Вождение высокоиндуктивных грузов уничтожает водителя Mosfet

Фон

Я пытаюсь генерировать некоторые относительно высокие напряжения (> 200 кВ), используя систему катушек зажигания. Этот вопрос касается одной стадии этой системы, которую мы пытаемся создать где-то в районе 40-50 кВ.

Первоначально генератор функций использовался для непосредственного управления МОП-транзисторами, но время выключения было довольно медленным (кривая RC с генератором функций). Затем был создан хороший BJT-драйвер с тотемным полюсом, который работал нормально, но все же имел некоторые проблемы со временем падения (время нарастания было отличным). Итак, мы решили купить кучу драйверов MCP1402 .

Вот схема (C1 - разъединительная крышка для MCP1402 и физически расположена близко к MCP1402):

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Целью транзисторов в начале является предотвращение попадания отрицательных напряжений из нашего функционального генератора (это сложно настроить и легко испортить) на MCP1402. Наши времена падения, отправляемые в MCP1402, довольно продолжительны (1-2 мкс) из-за этого грубого расположения, но, похоже, существует внутренний гистерезис или что-то, что препятствует возникновению проблем. Если нет, и я действительно уничтожаю водителя, дайте мне знать. Лист данных не имеет входных параметров времени нарастания / спада.

Вот физическая раскладка:

Синий провод идет к катушке зажигания, а черный провод - к полосе заземления на столе. Верхний TO92 - это PNP, а нижний TO92 - это NPN. TO220 - это МОП-транзистор.

эксперимент

Проблема, которая только что преследовала эту конструкцию, заключалась в комбинации звонка на линии затвора и медленного времени переключения. Мы уничтожили больше полевых МОП-транзисторов и BJT, чем я хочу вспомнить.

MCP1402, похоже, исправил некоторые проблемы: отсутствие звонка, быстрое время падения; это выглядело идеально. Вот линия затвора без подключенной катушки зажигания (измерена в нижней части штифта затвора полевого транзистора, где зелено-белый провод подключен выше):

Я думал, что это выглядело великолепно, и поэтому я подключил катушку зажигания. Вот выплюнул этот мусор

Это не первый раз, когда я вижу этот мусор на моей линии ворот, но это первый раз, когда я получил хорошую картину этого. Эти переходные напряжения превышают максимальные значения Vgs IRF840.

Вопрос

После захвата вышеуказанного сигнала я быстро отключил все. Катушка зажигания не производила искр, сообщая мне, что MOSFET с трудом выключается своевременно. Я думал, что ворота самопроизвольно срабатывали от звонка и отрезали наш шип ди / дт.

МОП-транзистор был невероятно теплым, но после небольшого охлаждения он проверялся мультиметром (высокий импеданс между затвором-истоком и затвором-затвором, низкий импеданс между стоком-истоком после зарядного затвора, высокий импеданс между стоком-истоком после разгрузочного затвора) , Водитель, однако, не так хорошо. Я снял MOSFET и просто приклеил кепку на выходе. Водитель больше не переключался и просто грелся, поэтому я считаю, что он будет уничтожен.

$2\Omega$

1. Что в мире уничтожило водителя? Я думал, что большие переходные процессы в затворе нашли свой путь обратно в затвор и как-то превысили максимальный обратный ток в 500 мА.

2. Как я могу подавить этот звон и поддерживать его в чистоте при управлении индуктивной нагрузкой? Длина моих ворот около 5см. У меня есть выбор ферритов, которые я мог бы использовать, но я, честно говоря, не хочу взрывать другого водителя ворот, пока кто-нибудь не объяснит мне, почему это произошло. Почему это не происходит, пока я не подключу к нему высокоиндуктивную нагрузку?

3. На первичной обмотке катушки зажигания нет обратного диода. Это было сознательное решение, чтобы избежать ограничения наших скачков напряжения, но могло быть дезинформировано. Будет ли вообще перекрывать всплеск первичного напряжения диодным колпачком всплеска вторичного напряжения? Если нет, я бы с удовольствием поставил один над ним, чтобы избежать необходимости в более дорогих МОП-транзисторах на 1200 В. Мы измерили пиковое напряжение сток-исток около 350 В (разрешение ~ 100 нс), но это было с более медленным драйвером затвора, поэтому было меньше di / dt.

4. У нас есть выбор IGBT 1200 В, которые можно использовать (они просто сидят здесь, на моем столе). Будут ли у них такие же проблемы, как у полевых МОП-транзисторов, управляющих такой нагрузкой? Фэйрчайлд, кажется, предлагает использовать их.

Редактировать:

Я только что сделал симуляцию LTSpice, поместив диод поверх основного, чтобы защитить мой MOSFET. Оказывается, это побеждает назначение схемы. Вот смоделированное вторичное напряжение до (слева) и после (справа) размещения диода через первичное:

Так что, кажется, я не могу использовать защитный диод.

Святой Карп! Вы пытаетесь сделать 10-е годы Nsec, переключаясь на макет без припоя? И у вас нет обратного диода на вашем трансформаторе?

Если вы собираетесь делать это, вы должны научиться уважать быстрое переключение и индуктивную паразитику. Подойдите к земле и сделайте все пути переключения максимально короткими. Кроме того, наденьте крышку 100 мкФ (тантал на выбор) на ваш MCP1402, чтобы дать диоду с обратной связью что-то для вождения, кроме длинных проводов к батарее.

Вы видите эти регулярные неровности на вашей кривой без нагрузки? Это колебания ~ 40 МГц, и они не являются хорошим признаком.

Моя догадка - комбинация емкости обратного переноса IRF840 (120 пФ), dv / dt напряжения стока и довольно слабого драйвера (MCP1402).

Для начала прочитайте лист данных на драйвере - на странице 3 написано, что «защита от защелки выдерживает обратный ток», как правило, превышает 0,5 А - это ключ к пониманию того, почему это устройство может выходить из строя.

Следующим является Q = CV или, dq / dt = I = C dv / dt.

Я думаю, что ток через 120pF с большим изменением dv / dt на стоке больше, чем водитель может справиться. Непосредственно перед тем, как изображение на прицеле становится совсем плохим, я вижу примерно 10В изменения примерно за 20нс:

I = 120 пФ x 10 В / 20 нс - это 60 мА, но это только напряжение на затворе - оно может быть в десять или сто раз больше на стоке, и поэтому ток может быть от 600 мА до 6 А, пробиваясь через обратный паразитный конденсатор в чип драйвера.

В любом случае, это мое подозрение. Я бы использовал драйвер, рассчитанный на десять ампер, или, по крайней мере, нашел бы драйвер, способный справиться с обратным током в десять ампер.

Я полагаю, что Энди что-то думает с емкостью «сток-затвор».

Но также: Измерьте, что это делает с источником питания 12 В. Это был бы альтернативный путь для скачков через драйвер затвора. В настоящее время вы показываете один конденсатор 0.1 мкФ в качестве развязки, и я подозреваю, что этого недостаточно. Вам может понадобиться широкий спектр развязки от 10 нФ до 100 мкФ или более, и если этого недостаточно, рассмотрите возможность питания драйвера затвора и чувствительной электроники от LC-фильтра и их собственную локальную развязку.

Просто поместите конденсатор MKP 220..470nF параллельно трансформатору, чтобы подавить высокое пиковое напряжение, создаваемое индукционной катушкой. Теперь прерванный ток пойдет на конденсатор, а не разрушит полевой транзистор.

Это сделано во всех телевизорах с ЭЛТ и контролирует горизонтальный выходной каскад.