สิ่งที่กำลังฆ่า MOSFET ของฉัน

นี่คือการโพสต์ครั้งแรกของฉันที่นี่ในการแลกเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์สแต็ค ฉันเป็นงานอดิเรกในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเป็นมืออาชีพในการเขียนโปรแกรม

ฉันกำลังทำงานกับวงจรเหนี่ยวนำเพื่อให้ความร้อนกับชิ้นงาน ฉันมีการตั้งค่าที่ทำงาน @ 12Vac ในระยะสั้นฉันมีองค์ประกอบต่อไปนี้ในวงจร:

• ไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อสร้างพัลส์ที่มี DC 50% พร้อมแหล่งจ่ายไฟของตัวเองโดยใช้กราวด์ร่วมกับหม้อแปลงที่จ่ายกำลังโซลินอยด์
• 2 MOSFETs (100 แอมป์ยังคงระบายกระแส 150Vds) ที่ด้านล่างเพื่อสลับทิศทางของกระแสผ่าน
• ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า 3570 nH จาก 11 รอบเส้นผ่าศูนย์กลาง ~ 5 ซม. ทำจากท่อทองแดงที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 ซม (วางแผนที่จะใช้ watercooling ผ่านขดลวดในภายหลัง)
• หม้อแปลง 230Vac ถึง 12Vac ที่สามารถส่งได้สูงสุด 35 แอมป์หรือ 20 แอมป์ชั่วครู่หนึ่ง
• ไดรเวอร์ MOSFET (TC4428A) เพื่อขับเกตของ MOSFET
  • ตัวต้านทาน 10K ในแต่ละ MOSFETs Gate to Source
  • ตัวเก็บประจุเซรามิก 1000pF ในแต่ละ MOSFETs Gate to Source (เพื่อลดเสียงกริ่งบนประตู) Vpkpk คือ ~ 17Volts บนประตู

ตอนนี้วงจรลัดเมื่อฉันต้องการใช้ 48Vac กับวงจรโดยใช้เครื่องเชื่อมซึ่ง MOSFETs จะสามารถจัดการได้ (48Vac = ~ 68Vdc * 2 = ~ ~ 136Vpkpk) ไม่มีอะไรจะระเบิด MOSFET อยู่ในชิ้นเดียว แต่ความต้านทานระหว่างหมุดของมอสเฟตต์ (เกท, แหล่งกำเนิด, เกท <-> เกท, แหล่งกำเนิด, ท่อระบายน้ำ) นั้นมีค่าทั้งหมด 0 หรือต่ำมาก (<20Ohms) ดังนั้นพวกเขาจึงพัง

อะไรทำให้ MOSFET ของฉันพัง มันยากที่จะตรวจสอบวงจรเมื่อส่วนประกอบตาย

อุปกรณ์ของฉันมีเพียงออสซิลโลสโคปและ mutlimeter เท่านั้น

เรียกเข้าประตูที่ไม่มี C2 และ C3 ในขณะที่โซลินอยด์ไม่ได้ทำงาน การแชร์กราวด์ร่วมกับหม้อแปลง สายจาก MCU ไปยังไดรเวอร์ TC4428A คือพูด 5 ซม. จากคนขับจนถึงประตูมีสายไฟอยู่ที่ ~ 15 ซม. สิ่งนี้ทำให้เกิดเสียงเรียกเข้าหรือไม่? สาย thich ~ 2mm ที่ใช้จากไดรเวอร์ TC4428A ไปยังประตู

ปฏิเสธเสียงเรียกเข้าบนประตูด้วย C2 และ C3 ในขณะที่โซลินอยด์ไม่ได้ทำงาน แบ่งปันพื้นดินทั่วไป ดูดีกว่าภาพแรกมาก

เรียกเข้าประตูขณะที่โซลินอยด์ขับเคลื่อน ทำไมเสียงกริ่งจึงเพิ่มขึ้นเมื่อเปิดโซลินอยด์และวิธีการป้องกัน / ลดขนาดขณะที่ยังคงความเร็วในการเปลี่ยน

