MOSFET หยุดทำงานหลังจากติดตั้งตัวเก็บประจุธนาคาร

ฉันมีโซลินอยด์ที่มีความต้านทานคอยล์$0.3\Omega$และเร่งกระสุนเหล็กที่นี่ ฉันโพสต์แผนผังไว้ด้านล่าง

เวอร์ชันปกติที่ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุม

GPIO8 ไปที่ 5V เพื่อเปิด MOSFET และปิดเมื่อตรวจพบกระสุนปืนด้วยเซ็นเซอร์ออปติคัล และมันก็ทำงานได้ดี

ต่อไปฉันลองกับ supercapacitors 10 ตัวที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม ฉันคิดค่าไฟได้สูงสุด 27 โวลต์

รุ่น # 1

เมื่อฉันเพิ่มวงจรมันมีประกายไฟเมื่อฉันเชื่อมต่อกราวด์ตัวเก็บประจุกับกราวด์ของมอสเฟต ควรเปิดวงจร Gate และ Source เนื่องจากเมื่อฉันเชื่อมต่อครั้งแรก GPIO8 จะอยู่ที่ 0v

หลังจากการแก้ไขปัญหาบางอย่างฉันพบว่าฉันฆ่า MOSFET

ฉันเชื่อว่ามีความเป็นไปได้ 2 อย่างในการเล่น ประการแรกเป็นไปได้ว่าความสามารถของกาฝากใน MOSFET อาจทำให้เกิดการแกว่งและแรงดันไฟฟ้าได้ ฉันเพิ่ม R2 เพื่อเพิ่มเวลาตกเล็กน้อยและลดค่าใช้จ่าย ดูวิดีโอที่นี่ (ข้ามไป 4:00)

ไม่เพียง แต่ความสามารถของกาฝากทำให้เกิดการสั่น แต่ปัจจัยอีกอย่างก็คือว่าฉันมีวงจร RLC ที่นี่ โหลดของฉันคือโซลินอยด์และแหล่งพลังงานของฉันคือซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ของฉัน ดังนั้นฉันจึงเพิ่ม D2 ดังนั้นมันจึงไม่เริ่มปั่นไปมา ฉันยังแทนที่ MOSFET ด้วยอันใหม่

รุ่น # 2

และยังเป็นสิ่งเดียวกันที่เกิดขึ้น GPIO8 ที่ 0v ก่อนที่จะเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ แต่ MOSFET เสร็จวงจร anyways และยากจนในเวลานี้มันจะติดอยู่ในกล้อง

นั่นคือสิ่งที่ฉันอยู่ในตอนนี้ ตัวเก็บประจุของฉันถูกชาร์จไปที่ 27V และเนื่องจากฉันได้เพิ่มส่วนประกอบเพื่อกำจัดความผันผวนฉันจึงไม่สามารถคิดอย่างอื่นได้อีก ตามแผ่นข้อมูลแรงดันพังทลายของ IRF3205 อยู่ที่ 55v และฉันอยู่ต่ำกว่านั้น

มีความคิดที่สดใส?

แรงดันไฟฟ้าของเกตของคุณต่ำเกินไป MOSFET นั้นต้องการ 10V เพื่อเปิดโดยสมบูรณ์ 5V เพิ่งล้างเกณฑ์ 4V เมื่อ MOSFET เพิ่งจะเริ่มดำเนินการ อย่าใช้ Vgsth หากคุณตั้งใจจะใช้ MOSFET ที่สวิตช์ นั่นคือแรงดันไฟฟ้าที่มันเพิ่งจะเริ่มที่จะดำเนินการ ใช้ Vgs อย่างน้อยสูงเท่าที่ใช้เพื่อรับ RDson ที่กำหนด Vgsth ใช้สำหรับ MOSFET เป็นอุปกรณ์เชิงเส้น / อนาล็อก

ตามรูปที่ 1 ในแผ่นข้อมูลที่มี 5V ข้ามแหล่งเกตและ 27V ข้ามแหล่งระบายน้ำ (ฉันไม่สนใจความต้านทานโซลินอยด์เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าลดลงเล็กน้อย) MOSFET อิ่มตัวที่ 10A นั่นคือกำลังไฟ 270W กำลังกระจายใน MOSFET ของคุณ

และรูปที่ 1 อยู่ที่ 25C MOSFET ของคุณกำลังร้อนขึ้นในขณะที่มันทำงานทั้งหมดซึ่งทำให้มันทำงานได้เหมือนในรูปที่ 2 ที่มีกระแสไฟฟ้ามากขึ้น ในกรณีนี้มันอิ่มตัวที่ 30A ด้วยการลดลง 27V ซึ่งเป็นความร้อนประมาณ 800W ~

ด้วยค่าความต้านทานความร้อนทางแยกที่แสดงไว้ที่ 62 C / W นั่นคืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 17,000 และ 50,000 Celcius ตามลำดับ

นอกจากนี้ให้ค้นหาไดรเวอร์ของเกตและพิจารณาว่าคุณต้องการมอสเฟตของคุณหรือไม่หรือถ้าขับโดยตรงความจุเกตจากพิน I / O ที่มีกระแสไฟต่ำพอสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ

$\mathrm{C_{oss}}$$\mathrm{C_{rss}}$$\mathrm{C_{oss}}$$\mathrm{C_{rss}}$$\mathrm{V_{ds}}$$\mathrm{V_{ds}}$

ดังนั้นฉันเชื่อว่าลำดับความล้มเหลวเป็นดังนี้:

