Co zabija moje MOSFETY

To jest mój pierwszy post tutaj na temat wymiany stosu elektroniki. Jestem pasjonatem elektroniki i profesjonalistą w programowaniu.

Pracuję na obwodzie cewki indukcyjnej w celu podgrzania przedmiotu obrabianego. Mam działającą konfigurację @ 12Vac. W skrócie mam następujące elementy w obwodzie:

• Mikrokontroler do generowania impulsów o wartości prądu stałego 50% z własnym zasilaniem, współdzielący grunt z transformatorem zasilającym elektrozawór.
• 2 tranzystory MOSFET (100Am kontynuuje prąd drenujący, 150 Vds) po niskiej stronie, aby zmienić kierunek prądu, poprzez
• elektromagnes 3570 nH z 11 zwojami o średnicy ~ 5 cm, wykonany z miedzianej rury o średnicy 1 cm. (Planuje się zastosować chłodzenie wodne przez cewkę jakiś czas później)
• transformator 230 V na 12 V prądu przemiennego, który może dostarczać do 35 A szczytowych lub 20 A przez pewien czas.
• Sterownik MOSFET (TC4428A) do sterowania bramami MOSFET
  • rezystor 10K na każdej bramce MOSFET do źródła.
  • Kondensator ceramiczny 1000pF na każdej bramce MOSFET Gate to Source (w celu zmniejszenia dzwonienia na bramkach). Vpkpk wynosi ~ 17 woltów na bramkach

Teraz obwód jest zwarty, gdy chcę przyłożyć 48 V prądu zmiennego do obwodu za pomocą spawarki, którą MOSFET byłby w stanie obsłużyć (48 V prądu przemiennego = ~ 68 V DC * 2 = ~~ 136 Vpkpk). Nic nie wybucha, MOSFET-y są w jednym kawałku. Ale rezystancja między pinami MOSFETS (bramka, źródło, drenaż <-> bramka, źródło, drenaż) są wszystkie 0 lub bardzo niskie (<20 omów). Więc się zepsuli.

Co spowodowało awarię moich MOSFETÓW? Trudno zbadać obwód, gdy umierają komponenty.

Mój sprzęt składa się wyłącznie z oscyloskopu i mutlimetru.

Dzwonienie na bramkach bez C2 i C3, gdy elektromagnes nie był zasilany. Dzielenie wspólnej płaszczyzny z transformatorem. Przewody z MCU do sterownika TC4428A mają, powiedzmy, 5 cm. Od sterownika do bram, przewody mają ~ 15 cm. Czy to powoduje dzwonienie? przewody o długości ~ 2 mm, gdy są używane od sterownika TC4428A do bram.

Tłumione dzwonienie na bramkach z C2 i C3, podczas gdy elektromagnes nie był zasilany. Dzielenie wspólnej płaszczyzny. Wygląda znacznie lepiej niż pierwsze zdjęcie.

Dzwonienie na bramie, gdy elektromagnes był zasilany. Dlaczego dzwonienie jest zwiększane po włączeniu elektromagnesu i jak temu zapobiec / naśladować je, utrzymując prędkość przełączania?

Pomiar źródła do spuszczenia z obrabianym przedmiotem w elektromagnesie @ ~ 150 Khz. Pokazany na ostatnim zdjęciu, jeśli sygnał byłby czysty, dałby Vpkpk ~ 41 woltów. Ale z powodu skoków wynosi około ~ 63 woltów.

Czy to drugie z 150% over / undershoort Vpkpk byłoby problemem? Czy spowodowałoby to (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Jak zredukować szum fal mierzony na źródle -> Odpływ?

EDYCJA Tutaj odłączyłem jedną bramkę MOSFET od sterownika. CH1 to bramka, CH2 to drenaż MOSFET-a, który wciąż był podłączony. Teraz obie fale wyglądają dobrze. Nie płynął / nie płynął minimalny prąd. Kiedy podłączam oba MOSFET-y do sterownika i mierzę rezystancję między dwiema bramkami, mówi 24,2 k Ohm. Czy to możliwe, że jeśli jeden MOSFET zostanie wyłączony przez sterownik TC4428A, to w jakiś sposób nadal odbiera sygnał z drugiej bramki MOSFET, gdy jest on włączany przez sterownik? Czy sensowne jest umieszczenie takiej diody, Driver --->|---- Gateaby upewnić się, że nie ma hałasu? Korzystnie dioda o niskim spadku napięcia oczywiście.

Od sterownika do bram, przewody mają ~ 15 cm. Czy to powoduje płukanie?

Niemal na pewno i jest to uczciwy zakład, że niszczy to MOSFET, przez jeden lub więcej z tych mechanizmów:

1. przekroczenie nawet przez najkrótszą chwilę$V_{G(max)}$
2. przekroczenie$V_{DS(max)}$
3. proste przegrzanie z powodu wolnego przełączania i niezamierzonego przewodzenia

# 3 powinno być dość oczywiste, kiedy to nastąpi, ale pozostałe dwa mogą być trudne do zauważenia, ponieważ są to warunki przejściowe, które mogą być zbyt krótkie, aby były widoczne na lunecie.

C2 i C3 nie zmniejszają dzwonienia. Dostajesz dzwonienie na bramkach, ponieważ pojemność bramki MOSFET (i C2, C3, które ją dodają) plus indukcyjność utworzona przez pętlę drutu przez sterownik i źródło bramki MOSFET tworzą obwód LC . Dzwonienie jest spowodowane odbijaniem energii między tą pojemnością a indukcyjnością.

