Что убивает мои МОП-транзисторы

Это мой первый пост об электронном стеке. Я увлекаюсь электроникой и профессионалом в программировании.

Я работаю над индукторной схемой для нагрева заготовки. У меня есть рабочая установка @ 12Vac. Короче говоря, у меня есть следующие элементы в цепи:

• Микроконтроллер для генерации импульсов с постоянным током 50% с собственным источником питания, разделяющим землю с трансформатором, питающим соленоид.
• 2 полевых МОП-транзистора (ток 100А, постоянный ток утечки, 150 В) на нижней стороне для переключения направления тока через
• соленоид 3570 нГн с 11 витками диаметром ~ 5 см, изготовленный из медной трубы диаметром 1 см. (Планируя применить водяное охлаждение через катушку через некоторое время)
• трансформатор 230 В переменного тока в 12 В переменного тока, который может выдавать пики до 35 А, или на некоторое время 20 А.
• Драйвер MOSFET (TC4428A) для управления воротами MOSFET
  • резистор 10K на каждом затворе MOSFETs к источнику.
  • Керамический конденсатор на 1000 пФ на каждом MOSFET-элементе от затвора к источнику (чтобы уменьшить шум на затворах). Впкпк ~ 17Вольт на ворота

Теперь цепь замыкается, когда я хочу подать 48 В переменного тока в цепь, используя сварочный аппарат, с которым МОП-транзисторы могли бы справиться (48 В переменного тока = ~ 68 В постоянного тока * 2 = ~ ~ 136 В pkpk). Ничто не взрывается, МОП-транзисторы в одной части. Но сопротивление между выводами МОП-транзисторов (Gate, Source, Drain <-> Gate, Source, Drain) все равно 0 или очень низкое (<20 Ом). Таким образом, они сломались.

Что заставило мои МОП-транзисторы сломаться? Трудно исследовать схему, когда компоненты умирают.

Мое оборудование существует исключительно из осциллографа и мутлиметра.

Звонит на ворота без С2 и С3, пока на соленоид не подается питание. Совместное использование с трансформатором. Провода от MCU до драйвера TC4428A, скажем, 5см. От водителя до ворот провода ~ 15см. Это вызывает звон? это ~ 2 мм провода, которые использовались от драйвера TC4428A до ворот.

Отключенный звон на воротах с C2 и C3, в то время как соленоид не был включен. Делиться взаимопониманием. Выглядит намного лучше, чем первая картинка.

Звонит на ворота, когда соленоид был включен. Почему звон увеличивается, когда соленоид включен, и как предотвратить / уменьшить его, поддерживая скорость переключения?

Измерение на источнике для слива с заготовкой в ​​соленоиде @ ~ 150 кГц. Показанный на последнем рисунке, если сигнал был чистым, он дал бы Vpkpk ~ 41 Вольт. Но из-за шипов она составляет около 63 вольт.

Будут ли проблемы с Vpkpk на 150% выше / ниже? Приведет ли это к (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Как бы я уменьшил шум на волнах, измеренных на Source -> Drain?

РЕДАКТИРОВАТЬ Здесь я отключил один шлюз MOSFET от драйвера. CH1 - это ворота, CH2 - сток МОП-транзистора, который все еще был подключен. Теперь обе волны выглядят нормально. Нет / минимальный ток течет здесь. Когда я подключаю оба полевых МОП-транзистора к драйверу и измеряю сопротивление между двумя Воротами, это говорит о 24,2 кОм. Может ли быть так, что если один MOSFET выключен драйвером TC4428A, он каким-то образом получает сигнал от другого шлюза MOSFET, когда он включен драйвером? Имеет ли смысл ставить такой диод, Driver --->|---- Gateчтобы не было шума? Желательно диод с низким падением напряжения конечно.

От водителя до ворот провода ~ 15см. Это вызывает ринг?

Почти наверняка, и вполне справедливо предположить, что это разрушает ваши MOSFET с помощью одного или нескольких из этих механизмов:

1. $V_{G(max)}$
2. $V_{DS(max)}$
3. простой перегрев из-за медленного переключения и непреднамеренной проводимости

№ 3 должен быть довольно очевидным, когда это происходит, но другие два могут быть трудно увидеть, так как они являются переходными условиями, которые могут быть слишком краткими, чтобы быть видимыми в области видимости.

