In cerca di aiuto sul perché il mio mosfet n-channel viene distrutto

Ho un design che ho ereditato con un mosfet n-channel piuttosto standard che guida un relè che controlla un motore e un attuatore.

Su una build recente abbiamo iniziato a ottenere un tasso di fallimento del 50% sul mosfet n-channel. In precedenza non abbiamo avuto guasti al mosfet. Le uniche differenze che sono riuscito a trovare finora sono i diversi codici data sul relè e sul mosfet. Altrimenti non è cambiato nulla.

Il mosfet è un ON Semiconductor 2N7002LT1G

Il relè è un Omron Electronics G6RL-1-ASI-DC24

Il diodo flyback è un semiconduttore ON MRA4003T3G

Il mosfet è stato esaminato dal semiconduttore ON e si è scoperto che molto probabilmente è stato distrutto da una tensione eccessiva. Ma finora non sono stato in grado di vedere un picco di tensione sul mosfet sopra i 30 V.

Ecco la parte del circuito con il mosfet / relè / diodo.

Immagino che il diodo non sia stato saldato correttamente sulla tua build recente, o forse hai delle parti difettose. Prendi una delle schede guaste, sostituisci il FET e osserva lo scarico con un cannocchiale veloce mentre il relè è spento. Quindi ridisporre tutti i collegamenti di saldatura attorno al diodo e forse anche i fili di saldatura direttamente dal diodo al relè e guardare di nuovo il segnale.

Mostra lo schema, ma non il layout fisico. Dov'è il diodo rispetto al relè e al FET? Se è troppo lontano, l'induttanza ad esso parzialmente ne vanifica il suo scopo.

Un'altra possibilità è che questo era sempre un cattivo design e ora hai alcune parti in cui la differenza conta. Prova a mettere un piccolo cappuccio immediatamente attraverso il relè. Ciò rallenterà le variazioni di tensione in modo che altre parti del circuito possano tenere il passo. Se il relè è fuori scheda, è necessario proteggere il drenaggio FET separatamente. Ciò potrebbe significare un diodo inverso separato sulla scheda e forse un piccolo tappo per terra sullo scarico. Non si vuole mettere troppo lì perché causerà un piccolo aumento all'accensione, ma qualche 100 pF a un nF o giù di lì dovrebbe rallentare le variazioni di tensione.

Quale tensione è VBATT? Perché il diodo non è uno Schottky?

• La modifica di R38 in 10k può essere di aiuto.

• L'aggiunta di uno zener attraverso gate-source può aiutare

Mostrare tutti i circuiti rilevanti può essere d'aiuto - in questo caso ciò che si nasconde dietro ACTCTRL1 può o meno essere rilevante.

Il motivo per cui cambierebbe tra i lotti non è ovvio, ma qualcosa da verificare è che la tensione del gate non può mai superare (o avvicinarsi molto al suo valore nominale massimo (Vgsmax). Ciò dipende dall'impedenza di ACTCTRL1. La capacità del mugnaio abbinerà la tensione dallo scarico gate e questo DEVE essere bloccato dall'impedenza del gate collegata a un valore inferiore a Vgsmax. Vgsmax può variare tra i lotti FET ma ciò non è eccessivamente probabile.

In caso di dubbi, posizionare un diodo zener di tensione leggermente superiore rispetto a V_gate_drive_max da gate a source (catodo a gate in modo che zener di solito non conduca mai).

R38 è probabilmente molto più alto del necessario a 100k. Le probabilità sono che questo possa dire 10k e questo potrebbe essere stato cambiato tra i lotti senza essere avvisati. L'energia della capacità millimetrica deve spingere questo oltre Vgsmax per distruggere il FET, quindi un 10k rende questa energia 10 volte più dura. Con un drive da 5 V un 10k richiederà un drive da 0,5 mA, quindi la maggior parte dei driver non avrà alcun problema. Se ACTCTRL1 non è una connessione diretta a un pin del convertitore di frequenza e presenta una resistenza in serie, potrebbe essere necessario ridurlo proporzionalmente.

Lei afferma che l'analisi del guasto indica sovratensione, quindi potrebbe non essere rilevante, ma assicurarsi che il diodo non sia stato posizionato al contrario. Con un FET da 500ma (max) e un diodo da 1A (max), è quasi una certezza che il FET fallirà prima nel caso di un diodo polarizzato in avanti.

Una volta avevamo una casa di assemblaggio che ci faceva questo con diodi SMT come i tuoi (la serigrafia era totalmente oscurata dalla parte). Ci è voluto un tempo imbarazzante per trovare, ma era una soluzione semplice ... in una nuova casa di riunione.

Vedo che questo è essenzialmente ciò che ha detto DeanB. Ciò aggiunge alcune cifre e vaga un po 'intorno all'area generale.

Se D21 è installato con polarità errata, il FET fallirà quasi istantaneamente. :

Il fallimento da una dissipazione eccessiva è quasi certo.
Se il diodo si guasta invece, il fallo FET fallirà subito dopo a causa di punte induttive.

Al FET accendere il diodo conduce da 24 V a terra tramite FET.
Il diodo non funziona a circuito aperto.
Il relè ora funziona.
Al rilascio del relè ora hai un picco induttivo e nessun diodo ... :-(.

Il 7002 non è in grado di supportare una corrente troppo elevata e probabilmente avrà un limite di corrente a "pochi" ampere. Potrebbe essere un rilascio tra diodo e MOSFET per vedere quale può autodistruggersi per primo. Se il MOSFET muore per primo, il relè non funziona mai.
Se il diodo muore per primo, il relè funziona almeno una volta, e forse un numero di volte.

Così:

• Verificare la polarità del diodo.
• Osservare lo scarico con l'oscilloscopio.
• Osserva la base con l'oscilloscopio 9 vedi la mia altra risposta).

Il foglio dati del diodo qui è valutato a 88 C / W con cuscinetti quadrati da 1 pollice, quindi non necessita di troppa sovracorrente per morire termicamente.

Il MOSFET ha una dissipazione di 300 mW e 417 C / W !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!! . Foglio dati qui Con tutto il drive in creazione va bene per circa 1.6A e quindi cadrà tutta la tensione che si desidera alimentare, mentre il diodo difficilmente si rompe un sudore a 1,6A con Vf di circa 1 Volt, quindi se il diodo è invertito otterrai P_transistor = VI ~~~ = (24-1) x 1.6 = ~ 30 Watt.
La morte sarebbe quasi istantanea.

Potrebbe essere necessario un diodo più veloce. La scheda tecnica che sto tirando su per quella parte non elenca un tempo di recupero in avanti, il che significa generalmente che è abbastanza lungo che nessuno che si preoccupi del tempo di recupero lo userebbe. Un lotto di diodi potrebbe aver avuto un tempo di recupero più veloce, un altro più lento e ora che hai il lotto lento il calcio induttivo è sufficiente per interrompere il FET prima che il diodo possa recuperare.