Powinieneś umieścić sterownik absolutnie jak najbliżej MOSFETÓW. 1 cm już robi się za długi. Indukcyjność wytworzona przez długi ślad do bramki powoduje dzwonienie, ale ogranicza prędkość przełączania, co oznacza większe straty w tranzystorach. Wynika to z faktu, że szybkość zmiany prądu jest ograniczona indukcyjnością :

Ponieważ jest napięcie dostarczane przez sterownik bramy i nie można zrobić, że każdy większy, czas potrzebny, aby zwiększyć prąd z niczego do czegoś jest ograniczona przez indukcyjności . Chcesz, aby prąd wyniósł jak najwięcej, tak szybko, jak to możliwe, abyś mógł szybko przełączyć tranzystor.$v$$L$

Oprócz zbliżenia sterownika bramki do MOSFETów, chcesz zminimalizować obszar pętli ścieżki, którą musi pokonać prąd przez bramkę:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Indukcyjność jest proporcjonalna do pokazanego obszaru.

Indukcyjność ogranicza prędkość przełączania, a także ogranicza, jak dobrze sterownik bramy może wyłączyć MOSFET. Ponieważ napięcie drenażu na MOSFET, który właśnie wyłączył, zmienia się (z powodu włączenia drugiego MOSFET i wzajemnej indukcyjności cewek), sterownik bramki musi pobierać lub pochłaniać prąd jako wewnętrzne pojemności ładunku lub rozładowania MOSFET. Oto ilustracja z International Rectifier - Power MOSFET Basics :

W twoim przypadku, jeśli ślady bramki są długie, wówczas jest również induktorem. Ponieważ cewka indukcyjna ogranicza , sterownik bramki może reagować tak szybko na te prądy, a następnie dochodzi do znacznego dzwonienia i przekroczenia rezonansu między indukcyjnością śledzenia bramki a pojemnością MOSFET-a. Twoje C2 i C3 służą jedynie do zmiany częstotliwości tego rezonansu. d i / d $R_G$$di/dt$

Kiedy napięcie bramki dzwoni, czasem przechodzi przez twojego MOSFETA, a jeden zaczyna przewodzić trochę, kiedy powinien być wyłączony. Zmienia to prąd i napięcie podłączonego cewki indukcyjnej, która jest sprzężona z drugim cewką, co wprowadza te prądy pojemnościowe do drugiego MOSFET, co może tylko zaostrzyć problem. Ale gdy cewki nie są zasilane, napięcie drenu wynosi 0 V niezależnie od przełączania tranzystora, a te prądy pojemnościowe (i w konsekwencji całkowity ładunek bramki, który należy przesunąć, aby przełączyć tranzystor) są znacznie mniejsze, więc widzieć znacznie mniej dzwonienia.$V_{th}$

Indukcyjność ta może być również sprzężona magnetycznie z innymi indukcyjnościami, takimi jak cewki elektromagnetyczne. Gdy strumień magnetyczny przez pętlę zmienia się, indukowane jest napięcie ( prawo indukcji Faradaya ). Zminimalizuj indukcyjność, a zminimalizujesz to napięcie.

Pozbądź się C2 i C3. Jeśli po poprawieniu układu nadal musisz zmniejszyć dzwonienie, zrób to, dodając rezystor szeregowo z bramą, między bramą a sterownikiem bramki. To pochłonie energię odbijającą się wokół, co powoduje dzwonienie. Oczywiście ograniczy to również prąd bramki, a tym samym prędkość przełączania, więc nie chcesz, aby rezystancja była większa niż absolutnie konieczna.

Możesz również ominąć dodany rezystor za pomocą diody lub tranzystora, aby umożliwić szybsze wyłączenie niż włączenie. Tak więc jedna z tych opcji (ale tylko w razie potrzeby; zdecydowanie lepiej po prostu wyeliminować źródło dzwonienia):

^{zasymuluj ten obwód}

Zwłaszcza w ostatnim przypadku z Q3 zasadniczo zaimplementowałeś połowę sterownika bramki, więc obowiązują te same obawy związane z utrzymywaniem krótkiego śladu i małym obszarem pętli.

Aby prawidłowo zlikwidować napięcia na odpływach FET do rozsądnej wartości, należy wziąć pod uwagę: -

Naturalnym działaniem dwóch cewek (jeśli występuje jakiekolwiek znaczące sprzężenie magnetyczne między dwiema połówkami cewki) jest wytwarzanie podwójnego napięcia zasilania na każdym drenu w naprzemiennych cyklach.

To jest jak piła z punktem środkowym (V), który się nie porusza. Pociągnij jedną połowę w dół, a druga unosi się poprzez działanie transformatora.

To oczywiście oznacza, że ​​tranzystory polowe muszą mieć co najmniej dwukrotność napięcia zasilającego, w przeciwnym razie będą się smażyć. Ponieważ sprzężenie nie jest idealne, diody Zenera wychwytują wszystko powyżej dwukrotności Vsupply.

Zalecenia - wybierz FET o napięciu 3 x napięcie zasilania i diody Zenera o napięciu zasilania. Co najmniej 5 W diody Zenera. Całkowicie pozbądź się kondensatora 330nF - jeśli uważasz, że to w jakiś sposób dostroi emitowane pole magnetyczne, pomyśl jeszcze raz, ponieważ po prostu zabija FET impulsem prądu. Może 1nF jest po prostu do zniesienia. Zbierz wszystkie połączenia tak krótko, jak to możliwe - indukcyjna rozproszenie przewodów może również zabijać, a przynajmniej dać te osobliwe napięcia dzwonka bramki, chociaż prawdopodobne jest, że są one spowodowane przez sterowniki bramek FET o niewystarczających możliwościach napędu - w efekcie napięcie na odpływ jest sprzężony z powrotem z bramą przez wewnętrzną pojemność pasożytniczą i zapobiega czystemu włączaniu i wyłączaniu.