MOSFET si è rotto dopo aver collegato il banco di condensatori

Ho un solenoide che ha una resistenza della bobina di e accelera qui un proiettile d'acciaio. Ho pubblicato gli schemi di seguito.$0.3\Omega$

Versione normale che funge da controllo

Il GPIO8 passa a 5 V per accendere il MOSFET e spegnerlo quando viene rilevato il proiettile con il sensore ottico. E funziona benissimo .

Successivamente, l'ho provato con 10 supercondensatori collegati in serie. L'ho caricato fino a 27 volt.

Versione n. 1

Quando ho acceso il circuito, si è verificata una scintilla quando ho collegato la terra del condensatore alla terra del MOSFET. Il circuito Gate e Source avrebbe dovuto essere aperto perché quando l'ho collegato per la prima volta, GPIO8 è a 0v.

Dopo un po 'di risoluzione dei problemi, ho scoperto di aver ucciso il MOSFET.

Credo che ci siano 2 possibilità in gioco. Innanzitutto, è possibile che la capacità parassita sul MOSFET abbia causato un'oscillazione e quindi un picco di tensione. Ho aggiunto R2 per aumentare leggermente il tempo di caduta e quindi ridurre la carica. Guarda il video qui (Vai alle 4:00)

Non solo la capacità parassita sta causando un'oscillazione, ma un altro fattore è anche il fatto che qui ho effettivamente un circuito RLC. Il mio carico è un solenoide e la mia fonte di energia sono i miei supercondensatori. Quindi ho aggiunto D2 in modo che non inizi a pedalare avanti e indietro. Ho anche sostituito il MOSFET con uno nuovo.

Versione n. 2

Eppure è successa la stessa cosa, GPIO8 è a 0v prima che collegassi il condensatore ma il MOSFET ha comunque completato il circuito e si è rotto, questa volta viene catturato dalla fotocamera .

Ecco dove sono adesso. Il mio condensatore è caricato a 27 V e da quando ho aggiunto i componenti per eliminare le oscillazioni, non riesco a pensare ad altro. Secondo la scheda tecnica, la tensione di rottura dell'IRF3205 è di 55 V e sono ben al di sotto.

Qualche idea brillante?

La tensione del gate drive è troppo bassa. Quel MOSFET ha bisogno di 10 V per accendersi completamente. 5 V cancella appena la soglia di 4 V quando il MOSFET inizia a malapena a condurre. NON utilizzare Vgsth se si intende utilizzare il MOSFET su un interruttore. Questa è la tensione a cui inizia a malapena a condurre. Usa un Vgs alto almeno quanto quello usato per ottenere il RDson dato. Vgsth è per l'utilizzo del MOSFET come dispositivo lineare / analogico.

Secondo la Figura 1 nel foglio dati, con 5 V attraverso la gate-source e 27V attraverso la drain-source (sto ignorando la resistenza del solenoide poiché diminuisce relativamente poca tensione), il MOSFET si satura a 10A. Sono 270 W dissipati nel tuo MOSFET.

E la Figura 1 è a 25 ° C. Il tuo MOSFET si sta riscaldando mentre fa tutto ciò, il che lo fa funzionare più come nella Figura 2, dove viene condotta ancora più corrente. In questo caso si sta saturando a 30A con una caduta di 27V che è ~ 800W di calore dissipato.

Con una resistenza termica tra giunzione e ambiente di 62 C / W, questo è un aumento della temperatura di 17.000 e 50.000 Celcius, rispettivamente.

Inoltre, cerca i gate driver e considera se ne hai bisogno o meno per il tuo MOSFET o se guidare direttamente la capacità del gate da un pin I / O a bassa corrente è sufficiente per la tua applicazione.

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

Quindi, credo che la sequenza di errori sia la seguente:

1. Inizialmente non c'è tensione attraverso il MOSFET, quindi i valori di capacità parassita sono pochi nanofarad.
2. Si applica 27 V, con una resistenza in serie di soli 0,3 Ω (più qualunque induttanza abbia il solenoide; non conosciamo quel numero).
3. Un certo numero di ampere scorre in quel MOSFET per caricare quei condensatori parassiti. È per un tempo molto breve, ma è un valore di picco molto elevato!
4. ... MOSFET esplode a causa dell'elevata corrente di picco.

Rimedi:

• $\mathrm{V_{ds}}$
• Aggiungi un po 'di resistenza in serie per limitare la massima corrente possibile dal tuo supercap.

EDIT Mi è appena venuta in mente un'altra modalità di errore:

1. Simile a prima, ma preoccupiamoci solo della capacità gate-to-drain (ancora qualche nanofarad).
2. $\mathrm{C_{gd}}$
3. La corrente attraverso quel condensatore gate-to-drain è abbastanza facile da introdurre una grande tensione attraverso quel resistore da 20k che manteneva bassa la tensione.
4. Il MOSFET si accende, esplode a causa dell'elevata corrente di picco.

Questa seconda ipotesi è probabilmente l'ipotesi più probabile. Come sottolinea DKNguyen, il circuito così costruito farà esplodere il MOSFET anche durante il normale funzionamento.

Come prima, la soluzione migliore è trovare un modo per limitare la corrente di picco.

Probabilmente non stai guidando il cancello abbastanza forte. Il GPIO è probabilmente un'impedenza troppo elevata. Si desidera includere un chip drive gate corretto che scade da 12-15v. Puoi semplicemente usare un regolatore lineare dal tuo bus 27v.

R2 ti sta solo facendo del male aumentando l'impedenza del gate drive in questo caso. Suggerisco di far scendere il valore a 10 ohm.

Se possibile, inizia i test a 1 V e procedi verso l'alto, assicurandoti che tutto sia a posto. Risparmierai molto silicio in questo modo.

E per favore metti resistori di bilanciamento tra le tue supercap. Non so quale sia la perdita dei tappi, ma immagino che 1k in parallelo con ciascun tappo sarebbe sul lato più sicuro se si desidera caricarli alla massima tensione.

A rischio di sembrare irriverente a tue spese, c'è una vecchia battuta su un paziente che vede un medico:

Paziente: "Dottore, fa male quando lo faccio."

Dottore: "Bene, allora non farlo."

In questo caso, sostituire "collegare l'ultima terra" per "fare questo".

Non farlo

Tieni sempre i motivi legati insieme. Se devi connettere due sistemi mentre sono in funzione, collega sempre prima la terra, quindi l'alimentazione, quindi le linee di controllo - e assicurati che le linee di controllo siano protette in modo che l'applicazione dell'alimentazione quando sono fluttuanti non ti dia problemi.

Per quanto riguarda la tua specifica modalità di guasto, Mr Snrub è probabilmente corretto, anche se l'induttanza della bobina dovrebbe davvero fungere da limitatore di spunto.

Se sei interessato a un circuito limitatore di spunto, Texas Instruments ne realizza uno che ha un modulo di valutazione su Mouser qui . Il foglio dati per il TPS2491 tiene conto (abbastanza divertente) della potenza che limita il MOSFET a passaggio in serie (per garantire che ciò non accada).

Non sono sicuro se questo sarà pratico per il tuo progetto o meno, ma è abbastanza facile da provare e almeno ottenere un momento a-ha per capire cosa sta succedendo al MOSFET nel tuo circuito. In bocca al lupo!