การวัดแหล่งที่มาเพื่อระบายด้วยชิ้นงานในโซลินอยด์ @ ~ 150Khz แสดงให้เห็นในภาพสุดท้ายถ้าสัญญาณสะอาดมันจะให้ Vpkpk ที่ ~ 41 โวลท์ แต่เนื่องจากเดือยมีค่าประมาณ 63 โวลต์

หลัง 150% เกิน / อันเดอร์คอร์ปจะเป็นปัญหาหรือไม่? ผลลัพธ์นี้จะเป็น (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk หรือไม่ ฉันจะลดเสียงรบกวนของคลื่นที่วัดจากแหล่งกำเนิด -> ท่อระบายน้ำได้อย่างไร

แก้ไขที่ นี่ฉันตัดการเชื่อมต่อมอสเฟตหนึ่งเกทจากไดรเวอร์ CH1 เป็นประตู CH2 เป็นท่อระบายน้ำของ MOSFET ที่ยังคงเชื่อมต่ออยู่ ตอนนี้คลื่นทั้งคู่ดูดี ไม่มีกระแสน้อยที่สุดไหลที่นี่ เมื่อฉันเชื่อมต่อทั้งมอสเฟตกับไดรเวอร์และวัดความต้านทานระหว่างประตูทั้งสองมันบอกว่า 24.2K โอห์ม เป็นไปได้ไหมถ้าคนขับมอสเฟตหนึ่งตัวถูกเปิดใช้งานโดยไดรเวอร์ TC4428A มันยังคงรับสัญญาณจากประตูมอสเฟตอีกตัวหนึ่งเมื่อเปิดใช้งานโดยคนขับ? มันเป็นความคิดที่มีความหมายที่จะทำให้ไดโอดเป็นเช่นนั้นDriver --->|---- Gateเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีเสียงรบกวนหรือไม่? โดยเฉพาะไดโอดที่มีแรงดันไฟฟ้าตกต่ำแน่นอน

จากคนขับจนถึงประตูมีสายไฟอยู่ที่ ~ 15 ซม. สิ่งนี้ทำให้เกิดความวุ่นวายหรือไม่?

เกือบจะแน่นอนและมันเป็นการเดิมพันที่ยุติธรรมว่านี่เป็นการทำลาย MOSFET ของคุณโดยกลไกเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งอย่าง:

1. เกินแม้สำหรับช่วงเวลาสั้น ๆ$V_{G(max)}$
2. เกิน$V_{DS(max)}$
3. ความร้อนสูงเกินไปง่ายเนื่องจากการสลับช้าและการนำความไม่ตั้งใจ

# 3 ควรจะค่อนข้างชัดเจนเมื่อมันเกิดขึ้น แต่อีกสองสามารถมองเห็นได้ยากเนื่องจากพวกเขาเป็นเงื่อนไขชั่วคราวที่อาจสั้นเกินไปที่จะมองเห็นได้ในขอบเขต

C2 และ C3 ไม่ลดเสียงเรียกเข้า คุณจะได้รับเสียงเรียกเข้าในประตูเพราะความจุของประตู MOSFET (และ C2, C3 ซึ่งเพิ่มไป) บวกเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจากวงลวดผ่านไดรเวอร์และ MOSFET ประตูแหล่งที่มาในรูปแบบวงจร LC เสียงกริ่งเกิดจากพลังงานที่กระเด้งระหว่างตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

คุณควรวางไดรเวอร์ให้ใกล้กับ MOSFETS มากที่สุด 1 ซม. ยาวเกินไปแล้ว ไม่เพียง แต่การเหนี่ยวนำที่สร้างขึ้นโดยการติดตามที่ยาวนานไปยังเกตทำให้เกิดเสียงกริ่ง แต่ยัง จำกัด ความเร็วในการสลับของคุณซึ่งหมายถึงการสูญเสียมากขึ้นในทรานซิสเตอร์ นี่เป็นเพราะอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าถูก จำกัด โดยการเหนี่ยวนำ :

