Cái gì đang giết chết MOSFET của tôi

Đây là bài viết đầu tiên của tôi ở đây trên stackexchange. Tôi là một người có sở thích về điện tử, và một chuyên gia lập trình.

Tôi đang làm việc trên một mạch điện dẫn để làm nóng phôi. Tôi có một thiết lập làm việc @ 12Vac. Tóm lại tôi có các yếu tố sau trong mạch:

• Vi điều khiển để tạo xung với DC 50% với nguồn điện riêng, chia sẻ mặt đất với máy biến áp cung cấp năng lượng cho điện từ.
• 2 MOSFET (100Amps tiếp tục xả dòng, 150Vds) ở phía thấp để chuyển hướng của dòng điện, thông qua
• một điện từ 3570 nH gồm 11 vòng, Đường kính ~ 5cm, được làm bằng ống đồng có đường kính 1 cm. (Kế hoạch áp dụng watercooling qua cuộn một thời gian sau)
• một máy biến áp 230Vac đến 12Vac có thể cung cấp tới 35 đỉnh Amps hoặc 20 Amps trong một thời gian.
• Trình điều khiển MOSFET (TC4428A) để lái các cổng của MOSFET
  • một điện trở 10K trên mỗi Cổng MOSFET tới Nguồn.
  • Tụ gốm 1000pF trên mỗi Cổng MOSFE đến Nguồn (để giảm một số tiếng chuông trên cổng). Vpkpk là ~ 17Volts trên cổng

Bây giờ, mạch ngắn khi tôi muốn áp dụng 48Vac cho mạch, bằng cách sử dụng máy hàn, các MOSFET sẽ có thể xử lý (48Vac = ~ 68Vdc * 2 = ~ ~ 136Vpkpk). Không có gì phát nổ, các MOSFET nằm trong một mảnh. Nhưng điện trở giữa các chân của MOSFET (Cổng, Nguồn, Xả <-> Cổng, Nguồn, Xả) đều bằng 0 hoặc rất thấp (<20Ohms). Vì vậy, họ đã phá vỡ.

Điều gì gây ra MOSFET của tôi bị hỏng? Thật khó để kiểm tra mạch khi các thành phần chết.

Thiết bị của tôi chỉ tồn tại của một ống soi và máy biến áp.

Tiếng chuông trên Gates không có C2 và C3, trong khi điện từ không được cấp nguồn. Chia sẻ mặt bằng chung với máy biến áp. Các dây từ MCU đến trình điều khiển TC4428A, giả sử, 5cm. Từ người lái đến cổng, dây ~ 15cm. Điều này có gây ra tiếng chuông không? dây ~ 2 mm được sử dụng từ trình điều khiển TC4428A đến cổng.

Tiếng chuông rình rập trên các cổng với C2 và C3, trong khi điện từ không được cấp nguồn. Chia sẻ điểm chung. Có vẻ tốt hơn nhiều so với hình ảnh đầu tiên.

Tiếng chuông trên Gates trong khi điện từ được cung cấp. Tại sao tiếng chuông tăng khi bật điện từ và làm thế nào để ngăn / tắt nó trong khi duy trì tốc độ chuyển đổi?

Đo trên Nguồn để Xả với phôi trong điện từ @ ~ 150Khz. Hiển thị trong hình ảnh cuối cùng, nếu tín hiệu sạch, nó sẽ mang lại Vpkpk ~ 41 Volt. Nhưng do sự tăng đột biến của nó là khoảng ~ 63 Volts.

Liệu sau 150% trên / dưới Vpkpk sẽ là vấn đề? Điều này sẽ dẫn đến một (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Làm cách nào để giảm tiếng ồn trên các sóng được đo trên Nguồn -> Drain?

EDIT Ở đây tôi đã ngắt kết nối một cổng MOSFET khỏi trình điều khiển. CH1 là cổng, CH2 là Drain của MOSFET vẫn được kết nối. Bây giờ cả hai sóng đều ổn. Không / dòng tối thiểu đã chảy ở đây. Khi tôi kết nối cả hai MOSFET với trình điều khiển và đo điện trở giữa hai Gates, nó báo là 24,2K Ohm. Có thể là nếu một trình điều khiển MOSFET được bật bởi trình điều khiển TC4428A, thì bằng cách nào đó, nó vẫn nhận được tín hiệu từ Cổng MOSFET khác khi trình điều khiển được bật? Có phải là một ý tưởng có ý nghĩa để đặt một diode như vậy Driver --->|---- Gateđể đảm bảo không có tiếng ồn? Tốt nhất là một diode với điện áp thấp tất nhiên.

Từ người lái đến cổng, dây ~ 15cm. Điều này có gây ra rining?

Gần như chắc chắn, và đó là một sự đánh cược công bằng rằng điều này đang phá hủy MOSFET của bạn, bằng một hoặc nhiều cơ chế sau:

1. $V_{G(max)}$
2. $V_{DS(max)}$
3. quá nóng đơn giản do chuyển đổi chậm và dẫn truyền ngoài ý muốn

# 3 nên khá rõ ràng khi nó xảy ra, nhưng hai cái kia có thể khó nhìn thấy, vì chúng là những điều kiện thoáng qua có thể quá ngắn để có thể nhìn thấy trên phạm vi.

C2 và C3 không giảm tiếng chuông. Bạn có thể đổ chuông trên các cổng vì điện dung của cổng MOSFET (và C2, C3 thêm vào nó) cộng với độ tự cảm được hình thành bởi vòng dây thông qua trình điều khiển và nguồn cổng MOSFET tạo thành mạch LC . Tiếng chuông được gây ra bởi năng lượng nảy giữa điện dung và độ tự cảm này.

