MOSFET зламався після приєднання банку конденсаторів

У мене є соленоїд, який має опір котушки $0.3\Omega$ і прискорює тут сталевий снаряд. Схеми я розмістив нижче.

Звичайна версія, яка виконує функції керування

GPIO8 переходить на 5В, щоб увімкнути MOSFET і вимкнути його, коли снаряд виявлений за допомогою оптичного датчика. І це працює чудово .

Далі я спробував це з 10 суперконденсаторами, які з'єднані послідовно. Я зарядив його до 27 вольт.

Версія №1

Коли я ввімкнув ланцюг, виникла іскра, коли я підключив конденсаторну землю до заземлення MOSFET. Схема «Ворота та джерела» повинна була бути відкрита, оскільки коли я вперше підключив її, GPIO8 знаходиться на 0v.

Після деякого усунення несправностей я виявив, що я вбив MOSFET.

Я вважаю, що у грі є 2 можливості. По-перше, можливо, що паразитна ємність на MOSFET, можливо, викликала коливання і, таким чином, сплеск напруги. Я додав R2, щоб трохи збільшити час падіння і, таким чином, зменшити заряд. Дивіться відео тут (Перейти до 4:00)

Не тільки паразитична ємність викликає коливання, але ще одним фактором є також те, що у мене насправді тут є схема RLC. Моє навантаження є соленоїдом, а моє джерело живлення - мої суперконденсатори. Таким чином, я додав D2, щоб він не починав їздити назад і назад. Я також замінив MOSFET на новий.

Версія №2

І все ж відбулося те саме, що GPIO8 знаходиться на 0 В, перш ніж я підключив конденсатор, але MOSFET все одно завершив ланцюг і зламався, на цей раз він потрапив на камеру .

Тож я зараз зараз. Мій конденсатор заряджений на 27 В, і оскільки я додав компоненти, щоб позбутися від коливань, я не можу придумати нічого іншого. Відповідно до даних, напруга на пробій IRF3205 знаходиться на рівні 55 В, і я значно нижче цього.

Якісь яскраві ідеї?

Напруга вашого приводу на затворі занадто низьке. Цьому MOSFET потрібно 10В для повного включення. 5В ледве знімає поріг 4В, коли MOSFET ледь починає проводити. НЕ використовуйте Vgsth, якщо ви плануєте використовувати свій MOSFET при перемиканні. Це напруга, яку воно ледве починає проводити. Використовуйте Vgs як мінімум настільки високий, як той, який використовується для отримання заданого RDson. Vgsth призначений для використання MOSFET як лінійного / аналогового пристрою.

Згідно з рисунком 1 у таблиці, з 5 В поперек джерела і 27 В через джерело зливу (я ігнорую соленоїдний опір, оскільки він падає відносно мало напруги), MOSFET насичується на 10 А. Це розсіюється 270W у вашому MOSFET.

А малюнок 1 знаходиться на 25С. Ваш MOSFET нагрівається, поки він робить все це, завдяки чому він працює більше, як на малюнку 2, де проводиться ще більше струму. У цьому випадку він насичується при 30А при падінні 27 В, яке розсіюється ~ 800 Вт тепла.

З переліченим термічним опором сполучення до навколишнього середовища 62 С / В, це підвищення температури відповідно 17000 та 50 000 Цельсія.

Крім того, знайдіть драйвери воріт і подумайте, чи потрібен він для вашого MOSFET чи ні, або, якщо для вашого додатка достатньо безпосередньо керування ємністю затвора від примхливого низькострумового вводу-виводу.

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

Отже, я вважаю, що послідовність відмов така:

1. Спочатку на MOSFET немає напруги, тому паразитична ємність є декількома нанофарадами.
2. Ви застосовуєте 27 В із серійним опором всього 0,3 Ом (плюс будь-яка індуктивність, що має соленоїд; ми не знаємо цього числа).
3. У цей MOSFET впадає досить багато ампер, щоб зарядити ці паразитичні конденсатори. Це дуже короткий час, але це дуже високе пікове значення струму!
4. ... MOSFET вибухає через сильний струм.

Засоби захисту:

• $\mathrm{V_{ds}}$
• Додайте декілька серійних опорів, щоб обмежити максимально можливий струм з вашого супер-кришки.

EDIT Черговий режим відмов мені трапився:

1. Як і раніше, але давайте просто потурбуємось про ємність «від заходу до зливу» (ще кілька нанофарадів).
2. $\mathrm{C_{gd}}$
3. Струму, що проходить через цей конденсатор «від дверей до зливу», досить легко, щоб ввести велику напругу через резистор 20k, який утримував напругу низьким.
4. MOSFET включається, вибухає через сильний струм.

Ця друга гіпотеза, ймовірно, є більш вірогідною гіпотезою. Як зазначає DKNguyen, ваша побудована схема, швидше за все, підірве MOSFET навіть у звичайній роботі.

Як і раніше, найкращим рішенням є пошук способу обмеження пікового струму.

Ви, мабуть, не ведете ворота досить важко. GPIO, ймовірно, занадто високий опір. Ви хочете включити належний мікросхему накопичувача на воротах, що працює від 12-15В. Ви можете просто використовувати лінійний регулятор від шини 27В.

R2 тільки шкодить вам, зробивши в цьому випадку опір приводу воріт вище. Я пропоную знизити значення до 10 Ом.

Якщо можливо, починайте тести на 1В і попрацюйте, переконайтесь, що все в порядку. Ви заощадите багато кремнію таким чином.

І, будь ласка, покладіть балансуючі резистори поперек ваших суперкап. Я не знаю, що таке витік ваших ковпачків, але я б здогадався, що 1 к паралельно кожному ковпачку буде на більш безпечній стороні, якщо ви хочете зарядити їх до максимальної напруги.

Загрожуючи озвучитись на ваш рахунок, існує стара жарт про те, що пацієнт звертається до лікаря:

Пацієнт: "Докторе, боляче, коли я це роблю".

Лікар: "Ну, тоді не робіть цього".

У цьому випадку замініть "підключити землю останньою" на "зробити це".

Не робіть цього.

Завжди тримайте підстави пов'язані між собою. Якщо вам потрібно підключити дві системи під час їх роботи, завжди спочатку підключайте заземлення, потім електроживлення, потім контрольні лінії - і переконайтеся, що лінії керування захищені так, що застосування живлення, коли вони плавають, не доставить вам проблем.

Що стосується вашого конкретного режиму відмов, містер Снруб, ймовірно, правильний, хоча індуктивність котушки дійсно повинна діяти як обмежувач удару.

Якщо вас цікавить ланцюг обмежувача пробігу, Texas Instruments виготовляє тут модуль оцінки на Mouser . Лист даних для TPS2491 враховує (достатньо смішна) потужність, що обмежує передачу серії MOSFET (щоб гарантувати, що цього не відбувається).

Я не впевнений, це буде практично для вашої конструкції чи ні, але досить просто спробувати і принаймні отримати a-ha момент, щоб зрозуміти, що відбувається з MOSFET у вашій схемі. Удачі!