Що вбиває мої MOSFET

Це моє перше повідомлення про електроніку stackexchange. Я захоплення електронікою та професіонал програмування.

Я працюю по індукторному контуру для нагріву заготовки. У мене працює робоча установка @ 12Vac. Якщо коротко, у мене є такі елементи в ланцюзі:

• Мікроконтролер генерує імпульси постійним струмом 50% із власним джерелом живлення, обмінюючись землею з трансформатором, що живить соленоїд.
• 2 MOSFET (100 Амп продовжує струм зливу, 150 Вдс) на нижній стороні для перемикання напрямку струму через
• 3570 нГ соленоїд 11 витків діаметром ~ 5 см, виготовлений з мідної труби діаметром 1 см. (Планування застосовувати водяне охолодження через котушку через деякий час)
• трансформатор від 230 В до 12 В змінного струму, який може на деякий час подавати до 35 Амп або до 20 Ампер.
• Драйвер MOSFET (TC4428A) для керування воротами MOSFET
  • 10K резистор на кожному MOSFETs Gate to Source.
  • 1000pF керамічний конденсатор на кожному MOSFETs Gate to Source (щоб зменшити деякий дзвінок на воротах). Vpkpk ~ 17Volts на воротах

Тепер схема замикається, коли я хочу застосувати 48Vac до ланцюга, використовуючи зварювальний апарат, з яким MOSFET міг би впоратися (48Vac = ~ 68Vdc * 2 = ~~ 136Vpkpk). Нічого не вибухає, MOSFET - це одна штука. Але опір між штифтами MOSFETS (Gate, Source, Drain <-> Gate, Source, Drain) всі 0 або дуже низький (<20Ohms). Так вони зламалися.

Що призвело до руйнування моїх MOSFET? Важко вивчити ланцюг, коли компоненти вмирають.

Моє обладнання існує виключно з осцилоскопа та мутліметра.

Дзвінок на воротах без С2 і С3, поки соленоїд не працював. Спільне використання за допомогою трансформатора. Провід від MCU до драйвера TC4428A становить, скажімо, 5см. Від водія до воріт провід становить ~ 15см. Це викликає дзвін? Провід розміром до 2 мм, який використовується від драйвера TC4428A до воріт.

Подзвонило на воротах із С2 та С3, тоді як соленоїд не працював. Ділення спільної точки зору. Виглядає набагато краще, ніж перша картина.

Дзвінок на воротах, коли електромагнітний живильник. Чому дзвінок посилюється при включенні соленоїда та як запобігти / зменшити його, зберігаючи швидкість перемикання?

Вимірювання на джерелі для зливу заготовки в соленоїді @ ~ 150 кГц. Показаний на останньому знімку, якщо сигнал був чистим, він давав би Vpkpk ~ 41 Вольт. Але через шипи це близько ~ 63 Вольт.

Чи буде останнім на 150% більше / підкреслити Vpkpk? Це призведе до отримання (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Як би я зменшив шум від вимірюваних хвиль на Джерелі -> Злив?

EDIT Тут я відключив один воріт MOSFET від драйвера. CH1 - це ворота, CH2 - стік MOSFET, який ще був підключений. Зараз обидві хвилі виглядає чудово. Тут не протікав ні мінімальний струм. Коли я підключаю обидва MOSFET до драйвера і вимірюю опір між двома воротами, він говорить про 24,2 К Ом. Можливо, якщо один MOSFET включений драйвером TC4428A, то він якось все ще приймає сигнал з інших воріт MOSFET, коли він увімкнено драйвером? Чи є осмисленою ідеєю поставити такий діод, Driver --->|---- Gateщоб переконатися, що немає шуму? Переважно діод з низьким падінням напруги.

Від водія до воріт провід становить ~ 15см. Це викликає промивання?

Майже напевно, і це справедливо, що це знищує ваші MOSFET, одним або декількома з цих механізмів:

1. перевищення навіть у найкоротший момент$V_{G(max)}$
2. перевищує$V_{DS(max)}$
3. простий перегрів через повільне перемикання та ненавмисне проведення

# 3 має бути досить очевидним, коли це відбувається, але інших двох може бути важко помітити, оскільки вони є тимчасовими умовами, які можуть бути занадто короткими, щоб бути видимими в області застосування.

C2 і C3 не зменшують дзвінок. Ви отримуєте дзвінок на воротах, тому що ємність затвора MOSFET (і C2, C3, які додають до нього) плюс індуктивність, утворена петлею дроту через драйвер і затвор-джерело MOSFET утворюють ланцюг LC . Дзвін викликається енергією, що підстрибує між цією ємністю та індуктивністю.

