Cosa sta uccidendo i miei MOSFET

Questo è il mio primo post qui su elettronica stackexchange. Sono un appassionato di elettronica e un professionista in programmazione.

Sto lavorando su un circuito induttore per riscaldare un pezzo. Ho una configurazione funzionante @ 12Vac. In breve ho i seguenti elementi nel circuito:

• Microcontrollore per generare impulsi con una CC del 50% con il proprio alimentatore, condividendo la terra con il trasformatore che alimenta il solenoide.
• 2 MOSFET (100Amps continuano la corrente di drain, 150Vds) sul lato basso per cambiare la direzione della corrente, attraverso
• un solenoide 3570 nH di 11 giri, diametro ~ 5 cm, realizzato in tubo di rame con 1 cm di diametro. (Pianificazione di applicare il raffreddamento ad acqua attraverso la bobina qualche tempo dopo)
• un trasformatore da 230Vac a 12Vac in grado di erogare picchi fino a 35 Amp o 20 Amp per un po '.
• Un driver MOSFET (TC4428A) per comandare le porte dei MOSFET
  • un resistore da 10K su ciascun MOSFET Gate to Source.
  • Condensatore ceramico da 1000pF su ciascun MOSFET Gate to Source (per ridurre lo squillo delle porte). Vpkpk è ~ 17Volts alle porte

Ora il circuito si interrompe quando voglio applicare 48Vac al circuito, usando una saldatrice, che i MOSFET sarebbero in grado di gestire (48Vac = ~ 68Vdc * 2 = ~~ 136Vpkpk). Niente esplode, i MOSFET sono in un unico pezzo. Ma la resistenza tra i pin dei MOSFET (Gate, Source, Drain <-> Gate, Source, Drain) sono tutti 0 o molto bassi (<20Ohms). Quindi si sono rotti.

Cosa ha causato la rottura dei miei MOSFET? È difficile esaminare il circuito quando i componenti muoiono.

La mia attrezzatura esiste solo di un osscilloscopio e di un mutimetro.

Suonare su Gates senza C2 e C3, mentre il solenoide non era alimentato. Condivisione di un terreno comune con trasformatore. I cavi dall'MCU al driver TC4428A sono, diciamo, 5 cm. Dal driver alle porte, i fili sono ~ 15 cm. Questo fa suonare? che ~ ~ 2 mm fili utilizzati dal driver TC4428A alle porte.

Suonava con lo squillo sui cancelli con C2 e C3, mentre il solenoide non era alimentato. Condivisione di un terreno comune. Sembra molto meglio della prima foto.

Suonare su Gates mentre il solenoide era alimentato. Perché lo squillo aumenta quando il solenoide è acceso e come prevenirlo / mimarlo mantenendo la velocità di commutazione?

Misura da Sorgente a Scarico con pezzo in lavorazione a solenoide @ ~ 150Khz. Mostrato nell'ultima immagine, se il segnale fosse pulito, produrrebbe un Vpkpk di ~ 41 Volt. Ma a causa dei picchi è di circa ~ 63 Volt.

Quest'ultimo del Vpkpk over / undershoort del 150% sarebbe il problema? Questo comporterebbe un (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Come ridurrei il rumore sulle onde misurate sulla sorgente -> Scarico?

EDIT Qui ho disconnesso un gate MOSFET dal driver. CH1 è il gate, CH2 è lo Drain del MOSFET che era ancora collegato. Ora entrambe le onde sembrano a posto. Qui non scorreva nessuna / minima corrente. Quando collego entrambi i MOSFET al driver e misuro la resistenza tra le due porte, si dice 24.2K Ohm. Potrebbe essere che se un MOSFET viene disattivato dal driver TC4428A, in qualche modo esso riceve ancora un segnale dall'altro MOSFET Gate quando viene acceso dal driver? È un'idea significativa mettere un diodo così Driver --->|---- Gateper assicurarsi che non ci sia rumore? Preferibilmente un diodo con caduta di bassa tensione ovviamente.

Dall'autista alle porte, i fili sono ~ 15 cm. Questo provoca rining?

Quasi certamente, ed è una buona scommessa che questo sta distruggendo i tuoi MOSFET, con uno o più di questi meccanismi:

1. $V_{G(max)}$
2. $V_{DS(max)}$
3. semplice surriscaldamento dovuto a commutazione lenta e conduzione involontaria

# 3 dovrebbe essere abbastanza ovvio quando si verifica, ma gli altri due possono essere difficili da vedere, poiché sono condizioni transitorie che potrebbero essere troppo brevi per essere visibili nell'ambito.

