MOSFET을 죽이는 것

이것은 전자 스택 교환에 대한 나의 첫 번째 게시물입니다. 저는 전자 공학을 좋아하고 프로그래밍 전문가입니다.

공작물을 가열하기 위해 인덕터 회로에서 작업하고 있습니다. @ 12Vac에서 작동하는 설정이 있습니다. 요컨대 회로에 다음과 같은 요소가 있습니다.

• 자체 전원 공급 장치로 DC가 50 % 인 펄스를 생성하고 솔레노이드에 전원을 공급하는 변압기와 접지를 공유하는 마이크로 컨트롤러
• 로우 사이드에서 2 개의 MOSFET (100Amp는 드레인 전류, 150Vds를 지속)을 통해 전류 방향 전환
• 직경 1cm의 구리 파이프로 제작 된 직경이 ~ 5cm 인 11570 개의 3570nH 솔레노이드. (나중에 코일을 통해 수냉식을 적용하기위한 계획)
• 최대 35A, 최대 20A의 피크를 제공 할 수있는 230Vac ~ 12Vac 변압기.
• MOSFET의 게이트를 구동하기위한 MOSFET 드라이버 (TC4428A)
  • 각 MOSFET 게이트 대 소스의 10K 저항.
  • 각 MOSFET의 1000pF 세라믹 커패시터 게이트-소스 (게이트의 링잉을 줄이기 위해). Vpkpk는 ~ 17V입니다.

이제 MOSFET이 처리 할 수있는 용접기를 사용하여 회로에 48Vac를 적용하려고 할 때 회로가 단락됩니다 (48Vac = ~ 68Vdc * 2 = ~~ 136Vpkpk). 폭발 할 것이 없습니다. MOSFET은 일체형입니다. 그러나 MOSFET (핀, 소스, 드레인 <-> 게이트, 소스, 드레인)의 핀 사이의 저항은 모두 0이거나 매우 낮습니다 (<20Ohms). 그래서 그들은 무너졌습니다.

MOSFET이 고장난 원인은 무엇입니까? 구성 요소가 죽을 때 회로를 검사하기가 어렵습니다.

내 장비는 오실로스코프와 멀티 미터에만 있습니다.

솔레노이드에 전원이 공급되지 않은 상태에서 C2 및 C3없이 게이트에서 울림. 변압기와 공통 접지 공유 MCU에서 TC4428A 드라이버까지의 전선은 5cm입니다. 드라이버에서 게이트까지 전선은 ~ 15cm입니다. 이로 인해 울림이 발생합니까? TC4428A 드라이버에서 게이트까지 사용되는 ~ 2mm 전선.

솔레노이드에 전원이 공급되지 않은 상태에서 C2 및 C3으로 게이트에서 울림이 발생했습니다. 공통점 공유. 첫 번째 사진보다 훨씬 나아 보입니다.

솔레노이드에 전원이 공급되는 동안 게이트에서 울림. 솔레노이드 전원을 켰을 때 울림이 증가하는 이유는 무엇이며 스위칭 속도를 유지하면서 울림을 방지 / 미세화하는 방법은 무엇입니까?

솔레노이드 @ ~ 150Khz의 공작물로 소스에서 드레인으로 측정. 마지막 그림에서 알 수 있듯이 신호가 깨끗하면 ~ 41V의 Vpkpk를 생성합니다. 그러나 급등으로 인해 약 63 볼트입니다.

150 % 오버 / 언더 쇼트 Vpkpk 후자가 문제가됩니까? 이로 인해 (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150 % =) ~ 203Vpkpk가 발생합니까? 소스-> 드레인에서 측정 한 파도의 노이즈를 어떻게 줄이나요?

편집 여기에서 드라이버에서 하나의 MOSFET 게이트를 분리했습니다. CH1은 게이트이고 CH2는 여전히 연결된 MOSFET의 드레인입니다. 이제 두 파도가 좋아 보입니다. 최소 전류가 흐르지 않았습니다. 두 MOSFET을 드라이버에 연결하고 두 게이트 사이의 저항을 측정하면 24.2K Ohm입니다. TC4428A 드라이버가 하나의 MOSFET을 켜도 다른 MOSFET 게이트가 드라이버에 의해 켜졌을 때 여전히 다른 MOSFET 게이트에서 신호를 픽업합니다. Driver --->|---- Gate노이즈가 없는지 확인하기 위해 다이오드를 배치하는 것이 의미있는 아이디어 입니까? 바람직하게는 저전압 강하를 갖는 다이오드가 바람직하다.

드라이버에서 게이트까지 전선은 ~ 15cm입니다. 이것이 헹굼을 유발합니까?

거의 확실하게, 이것이 하나 이상의 다음 메커니즘에 의해 MOSFET을 파괴하고 있다는 것이 확실합니다.