ตั้งแต่คือแรงดันไฟฟ้าที่จัดทำโดยคนขับประตูและคุณไม่สามารถทำที่ใด ๆ ที่ใหญ่กว่าเวลาที่ใช้จะเพิ่มขึ้นในปัจจุบันจากอะไรบางสิ่งบางอย่างที่จะถูก จำกัด โดยการเหนี่ยวนำLคุณต้องการให้กระแสไฟฟ้ามีค่ามากที่สุดโดยเร็วที่สุดเพื่อให้คุณสามารถสลับทรานซิสเตอร์ได้อย่างรวดเร็ว$v$$L$

นอกเหนือจากการวางตัวขับเกตใกล้กับมอสเฟตแล้วคุณต้องการลดพื้นที่วนรอบของเส้นทางที่กระแสไหลผ่านเกตให้น้อยที่สุด:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

การเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ที่แสดง

ตัวเหนี่ยวนำ จำกัด ความเร็วในการสลับและยัง จำกัด ว่าคนขับเกตสามารถปิด MOSFET ได้ดีเพียงใด ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าของ MOSFET ที่เพิ่งปิดการเปลี่ยนแปลง (เนื่องจากการเปิด MOSFET อื่น ๆ และการเหนี่ยวนำร่วมกันของขดลวด) ไดรเวอร์เกตจะต้องเป็นแหล่งกำเนิดหรือจมกระแสไฟฟ้าในฐานะประจุภายในของประจุ MOSFET หรือคายประจุ นี่คือภาพประกอบจากInternational Rectifier - Power MOSFET พื้นฐาน :

ในกรณีของคุณหากร่องรอยของประตูนั้นยาวก็เป็นตัวเหนี่ยวนำเช่นกัน เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำ จำกัด , คนขับเกตสามารถตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อกระแสเหล่านี้เท่านั้น, จากนั้นจึงมีเสียงเรียกเข้าและการโอเวอร์โหลดอย่างมากในการกำทอนระหว่างตัวเหนี่ยวนำการติดตามประตูและความจุของ MOSFET C2 และ C3 ของคุณใช้เพื่อเปลี่ยนความถี่ของการสั่นพ้องนี้ d i / d $R_G$$di/dt$

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของประตูดังขึ้นบางครั้งก็ข้ามของมอสเฟตต์ของคุณและหนึ่งเริ่มที่จะดำเนินการเล็กน้อยเมื่อมันควรจะปิด สิ่งนี้จะเปลี่ยนกระแสและแรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อซึ่งอยู่คู่กับตัวเหนี่ยวนำอื่นซึ่งจะแนะนำกระแส capacitive ใน MOSFET อื่นซึ่งสามารถทำให้ปัญหารุนแรงขึ้นเท่านั้น แต่เมื่อขดลวดไม่ได้ถูกขับเคลื่อนแรงดันไฟจะอยู่ที่ 0V โดยไม่คำนึงถึงการสลับทรานซิสเตอร์และกระแส capacitive (และดังนั้นค่าประจุประตูทั้งหมดที่ต้องย้ายไปเปลี่ยนทรานซิสเตอร์) น้อยลงดังนั้นคุณจึง เห็นเสียงกริ่งน้อย$V_{th}$

การเหนี่ยวนำนี้ยังสามารถจับคู่กับสนามแม่เหล็กกับตัวเหนี่ยวนำอื่น ๆ เช่นขดลวดโซลินอยด์ของคุณ เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการเปลี่ยนแปลงลูปจะเกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้น ( กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ) ลดการเหนี่ยวนำให้น้อยที่สุดและคุณจะลดแรงดันนี้

