cuenta antes de desoldar un MOSFET para testearlo, es que estos estarán polarizados con resistencias, estas han de ser averiguadas y medidas como primer test. Tanto si encontramos una resistencia en corto como si no, podemos sacar el MOSFET para asegurarnos de que este está en correcto funcionamiento si las lecturas dentro del circuito no son fiables. También los MOSFET se destacan por tener un Zener de protección que mencionaré más adelante. ¿Cómo testear un MOSFET? Bien, una vez tenemos al amigo fuera del circuito lo que cualquier técnico o ingeniero de reparación habrá hecho a estas alturas es descargarse el datasheet del componente. A mí, personalmente me gusta hacerme mis dibujos del patillaje y de cómo están polarizados dentro del circuito para saber bien que es lo que estoy midiendo y darme una idea de las posibles causas. Cuando ya tenemos localizadas las 3 patillas, ponemos nuestros multímetro en modo diodo.
1. Conectamos la sonda negativa al Source del MOSFET. 2. Sujetamos el MOSFET sin tocar ninguna de sus partes metálicas ni con los dedos ni con las sondas hasta nuevo aviso. 3. Sin mover la sonda negativa del surtidor y el multímetro en modo diodo, conectamos la sonda positiva en el drenador. Aquí no deberíamos estar obteniendo ninguna lectura. 4. Ahora tocamos con la sonda positiva el "gate" durante unos segundos, y volvemos a tocar el drenador como en el paso 3, entonces deberemos estar observando una lectura que representa la carga de capacitancia interna del MOSFET. 5. Sin mover las sondas, podemos tocar con los dedos los terminales de surtidor y gate (o drenador también, en este punto no importa) y observaremos como el transistor se descarga y no da lectura o lo que es lo mismo lectura infinita o no conductiva.
2/6 Este test no es 100% fiable, pero en la mayoría de los casos, suficiente. Cuando los MOSFETS fallan normalmente suelen estar cortocircuitados entre drenador y puerta. Esto puede poner la alimentación del drenador a través de la resistencia de la puerta, lo cual ha podido ocasionar graves fallas en esa sección del circuito. Esta también afectará a otras puertas de MOSFETs que estén conectados en paralelo. Asi que si los MOSFETs están dañados comprueba todos sus conductores (resistencias de polarización etc) Este hecho es probablemente la razón por la que nos encontraremos el diodo zener que comentaba al principio conectado entre surtidor y drenador. Este zener en caso de cortocircuito del MOSFET puede limitar que el daño se extienda. No nos podemos dejar atrás nuestro instinto analítico y siempre debemos averiguar porque se ha podido producir esa falla. ¿Por qué los MOSFETS fallan? Hay unas cuantas causas por las que un MOSFET puede fallar, aquí menciono las razones más importantes. Exceso de tensión: los MOSFETS tienen muy poca tolerancia a la sobretensión. El daño al dispositivo puede provocarse incluso por una sobretensión de unos pocos nanosegundos. Los MOSFET han de ser mirados con atención en cuanto a tensiones inesperadas. Sobrecarga de corriente prolongada: Corrientes medias/altas provocan una considerable disipación térmica en los MOSFET a pesar de su relativa baja impedancia. Si la corriente es muy alta y el disipador de calor es pobre, el MOSFET puede ser destruido por el aumento de temperatura. Ten en cuenta que MOSFETS vecinos pueden estar conectados en paralelo directamente para compartir cargas de corriente elevadas. Sobrecarga de corriente transitoria: Una sobrecarga de corriente muy alta, aunque de corta duración, pude causar daños progresivos al dispositivo con poco aumento de temperatura apreciable antes de un fallo. Disparo de los transistores a la vez: Si las señales de control de 2 MOSFETs opuestos se superponen estos son activados al mismo tiempo. Esto efectivamente cortocircuita la alimentación, este fenómeno nuestros amigos anglosajones lo conocen cómo Shoot-through condition. Si esto ocurre el condensador de desacoplo de la alimentación de descarga rápidamente a través de ambos MOSFET cada vez que se produce una transición de conmutación. Esto se traduce en impulsos de corrientes muy cortos pero muy intensos a través de los dispositivos de conmutación. Las posibilidades de que shoot-through condition ocurra se reducen al mínimo dejando un tiempo muerto entre las transiciones de conmutación, durante el cual ningún MOSFET es activado. Esto deja un tiempo para un dispositivo sea desactivado antes de que el contrario se active. Sabiendo esto, deberemos estar preparados para cambiar más de un MOSFET si estos trabajan juntos.