1. เริ่มแรกไม่มีแรงดันไฟฟ้าข้าม MOSFET ดังนั้นค่าความจุของกาฝากจึงมีขนาดไม่กี่นาโนไฟ
2. คุณใช้แรงดัน 27V พร้อมความต้านทานแบบอนุกรมเพียง0.3Ω (บวกกับการเหนี่ยวนำใด ๆ ที่โซลินอยด์มีเราไม่ทราบว่าเลขนั้น)
3. กระแสไฟฟ้าเพียงไม่กี่แอมแปร์ไหลเข้าสู่มอสเฟตนั้นเพื่อชาร์จประจุตัวกาฝากเหล่านั้น มันเป็นเวลาสั้น ๆ แต่มันเป็นค่ากระแสสูงสุดที่สูงมาก!
4. ... มอสเฟตระเบิดขึ้นเนื่องจากกระแสไฟกระชากสูง

วิธิ:

• $\mathrm{V_{ds}}$
• เพิ่มความต้านทานแบบอนุกรมบางส่วนเพื่อ จำกัด กระแสสูงสุดที่เป็นไปได้จากยอดสูงสุด

แก้ไขโหมดความล้มเหลวอื่นเกิดขึ้นกับฉัน:

1. เหมือนก่อนหน้านี้ แต่เราต้องกังวลเกี่ยวกับความจุของประตูต่อการระบายน้ำ (ยังคงเป็น nanofarads ไม่กี่)
2. คุณใช้แรงดัน 27V ทันทีดังนั้นจึงมีประจุจำนวนมากไหลผ่านตัวเก็บประจุแบบประตูสู่ท่อระบายน้ำได้อย่างง่ายดาย $\mathrm{C_{gd}}$
3. กระแสไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุแบบ Gate-to-drain นั้นง่ายพอที่จะแนะนำแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ผ่านตัวต้านทาน 20k ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ
4. MOSFET เปิดใช้งานระเบิดเนื่องจากกระแสไฟกระชากสูง

สมมติฐานที่สองนี้น่าจะเป็นสมมติฐานที่เป็นไปได้มากกว่า เมื่อ DKNguyen ชี้ให้เห็นวงจรของคุณที่สร้างขึ้นมีแนวโน้มที่จะระเบิด MOSFET แม้ในการทำงานปกติ

วิธีแก้ไขปัญหาที่ดีที่สุดคือการหาวิธี จำกัด กระแสสูงสุด

คุณอาจไม่ได้ขับประตูอย่างหนักพอ GPIO อาจเป็นอิมพีแดนซ์ที่สูงเกินไป คุณต้องการรวมชิพของเกตไดรฟ์ที่เหมาะสมซึ่งวิ่งออกไป 12-15v คุณสามารถใช้ตัวควบคุมเชิงเส้นจากบัส 27v ของคุณได้

R2 จะทำร้ายคุณเพียงแค่ทำให้ความต้านทานไดรฟ์เกตของคุณสูงขึ้นในกรณีนี้ ฉันขอแนะนำให้ลดค่าลงเหลือ 10 โอห์ม

ถ้าเป็นไปได้ให้เริ่มการทดสอบที่ 1v และหาทางทำให้แน่ใจว่าทุกอย่างเรียบร้อย คุณจะประหยัดซิลิคอนได้มากด้วยวิธีนี้

และโปรดใส่ตัวต้านทานปรับสมดุลในซูเปอร์แคปของคุณ ฉันไม่รู้ว่าการรั่วของฝาของคุณคืออะไร แต่ฉันเดาว่า 1k ขนานกับฝาแต่ละอันจะปลอดภัยกว่าหากคุณต้องการชาร์จให้แรงดันสูงสุด

ในความเสี่ยงที่จะเกิดเสียงโผงผางตามค่าใช้จ่ายของคุณมีเรื่องตลกเก่าแก่เกี่ยวกับผู้ป่วยที่พบแพทย์:

ผู้ป่วย: "หมอมันเจ็บเมื่อฉันทำเช่นนี้"

หมอ: "งั้นอย่าทำเลย"

ในกรณีนี้แทน "เชื่อมต่อพื้นดินล่าสุด" สำหรับ "ทำสิ่งนี้"

อย่าทำมัน

หมั่นดูแลบริเวณที่เชื่อมโยงกันเสมอ หากคุณต้องเชื่อมต่อทั้งสองระบบในขณะที่ใช้งานอยู่ให้ต่อสายดินก่อนจากนั้นจึงเปิดเครื่องตามด้วยสายควบคุม - และตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายควบคุมได้รับการป้องกันเพื่อให้การใช้พลังงานเมื่อระบบลอยตัวจะไม่ทำให้คุณมีปัญหา

สำหรับโหมดความล้มเหลวที่เฉพาะเจาะจงของคุณ Mr Snrub อาจถูกต้องแม้ว่าการเหนี่ยวนำของขดลวดควรจะทำหน้าที่เป็นตัว จำกัด การไหลเข้า

หากคุณมีความสนใจในวงจรการไหลเข้า limiter, Texas Instruments ทำให้หนึ่งที่มีโมดูลประเมินของ Mouser ที่นี่ แผ่นข้อมูลสำหรับ TPS2491 คำนึงถึงพลังงาน (ตลกมากพอ) ที่จำกัดซีรีย์พาส MOSFET (เพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น)

ฉันไม่แน่ใจว่าสิ่งนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการออกแบบของคุณหรือไม่ แต่ก็ง่ายพอที่จะลองและอย่างน้อยก็ใช้เวลาสักครู่เพื่อทำความเข้าใจกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับ MOSFET ในวงจรของคุณ โชคดี!