С2 и С3 не уменьшают звон. Вы получаете звон на ворота, потому что емкость затвора MOSFET (и C2, C3, которые добавляют к нему) плюс индуктивность, образованная петлей провода через драйвер и затвор-исток MOSFET, образуют цепь LC . Звон вызывается отражением энергии между этой емкостью и индуктивностью.

Вы должны поместить драйвер абсолютно как можно ближе к полевым МОП-транзисторам. 1 см уже становится слишком длинным. Мало того, что индуктивность, создаваемая длинной трассой к затвору, вызывает звон, но это ограничивает вашу скорость переключения, что означает большие потери в транзисторах. Это связано с тем, что скорость изменения тока ограничена индуктивностью :

$v$$L$

В дополнение к расположению драйвера затвора рядом с полевыми транзисторами, вы хотите минимизировать область петли пути, по которому должен пройти ток через затвор:

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

Индуктивность пропорциональна показанной площади.

Индуктивность ограничивает скорость переключения, а также ограничивает то, насколько хорошо драйвер затвора может удерживать полевой МОП-транзистор выключенным. Поскольку напряжение стока на только что выключенном полевом МОП-транзисторе изменяется (из-за включения другого полевого МОП-транзистора и взаимной индуктивности катушек), драйвер затвора должен потреблять или истощать ток как внутренние емкости заряда или разряда МОП-транзистора. Вот иллюстрация от Международного Выпрямителя - Основы Power MOSFET :

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$

Эта индуктивность также может быть магнитно связана с другими индуктивностями, такими как ваши электромагнитные катушки. Когда магнитный поток через петлю изменяется, индуцируется напряжение ( закон индукции Фарадея ). Минимизируйте индуктивность, и вы уменьшите это напряжение.

Избавьтесь от С2 и С3. Если вам все еще нужно снизить уровень звонка после улучшения макета, сделайте это, добавив последовательно резистор с затвором между затвором и драйвером затвора. Это будет поглощать энергию, подпрыгивающую вокруг, которая вызывает звон. Конечно, это также ограничит ток затвора и, следовательно, вашу скорость переключения, поэтому вы не хотите, чтобы это сопротивление было больше, чем это абсолютно необходимо.

Вы также можете обойти добавленный резистор с помощью диода или транзистора, чтобы обеспечить более быстрое отключение, чем включение. Итак, один из этих вариантов (но только в случае необходимости; гораздо предпочтительнее просто исключить источник звонка):

^{смоделировать эту схему}

Особенно в последнем случае с Q3 вы, по сути, реализовали половину драйвера затвора, поэтому применимы те же проблемы, связанные с короткой трассировкой и небольшой площадью цикла.

Чтобы правильно зафиксировать напряжение на дренажах FET до разумного значения, учитывайте следующее:

Естественная работа двух катушек (если между двумя половинами катушек имеется значительная магнитная связь) заключается в создании двойного напряжения питания на каждом стоке при чередующихся циклах.

Это как качели, в которых средняя точка (V) не движется. Потяните одну половину вниз, а другая поднимется через действие трансформатора.

Это, естественно, означает, что полевые транзисторы должны быть рассчитаны как минимум вдвое больше, чем напряжение питания, иначе все будет жариться. Поскольку связь не идеальна, стабилитроны поймают все, что в два раза выше, чем Vsupply.

Рекомендации - выбирайте полевые транзисторы с номинальным напряжением 3 x и стабилитроны с номинальным напряжением питания. Стабилитроны 5 Вт как минимум тоже. Полностью избавьтесь от конденсатора на 330 нФ - если вы думаете, что это каким-то образом настроит испускаемый магнитный поток, подумайте еще раз, потому что он просто убивает полевые транзисторы с помощью импульса тока. Может быть, 1nF почти пригоден для жизни. Получите все соединения как можно короче - паразитная индуктивность в проводах также может быть убийцей и, по крайней мере, давать эти специфические напряжения на затворе, хотя, вероятно, это вызвано драйверами полевого затвора с недостаточными возможностями привода - фактически напряжение на сток связан с затвором внутренней паразитной емкостью и предотвращает чистое включение и выключение.