Exceso de voltaje en la Puerta: Si la puerta del MOSFET es conducida con una tensión demasiado alta, el aislamiento de metal oxido interno puede llegar a ser perforado dejando el MOSFET fuera de combate. Tensiones de entrada a la puerta de más de +15v o +20 en algunos modelos son susceptibles a causar daños en la puerta y hacer que el MOSFET falle. Debemos tener cuidado de dejar la puerta libre de picos de tensión que puedan superar las tensiones de voltaje máximas para la puerta. Si esto ocurre debemos detectar todos aquellos componentes conectados a la puerta del MOSFET para verificar de donde proviene la falla. No sirve de nada tan solo cambiar el MOSFET, ya que probablemente si lo hacemos así, se volverá a dañar prontamente o incluso en directo. Voltaje de puerta insuficiente o activación a medias: Los dispositivos MOSFET tan solo se usan para conmutar grandes cantidades de voltaje porque estos son diseñados para disipar el mínimo de energía cuando están en pleno funcionamiento. Es responsabilidad del diseñador de asegurar que el MOSFET estará lo suficientemente dimensionado para disipar el mínimo de energía durante su conducción. Si el
3/6 MOSFET no es del todo conmutado este presentará una gran resistencia durante su conducción lo cual hará que se disipen grandes cantidades de energía en forma de calor. Una tensión de entre 10 y 15v en la mayoría de los MOSFET garantiza el pleno encendido del dispositivo.
Medir ó comprobar con un multímetro un Mosfet nuevo o usado Un MOSFET de potencia presenta por lo general una de las dos siguientes fallas eléctricas: Entra en cortocircuito, y es tan bajo el ohmiaje que presenta que no es necesario retirarlo del circuito para saber que se encuentra dañado, para ello es necesario desconectar el cable que alimenta la fuente de 50VDC o él fusible de dicho transistor. Esta operación evita que al aplicar el multímetro al transistor MOSFET nos de un falso cortocircuito por entrar a cargar los grandes capacitores de la fuente. Si has retirado el fusible o el cable de fuente de 50VDC, aplica el multímetro entre tierra del amplificador, que generalmente se encuentra unido a la carcasa o disipador. Medirás valores de
4/6 resistencia muy bajos, menores a 10 ohmios (< 10 Ω ), lo cual nos indica que el transistor MOSFET está cortocircuitado. El MOSFET en corto, evidentemente se verá reflejado en que los fusibles de la fuente de 50VDC se hallan fundidos. No remplazes el fusible sin antes saber que ocasionó el fundimiento del fusible. En algunas fuentes con protecciones electrónicas de cortocircuito, se presentarán dos clases de protecciones: El voltaje caerá a cero y se encenderá una alarma de SOBRECORRIENTE, o el voltaje se reducirá a un valor bajo- como dos ó tres voltios, y la corriente se mantendrá en un valor limitado por diseño de la fuente. La segunda clase de falla que presenta el MOSFET es una alta fuga de drenaje a fuente (Drain a Source), lo que se traduce en una bajísima ganancia de la etapa en cuestión. Para esto es necesario retirar el transistor MOSFET de su circuito, con mucho cuidado para no dañar las pistas del impreso. Valores menores a 100 kilo-ohmios (< 100k Ω ) entre drenaje y fuente serán indicio que se debe cambiar el componente antes de que entre en cortocircuito y falle en el campo o al aire. Un MOSFET con fugas altas (< 100k Ω ) llevará en cascada a dañarse a otros MOSFETS cuando operan en amplificadores de alta potencia de varios MOSFETS en paralelo. Si es posible- y aveces termina siendo necesario, se extrae el mosfet bajo prueba y se aplica el procedimiento para probarlo como si fuera nuevo, tal como se describe a continuación.
Cómo medir un Mosfet de cualquier tipo Cuando tenemos un mosfet potencia NUEVO, siempre nos entra la duda de si estará en buen estado antes de realizar la instalación del mismo en el amplificador, pues sucede muchas veces que el mosfet es incorrectamente instalado- o sin las precauciones del caso, y al encender el equipo para probarlo en dinámico, resulta que el mosfet se entra en CORTOCIRCUITO y ya no hay nada que podamos hacer m;as que cambiarlo por uno nuevo. Entonces con MOSFET NUEVO, debemos tener primero la precaución de manipularlo correctamente: esto es cuidar que no se dañe por descargas de electricidad estática que se hayan acumulado en nuestro cuerpo y fácilmente pueden perforar la compuerta-fuente del mosfet. Para evitar tal daño es necesario usar una pulsera antiestática atada a nuestra muñeca mientras que el otro extremo de la pulsera- el del lagarto, se conecta a la estructura metálica de nuestra mesa o a la estructura metálica de la habitación donde nos encontramos, haciendo esto descargamos la electricidad estática. Luego si podemos con seguridad manipular el mosfet y hacer cualquier prueba. Ahora debemos tener un multímetro en función OHMETRO, con suficiente tensión en circuito abierto como para "activar" la compuerta del mosfet, en palabras simples LA TENSIÓN DEL ÓHMETRO EN CIRCUITO ABIERTO DEBERÁ SER MAYOR A 3.0 VOLTIOS, esto tiene que ver mucho Cómo se polariza un mosfet. Se mide la resistencia entre drenaje y y fuente y debe dar un valor superior a 1 Megaohmio, en algunos mosfets puede llegar a 10 Megaohmios ó más. Se podrá notar con la función diodo que existe un diodo en paralelo entre la juntura drenaje-fuente, con el cátodo hacia el drenaje, este diodo proteje al mosfet de los voltajes inversos.