Bạn nên đặt trình điều khiển hoàn toàn càng gần MOSFETS càng tốt. 1cm đã quá dài. Không chỉ độ tự cảm được tạo ra bởi dấu vết dài đến cổng gây ra tiếng chuông, mà nó còn giới hạn tốc độ chuyển mạch của bạn, điều đó có nghĩa là tổn thất nhiều hơn trong các bóng bán dẫn. Điều này là do tốc độ thay đổi của dòng điện bị giới hạn bởi độ tự cảm :

Kể từ khi $v$$L$

Ngoài việc đặt trình điều khiển cổng gần với MOSFET, bạn muốn giảm thiểu diện tích vòng lặp của đường dẫn dòng qua cổng phải mất:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Độ tự cảm tỷ lệ thuận với diện tích minh họa.

Độ tự cảm giới hạn tốc độ chuyển mạch, và nó cũng giới hạn trình điều khiển cổng có thể giữ MOSFET tốt như thế nào. Khi điện áp thoát trên MOSFET vừa tắt thay đổi (do MOSFET khác bật và độ tự cảm lẫn nhau của cuộn dây), trình điều khiển cổng phải cấp nguồn hoặc chìm dòng điện như điện dung bên trong của điện tích hoặc xả MOS MOS. Đây là một minh họa từ Bộ chỉnh lưu quốc tế - Khái niệm cơ bản về MOS MOS công suất :

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$ của MOSFETS của bạn và người ta bắt đầu tiến hành một chút khi cần tắt. Điều này thay đổi dòng điện và điện áp của cuộn cảm được kết nối, được ghép nối với cuộn cảm khác, đưa vào các dòng điện dung này trong MOSFET khác, chỉ có thể làm trầm trọng thêm vấn đề. Nhưng, khi các cuộn dây không được cấp nguồn, thì điện áp thoát ở mức 0V bất kể chuyển đổi bóng bán dẫn và các dòng điện dung này (và do đó, tổng điện tích cổng phải được di chuyển để chuyển đổi bóng bán dẫn) ít hơn nhiều, vì vậy bạn thấy ít đổ chuông hơn.

Độ tự cảm này cũng có thể được ghép từ tính với các cuộn cảm khác, như cuộn dây điện từ của bạn. Khi từ thông qua vòng lặp thay đổi, điện áp được cảm ứng ( định luật cảm ứng của Faraday ). Giảm thiểu độ tự cảm, và bạn sẽ giảm thiểu điện áp này.

Loại bỏ C2 và C3. Nếu bạn vẫn cần giảm tiếng chuông sau khi cải thiện bố cục của mình, hãy làm điều đó bằng cách thêm một điện trở nối tiếp với cổng, giữa cổng và trình điều khiển cổng. Điều này sẽ hấp thụ năng lượng nảy xung quanh gây ra tiếng chuông. Tất nhiên, nó cũng sẽ giới hạn dòng cổng, và do đó tốc độ chuyển đổi của bạn, vì vậy bạn không muốn điện trở này lớn hơn mức cần thiết.

Bạn cũng có thể bỏ qua điện trở được thêm vào bằng một diode, hoặc với một bóng bán dẫn, để cho phép tắt nhanh hơn bật. Vì vậy, một trong những tùy chọn này (nhưng chỉ khi cần thiết, việc ưu tiên đơn giản là loại bỏ nguồn của tiếng chuông):

^{mô phỏng mạch này}

Đặc biệt trong trường hợp cuối cùng với Q3, về cơ bản bạn đã thực hiện một nửa trình điều khiển cổng, do đó, mối quan tâm tương tự về việc giữ dấu vết ngắn và diện tích vòng lặp nhỏ được áp dụng.

Để kẹp chính xác các điện áp trên cống FET đến một giá trị hợp lý, hãy xem xét điều này: -

Hoạt động tự nhiên của hai cuộn dây (nếu có bất kỳ khớp nối từ tính đáng kể nào giữa hai nửa cuộn dây) là tạo ra hai lần điện áp cung cấp trên mỗi cống trên các chu kỳ thay thế.

Nó giống như một cái cưa với điểm giữa (Vs) không di chuyển. Kéo một nửa xuống và nửa kia tăng lên thông qua hành động biến áp.

Điều này tự nhiên có nghĩa là các FET phải được xếp hạng ít nhất gấp đôi điện áp cung cấp hoặc mọi thứ sẽ chiên. Bởi vì khớp nối không hoàn hảo, điốt zener sẽ bắt được bất cứ thứ gì trên hai lần Vsupply.

Khuyến nghị - chọn FET được đánh giá ở mức 3 x điện áp cung cấp và điốt zener được đánh giá ở điện áp cung cấp. Điốt zener 5W là tối thiểu quá. Loại bỏ hoàn toàn tụ điện 330nF - nếu bạn nghĩ rằng điều này sẽ bằng cách nào đó điều chỉnh từ tính phát ra từ tính nghĩ lại bởi vì nó chỉ giết chết các FET với một xung hiện tại. Có lẽ 1nF chỉ là về sống được với. Có được tất cả các kết nối càng ngắn càng tốt - độ tự cảm đi lạc trong dây dẫn cũng có thể là kẻ giết người và ít nhất là cung cấp cho các điện áp chuông cổng đặc biệt đó, mặc dù, có khả năng đó là do các trình điều khiển cổng FET gây ra bởi khả năng điều khiển không đủ - ảnh hưởng đến điện áp cống được ghép trở lại cổng bằng điện dung ký sinh bên trong và ngăn chặn việc bật và tắt sạch.