กำจัด C2 และ C3 หากคุณยังต้องการลดเสียงเรียกเข้าหลังจากปรับปรุงโครงร่างของคุณให้ทำเช่นนั้นโดยเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมกับเกตระหว่างเกตและเกตไดรเวอร์ สิ่งนี้จะดูดซับพลังงานที่กระดอนไปมาซึ่งเป็นสาเหตุของเสียงกริ่ง แน่นอนว่ามันจะ จำกัด กระแสประตูและทำให้ความเร็วในการสลับเปลี่ยนของคุณดังนั้นคุณจึงไม่ต้องการให้แนวต้านนี้มีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น

นอกจากนี้คุณยังสามารถข้ามตัวต้านทานที่เพิ่มเข้ามาด้วยไดโอดหรือทรานซิสเตอร์เพื่อให้การปิดเครื่องทำได้เร็วกว่าการเปิดเครื่อง ดังนั้นหนึ่งในตัวเลือกเหล่านี้ (แต่ถ้าจำเป็นก็เป็นที่ต้องการมากเพียงกำจัดแหล่งที่มาของเสียงเรียกเข้า):

^{จำลองวงจรนี้}

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่มี Q3 คุณได้ดำเนินการเป็นหลักครึ่งหนึ่งของโปรแกรมควบคุมประตูดังนั้นข้อกังวลเดียวกันของการทำให้การติดตามสั้นและพื้นที่ลูปขนาดเล็กใช้

ในการยึดแรงดันไฟฟ้าอย่างถูกต้องบนท่อ FET ให้มีค่าเหมาะสมให้พิจารณาสิ่งนี้: -

การทำงานตามธรรมชาติของขดลวดทั้งสอง (หากมีการเชื่อมต่อแม่เหล็กที่สำคัญระหว่างสองขดลวดครึ่งหนึ่ง) คือการสร้างแรงดันไฟฟ้าสองเท่าในแต่ละท่อระบายน้ำในรอบทางเลือก

มันเหมือนเห็นด้วยจุดกึ่งกลาง (Vs) ไม่เคลื่อนไหว ดึงครึ่งหนึ่งลงและอีกอันเพิ่มขึ้นผ่านการกระทำของหม้อแปลง

สิ่งนี้หมายความว่าจะต้องมีการจัดอันดับ FETs อย่างน้อยสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าหรือสิ่งต่าง ๆ ที่จะทอด เพราะการมีเพศสัมพันธ์ไม่สมบูรณ์ไดโอดซีเนอร์จะจับอะไรข้างต้น Vsupply สองครั้ง

คำแนะนำ - เลือก FET ที่ระดับ 3 x แรงดันไฟจ่ายและไดโอดซีเนอร์ที่ระดับแรงดันไฟฟ้า ซีเนอร์ไดโอด 5W เป็นขั้นต่ำเช่นกัน กำจัดตัวเก็บประจุ 330nF อย่างสมบูรณ์ - ถ้าคุณคิดว่านี่จะปรับจูนแม่เหล็กที่ยื่นออกมาคิดอีกครั้งเพราะมันแค่ฆ่า FETs ด้วยชีพจรปัจจุบัน บางที 1nF นั้นน่าอยู่ด้วย รับการเชื่อมต่อทั้งหมดให้สั้นที่สุด - การเหนี่ยวนำที่ผิดเพี้ยนในสายไฟอาจเป็นฆาตกรและอย่างน้อยที่สุดก็ให้แรงดันประตูเกตที่แปลกประหลาดแม้ว่าจะเป็นไปได้ว่าสิ่งเหล่านี้เกิดจากไดรเวอร์เกต FET ที่มีความสามารถในการขับไม่เพียงพอ ท่อระบายน้ำจะถูกเชื่อมต่อกลับไปที่ประตูโดยความจุของกาฝากภายในและป้องกันการเปิดและปิดสวิตช์ที่สะอาด