C2 e C3 non riducono lo squillo. Si suona alle porte perché la capacità della porta MOSFET (e C2, C3 che si aggiungono ad essa) più l'induttanza formata dal circuito di filo attraverso il driver e la sorgente-porta MOSFET formano un circuito LC . Lo squillo è causato dall'energia che rimbalza tra questa capacità e l'induttanza.

Dovresti mettere il driver il più vicino possibile ai MOSFET. 1 cm sta già diventando troppo lungo. Non solo l'induttanza creata dalla lunga traccia verso il gate provoca lo squillo, ma limita la velocità di commutazione, il che significa maggiori perdite nei transistor. Questo perché il tasso di variazione della corrente è limitata dalla induttanza :

$v$$L$

Oltre a mettere il gate driver vicino ai MOSFET, si desidera ridurre al minimo l'area del circuito del percorso che la corrente attraverso il gate deve prendere:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

L'induttanza è proporzionale all'area illustrata.

L'induttanza limita la velocità di commutazione e limita anche il modo in cui il gate driver può tenere spento il MOSFET. Man mano che la tensione di drain sul MOSFET appena disattivata cambia (a causa dell'accensione dell'altro MOSFET e dell'induttanza reciproca delle bobine), il gate driver deve alimentare o assorbire corrente come le capacità interne della carica o scarica del MOSFET. Ecco un'illustrazione da International Rectifier - Power MOSFET Basics :

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$

Questa induttanza può anche essere accoppiata magneticamente ad altre induttanze, come le bobine del solenoide. Quando il flusso magnetico attraverso l'anello cambia, viene indotta una tensione ( la legge dell'induzione di Faraday ). Ridurre al minimo l'induttanza e ridurre al minimo questa tensione.

Sbarazzarsi di C2 e C3. Se è necessario ridurre la suoneria dopo aver migliorato il layout, farlo aggiungendo una resistenza in serie con il gate, tra il gate e il driver del gate. Ciò assorbirà l'energia che rimbalza attorno a cui provoca lo squillo. Naturalmente, limiterà anche la corrente di gate e quindi la velocità di commutazione, quindi non si desidera che questa resistenza sia più grande di quanto assolutamente necessario.

È inoltre possibile bypassare il resistore aggiunto con un diodo o con un transistor per consentire che lo spegnimento sia più veloce dell'accensione. Quindi, una di queste opzioni (ma solo se necessario; è molto preferibile eliminare semplicemente la fonte del suono):

^{simula questo circuito}

Soprattutto nell'ultimo caso con Q3, hai praticamente implementato metà di un gate driver, quindi valgono le stesse preoccupazioni di mantenere la traccia corta e l'area del loop ridotta.

Per fissare correttamente le tensioni sugli scarichi FET a un valore ragionevole, considerare questo: -

Il funzionamento naturale delle due bobine (se esiste un accoppiamento magnetico significativo tra le due metà della bobina) è quello di produrre due volte la tensione di alimentazione su ogni drain su cicli alternati.

È come una sega con il punto medio (Vs) non in movimento. Tirare una metà in basso e l'altra si alza attraverso l'azione del trasformatore.

Ciò significa naturalmente che i FET devono essere classificati almeno due volte la tensione di alimentazione o le cose friggeranno. Poiché l'accoppiamento non è perfetto, i diodi zener cattureranno qualsiasi cosa al di sopra del doppio di Vsupply.

Raccomandazioni : scegliere FET classificati con 3 x tensione di alimentazione e diodi zener classificati con tensione di alimentazione. Anche diodi zener da 5 W. Sbarazzati del condensatore 330nF completamente - se pensi che questo possa sintonizzare in qualche modo il file magnetico emesso ripensaci perché uccide i FET con un impulso di corrente. Forse 1nF è quasi vivibile. Ottieni tutte le connessioni il più breve possibile - l'induttanza vagante nei cavi può anche essere un killer e quantomeno dare quelle peculiari tensioni di gate ring anche se, è probabile che queste siano causate da driver di gate FET con capacità di azionamento insufficienti - in effetti la tensione su lo scarico è accoppiato al cancello da una capacità parassita interna e impedisce l'accensione e lo spegnimento puliti.