1. $V_{G(max)}$
2. $V_{DS(max)}$
3. 느린 스위칭 및 의도하지 않은 전도로 인한 간단한 과열

# 3는 발생했을 때 매우 분명해야하지만, 다른 두 개는 스코프에서보기에는 너무 짧을 수있는 일시적인 조건이기 때문에보기가 어려울 수 있습니다.

C2와 C3은 울림을 줄이지 않습니다. MOSFET 게이트 (및 C2, C3에 추가되는 C2)의 커패시턴스와 드라이버 및 MOSFET 게이트 소스를 통한 와이어 루프에 의해 형성된 인덕턴스와 LC 회로를 형성하기 때문에 게이트에서 링잉이 발생합니다 . 링잉은이 커패시턴스와 인덕턴스 사이의 에너지 바운싱에 의해 발생합니다.

드라이버는 최대한 MOSFETS에 가깝게 배치해야합니다. 1cm는 이미 너무 길어지고 있습니다. 게이트에 대한 긴 트레이스에 의해 생성 된 인덕턴스는 링잉을 유발할뿐만 아니라 스위칭 속도를 제한하므로 트랜지스터에서 더 많은 손실이 발생합니다. 전류 변화율이 인덕턴스에 의해 제한되기 때문입니다 .

$v$$L$

게이트 드라이버를 MOSFET에 가까이 두는 것 외에도 게이트를 통과하는 전류가 가져야하는 경로의 루프 영역을 최소화하려고합니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

인덕턴스는 그림의 영역에 비례합니다.

인덕턴스는 스위칭 속도를 제한하고 게이트 드라이버가 MOSFET을 얼마나 잘 유지할 수 있는지도 제한합니다. 방금 꺼진 MOSFET의 드레인 전압이 변경되면 (다른 MOSFET이 켜지고 코일의 상호 인덕턴스로 인해) 게이트 드라이버는 MOSFET 충전 또는 방전의 내부 커패시턴스로 전류를 소싱 또는 싱킹해야합니다. 다음은 International Rectifier-Power MOSFET Basics 의 그림입니다 .

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$

이 인덕턴스는 솔레노이드 코일과 같은 다른 인덕턴스에 자기 적으로 결합 될 수도 있습니다. 루프를 통한 자속이 변화함에 따라 전압이 유도됩니다 ( Faraday의 유도 법칙 ). 인덕턴스를 최소화하면이 전압이 최소화됩니다.

C2와 C3를 제거하십시오. 레이아웃을 개선 한 후에도 링잉을 줄여야하는 경우 게이트와 게이트 드라이버 사이에 게이트와 직렬로 저항을 추가하여 링잉을 줄이십시오. 이것은 주변으로 튀는 에너지를 흡수하여 울림을 유발합니다. 물론 게이트 전류와 스위칭 속도도 제한하므로이 저항이 절대적으로 필요한 것보다 크지 않게해야합니다.

다이오드 또는 트랜지스터로 추가 된 저항을 바이 패스하여 턴온이 턴온보다 빠를 수 있습니다. 따라서 다음 옵션 중 하나입니다 (그러나 필요한 경우에만; 단순히 울림의 원인을 제거하는 것이 훨씬 바람직합니다).

^{이 회로를 시뮬레이션}

특히 Q3의 마지막 경우에는 게이트 드라이버의 절반을 본질적으로 구현했기 때문에 트레이스를 짧게 유지하고 루프 영역을 작게 유지하는 것과 동일한 우려가 적용됩니다.

FET 드레인의 전압을 적절한 값으로 올바르게 고정하려면 다음을 고려하십시오.-

두 코일의 자연스러운 작동은 (두 코일 절반 사이에 상당한 자기 결합이있는 경우) 교대로 사이클 할 때 각 드레인에서 두 배의 공급 전압을 생성하는 것입니다.

미드 포인트 (V)가 움직이지 않는 시소와 같습니다. 반을 아래로 당기고 다른 반은 변압기 동작을 통해 상승합니다.

이는 당연히 FET가 공급 전압의 두 배 이상 으로 정격되어야한다는 것을 의미합니다 . 커플 링이 완벽하지 않기 때문에 제너 다이오드는 Vsupply의 두 배 이상을 포착합니다.

권장 사항 -3 x 공급 전압 등급의 FET와 공급 전압 등급의 제너 다이오드를 선택하십시오. 5W 제너 다이오드도 최소입니다. 330nF 캐패시터를 완전히 제거하십시오. 만약 이것이 이것이 자기 펄스 방출 된 생각을 어떻게 다시 튜닝 할 것이라고 생각한다면 전류 펄스로 FET를 죽이기 때문에 다시 생각합니다. 아마도 1nF는 거의 살기 좋은 것일 것입니다. 모든 연결을 가능한 한 짧게하십시오-전선의 스트레이 인덕턴스 또한 킬러가 될 수 있으며 최소한 독특한 게이트 링 전압을 제공하지만 구동 능력이 불충분 한 FET 게이트 드라이버로 인해 발생할 수 있습니다. 드레인은 내부 기생 커패시턴스에 의해 게이트에 다시 연결되며 깨끗한 스위치 온 및 스위치 오프를 방지합니다.