Ви повинні розмістити драйвер абсолютно якомога ближче до MOSFETS. 1 см вже стає занадто довгим. Не тільки індуктивність, створена довгим слідом до затвора, викликає дзвінок, але й обмежує вашу швидкість перемикання, що означає більше втрат у транзисторах. Це тому, що швидкість зміни струму обмежена індуктивністю :

Оскільки є напруга , що подається драйвером затвора , і ви не можете зробити що - або більше, час, який потрібен , щоб збільшити струм від нуля до чого - то обмежується індуктивністю . Ви хочете, щоб струм був якомога швидшим, як можна швидше, щоб ви могли швидко переключити транзистор.$v$$L$

Крім того, щоб встановити драйвер затвору близько до MOSFET, ви хочете мінімізувати область циклу шляху, який повинен пройти струм через ворота:

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

Індуктивність пропорційна площі, що зображена.

Індуктивність обмежує швидкість комутації, а також обмежує, наскільки добре драйвер затвора може вимкнути MOSFET. Оскільки напруга зливу на MOSFET, який щойно вимкнувся, змінюється (за рахунок включення інших MOSFET та взаємної індуктивності котушок), драйвер затвора повинен подавати або занурювати струм як внутрішні ємності заряду або розряду MOSFET. Ось ілюстрація із Міжнародного випрямляча - Основи Power MOSFET :

У вашому випадку, якщо сліди на воротах довгі, то також є індуктором. Оскільки індуктор обмежує , драйвер затвора може так швидко реагувати на ці струми, і тоді виникає значне дзвінкість і перевищення резонансу між індуктивністю сліду затвора та ємністю MOSFET. Ваші С2 і С3 просто служать для зміни частоти цього резонансу. d i / d $R_G$$di/dt$

Коли напруга на затворі дзвонить, воно іноді переходить через ваших MOSFETS, і людина починає трохи проводити, коли вона повинна бути вимкнена. Це змінює струм і напругу підключеного індуктора, який з'єднаний з іншим індуктором, що вводить ці ємнісні струми в інший MOSFET, що може лише посилити проблему. Але коли котушки не живляться, то напруга зливу становить 0 В незалежно від перемикання транзистора, і цих ємнісних струмів (а отже, і загального заряду затвора, який необхідно перемістити для перемикання транзистора) набагато менше, тому ви бачити набагато менше дзвону.$V_{th}$

Ця індуктивність також може бути магнітно пов'язана з іншими індуктивністю, як ваші соленоїдні котушки. Коли магнітний потік через петлю змінюється, викликається напруга ( закон індукції Фарадея ). Мінімізуйте індуктивність, і ви мінімізуєте цю напругу.

Позбавтеся від С2 і С3. Якщо вам все ж потрібно зменшити дзвінок після вдосконалення вашого макета, зробіть це, додаючи послідовно резистор із затвором, між воротами та драйвером воріт. Це поглине енергію, підстрибуючи навколо якої викликає дзвін. Звичайно, це також обмежить струм воріт, а отже, і вашу швидкість комутації, тому ви не хочете, щоб цей опір був більшим, ніж абсолютно необхідний.

Ви також можете обійти доданий резистор діодом або транзистором, щоб вимкнення було швидше, ніж включення. Отже, один із цих варіантів (але лише у разі потреби; набагато бажано просто усунути джерело дзвінка):

^{моделювати цю схему}

Особливо, в останньому випадку з Q3, ви по суті реалізували половину драйвера затвора, тому стосуються того ж, що слід слід залишати коротким, а область петлі невеликою.

Щоб правильно зафіксувати напруги на каналах FET до розумного значення, врахуйте це:

Природна робота двох котушок (якщо є якась значна магнітна муфта між двома половинками котушки) - це виробляти вдвічі напругу живлення на кожному зливі на змінних циклах.

Це як пила з серединою (Vs), яка не рухається. Потягніть одну половину вниз, а іншу підніміть через трансформаторну дію.

Це, природно, означає, що БНТ потрібно оцінювати щонайменше вдвічі напругою живлення, інакше речі будуть смажитися. Оскільки з'єднання не є ідеальним, ценерові діоди зловить щось вище, ніж удвічі більше.

Рекомендації - вибирайте БНТ, розміщені в 3 х напругу живлення, і ценерові діоди, що відповідають напрузі живлення. Як мінімум 5 Вт ценерові діоди. Позбавтеся від конденсатора 330nF повністю - якщо ви думаєте, що це якось налаштується на магнітне подане випромінюване, подумайте ще раз, оскільки це просто вбиває FET з імпульсом струму. Можливо, 1nF якраз і підходить для життя. Отримати всі з'єднання якомога коротше - інтенсивність індуктивності в проводках також може бути вбивцею і, принаймні, надати ці особливі напруги дзвінка на воротах, хоча, ймовірно, що вони викликані драйверами воріт FET з недостатніми можливостями приводу - насправді напруга на стік з'єднаний назад до воріт внутрішньою паразитарною ємністю і запобігає чистому включенню та відключенню.