Керування сильно індуктивними вантажами знищує водія MOSFET

Фон

Я намагаюся генерувати деякі відносно високі напруги (> 200 кВ) за допомогою системи котушок запалювання. Це питання стосується однієї стадії цієї системи, яку ми намагаємося генерувати десь 40-50 кВ.

Спочатку генератор функцій використовувався для прямого керування MOSFET, але час відключення було досить повільним (крива RC з функціональним генератором). Далі, був побудований хороший водій BJT-тотема-полюса, який працював нормально, але все ж мав деякі проблеми з часом падіння (час підйому був чудовим). Отже, ми вирішили придбати купу драйверів воріт MCP1402 .

Ось схема (C1 - ковпак для розв'язки MCP1402 і фізично розташований поблизу MCP1402):

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Мета транзисторів на початку - запобігти потраплянню негативного напруги з нашого генератора функцій (важко налаштувати і легко викрутити), не потрапляючи до MCP1402. Наші часи падіння, що надсилаються в MCP1402, є досить тривалими (1-2uS) завдяки цій грубій схемі, але, здається, існує внутрішній гістерезис або щось, що перешкоджає цьому викликати проблеми. Якщо цього немає, і я фактично знищую водія, дайте мені знати. Лист даних не має жодних параметрів часу введення / падіння.

Ось фізичний макет:

Синій провід йде до котушки запалювання, а чорний - до смуги заземлення на столі. Верхня TO92 - це PNP, а нижня TO92 - NPN. TO220 - MOSFET.

Експеримент

Проблемою, яка щойно мучила цю конструкцію, було поєднання дзвінка на лінії воріт та повільного часу перемикання. Ми знищили більше MOSFET і тотемних полюсів BJT, ніж я хочу згадати.

MCP1402, здається, вирішив деякі проблеми: відсутні дзвінки, швидкий час падіння; це виглядало ідеально. Ось лінія воріт без приєднаної котушки запалювання (вимірюється внизу штифта затвора MOSFET, де вгорі підключений зелений та білий провід):

Я подумав, що це виглядає чудово, і тому я підключив котушку запалювання. Що виплюнуло це сміття:

Це не перший раз, коли я бачив цей мотлох на своїй лінії воріт, але вперше я отримав гарне уявлення про це. Ці перехідні напруги перевищують максимальні Vgs IRF840.

Питання

Захопивши вищевказану форму хвилі, я швидко все вимкнув. Котушка запалювання не створювала жодних іскор, що говорило мені, що MOSFET важко відключився своєчасно. Думаю, що ворота самозапускаються від дзвінка і відрізають наш d / dt шип.

MOSFET був неймовірно теплим, але після трохи охолодження він перевірився за допомогою мультиметра (високий імпеданс між джерелом воріт та воротами-зливом, низький опір між джерелом зливу після заповнення воріт, високий опір між джерелом зливу після скидання воріт) . Водій, однак, не проїхав майже так само. Я зняв MOSFET і просто наклеїв шапку на виході. Водій більше не перемикався і просто розігрівався, тому я вважаю, що він знищений.

Для довідки, індуктивність котушки запалювання була виміряна в 9,8мГ. Серійний опір становить близько при постійному струмі.$2\Omega$

1. Що у світі знищило водія? Думаю, що великі перехідні ворота знайшли свій шлях назад у ворота і якимось чином перевищили максимальний зворотний струм 500 мА.

2. Як я можу придушити цей дзвін і підтримувати його в чистоті під час руху індуктивного навантаження? Моя довжина воріт становить близько 5см. У мене є вибір феритів, які я міг би використати, але я, чесно кажучи, не хочу підірвати іншого водія, поки хтось не зможе мені пояснити, чому це сталося. Чому це не відбувається, поки я не підключу до нього сильно індуктивне навантаження?

3. Не існує зворотного діода над первинною котушкою запалювання. Це було свідоме рішення уникнути обмеження напруг, але може бути неправильно поінформоване. Чи буде обмеження первинного спайка напруги діодним ковпаком вторинним сплеском напруги взагалі? Якщо ні, то я б із задоволенням поклав на нього, щоб уникнути необхідності більш дорогих мотосистем 1200В. Ми вимірювали максимум напруги стоку-джерела до приблизно 350В (~ 100nS роздільна здатність), але це було з більш повільним драйвером воріт, тому було менше ді / дт.

4. У нас є вибір IGBT з 1200 В, які можна було б використовувати (вони просто сидять тут, на моєму столі). Чи могли б вони мати стільки проблем, як MOSFET, що рухають такого роду навантаження? Схоже, Ферчайлд пропонує їх використовувати.

Редагувати:

Я щойно зробив моделювання LTSpice наведення діода над первинним, щоб захистити мій MOSFET. Виявляється, воно перемагає призначення ланцюга. Ось модельована вторинна напруга до (ліворуч) та після (праворуч) наведення діода через первинний:

Отже, я не можу використовувати захисний діод, здається.

Святий короп! Ви намагаєтесь зробити 10 секунд nsec для переключення на паяльник без пайки? А у вас немає трансформатора на трансформаторі?

Якщо ви збираєтеся робити це, ви повинні навчитися поважати швидку комутацію та індуктивні паразити. Перейдіть до основної площини та зробіть всі свої шляхи перемикання якомога коротшими. Крім того, покладіть на ваш MCP1402 ковпачок на 100 уФ (тантал для вибору), щоб дати диоду пролетати щось, крім довгих проводів до акумулятора.

Ви бачите ті регулярні удари на вашій сигналі без навантаження? Вони коливаються ~ 40 МГц, і це не є доброю ознакою.

Моя найкраща здогадка - поєднання зворотної передаточної ємності IRF840 (120pF), dv / dt напруги зливу та досить слабкий драйвер (MCP1402).

Початківці, прочитайте аркуш даних на драйвері - на сторінці 3 написано, що "захист засувки протистояти зворотному струму", як правило, перевищує 0,5 ампер - це підказка, чому цей пристрій може вийти з ладу.

Далі Q = CV або, dq / dt = I = C dv / dt.

Я думаю, що струм через 120pF з великою зміною dv / dt на зливі більше, ніж водій може впоратися. Незадовго до того, як картина сфери все погіршиться, я бачу щось на зразок зміни 10В приблизно через 20нс:

I = 120pF x 10V / 20ns - це 60mA, але це лише напруга, що спостерігається на воротах - це може бути в десять або сто разів більшим на зливі, і тому струм може бути від 600mA до 6A, змушуючи пройти через зворотний паразитарний конденсатор у чіп драйвера.

Це все-таки моя підозра. Я б використовував драйвер, здатний до десяти ампер, або хоча б знайти той, який може впоратися зі зворотним струмом в десять ампер.

Енді до чогось, я вважаю, з ємністю зливних воріт.

Але також: Виміряйте, що це робить для живлення 12В. Це був би альтернативний шлях для шипів через водій воріт. В даний час ви показуєте один конденсатор на 0,1 мкФ як роз'єднання, і я підозрюю, що цього недостатньо. Можливо, вам знадобиться широкий спектр роз'єднання від 10nF до 100 uF або більше, і якщо цього недостатньо, подумайте про включення драйвера затвора та чутливої ​​електроніки з LC-фільтра та їх власної локальної розв'язки.

Просто розмістіть 220..470nF MKP конденсатор паралельно трансформатору для зволоження високої пікової напруги, що виробляється індукційною котушкою. Тепер перерваний струм піде на конденсатор, а не знищить FET.

Це зроблено у всіх телевізійних телевізорах CRT та стежить за горизонтальним виходом.