5/6 Se aplica voltaje positivo a la compuerta: terminal negativo del óhmetro a la fuente(SOURCE) y terminal positivo del óhmetro a la compuerta (GATE), debido a la muy alta impedancia entre compuerta y fuente se mantiene la carga positiva por varios segundos lo que hace que el mosfet entre en conducción total, y esto se puede medir con el óhmetro entre fuente y drenaje (DRAIN) con un valor muy próximo a cero ohmios. Para apagar el mosfet se aplica carga negativa a la compuerta- o se pueden unir la compuerta con la fuente del mosfet usando una punta del multímetro: terminal positivo a la fuente y terminal negativo a la compuerta, así se apaga el mosfet, cosa que se puede comprobar midiendo una muy alta resistencia entre fuente y drenaje. (transistor de efecto de campo) , es uno de los componentes mas utilizados en la electrónica moderna, se le puede ver usualmente en fuentes conmutadas, conversores DC- DC, DC-AC etc. Saber si un FET esta en buen estado, es muy importante en el campo de las reparaciones, ya que de lo contrario se tendrían muchos inconvenientes para detectar fallas en los circuitos. La mayoría de los circuitos integrados digitales, están construidos en base a transistores FET, lo que los hace más veloces y eficientes, ya que consumen menos corriente y pueden operar con voltajes muy bajos. Algunos de estos circuitos integrados pueden funcionar hasta con menos de 1vdc. Obviamente los transistores FET de nuestro interés, son los que conforman un solo componente electrónico. Existen diferentes tipos de transistores FET, los cuales son utilizados en diferentes clases de circuitos. Los tipos de transistores FET más comunes, suelen ser los siguientes: - JFET (Fet de union) - MOSFET ( Fet de metal oxido) Pero el tipo de FET que más encontraras es el MOSFET. Y al igual que los transistores bipolares, el FET puede ser positivo (Fet de canal P) o negativo (Fet de canal N), además sus terminales reciben otras definiciones, como: - Gate (compuerta) equivalente a la base. - Drain (drenador) equivalente al colector. - Source (surtidor) equivalente al emisor. A diferencia con el transistor bipolar, el transistor FET tiene la compuerta (base) aislada de la juntura Drenador – Surtidor, lo que hace que el FET tenga una entrada de alta impedancia, casi infinita. Esta característica hace que el FET no consuma corriente desde su compuerta, solo basta con un pequeño voltaje para saturarlo (de 0.5 a 1vdc). La juntura Drenador – Surtidor es equivalente a la juntura Colector –Emisor en un transistor bipolar, pero en el FET esta se parece mas a una resistencia que a un diodo. Esta cualidad hace que el FET pueda ser utilizado, como un resistor controlado por voltaje, en algunos circuitos. Prueba del transistor FET Ahora que sabemos que es un transistor FET, podremos probar su estado con ayuda de un multimetro analógico o digital. Los pasos para probar un transistor FET, se describen a continuación.
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1- En la función de diodos del multimetro, vamos a colocar la punta de prueba negra ( -) del multimetro, en el terminal Drain y la punta roja (+) en el terminal Source.
Resultado de la prueba: Se debe obtener una medida de 513mv o similar (Los resultados varían según el tipo de FET). Sino se obtiene ninguna lectura, el FET esta en circuito abierto. Si la lectura es baja, el FET esta en cortocircuito. 2 – Sin retirar la punta negra del terminal Drain, colocamos la punta roja en el terminal Gate.
Resultado de la prueba: No se debe obtener lectura alguna, de lo contrario el FET presenta una fuga o esta en cortocircuito. 3- Ahora regresamos la punta roja al terminal Source, con lo que la juntura Drain – Source se activa.
Resultado de la prueba: Entre Drain y Source se obtiene una lectura baja, alrededor de 0.82v, debido a que el FET se “enciende”. Para desactivar el FET, se debe cortocircuitar sus 3 terminales por medio de un elemento metálico, así el FET regresara a su estado de reposo.
