Qu'est-ce qui tue mes MOSFET

Ceci est mon premier article sur l'électronique stackexchange. Je suis un amateur de l'électronique et un professionnel de la programmation.

Je travaille sur un circuit inducteur pour chauffer une pièce. J'ai une configuration fonctionnelle @ 12Vac. Bref j'ai les éléments suivants dans le circuit:

• Microcontrôleur pour générer des impulsions avec un courant continu de 50% avec sa propre alimentation, partageant la terre avec le transformateur alimentant le solénoïde.
• 2 MOSFET (100Amps continue le courant de drain, 150Vds) sur le côté bas pour changer la direction du courant, à travers
• un solénoïde 3570 nH de 11 tours, ~ 5 cm de diamètre, en tube de cuivre de 1 cm de diamètre. (Prévoir d'appliquer le watercooling à travers la bobine un peu plus tard)
• un transformateur de 230 Vca à 12 Vca pouvant délivrer jusqu'à 35 ampères crêtes, ou 20 ampères pendant un certain temps.
• Un pilote MOSFET (TC4428A) pour piloter les portes des MOSFET
  • une résistance de 10K sur chaque MOSFET Gate to Source.
  • Condensateur céramique de 1000pF sur chaque MOSFET Gate to Source (pour réduire les sonneries sur les grilles). Vpkpk est ~ 17Volts sur les portes

Maintenant, le circuit court-circuite quand je veux appliquer 48 Vca au circuit, en utilisant une machine à souder, que les MOSFET seraient capables de gérer (48 Vca = ~ 68 Vcc * 2 = ~~ 136 Vpkpk). Rien n'explose, les MOSFET sont d'un seul tenant. Mais la résistance entre les broches des MOSFETS (Gate, Source, Drain <-> Gate, Source, Drain) sont toutes 0 ou très faibles (<20Ohms). Alors ils sont tombés en panne.

Qu'est-ce qui a causé la panne de mes MOSFET? Il est difficile d'examiner le circuit lorsque les composants meurent.

Mon équipement existe uniquement d'un osscilloscope et d'un mutlimètre.

Sonnerie sur les portes sans C2 et C3, alors que le solénoïde n'était pas alimenté. Partager la terre commune avec le transformateur. Les fils du MCU au pilote TC4428A mesurent, par exemple, 5 cm. Du conducteur aux portes, les fils mesurent environ 15 cm. Cela fait-il sonner? ces fils ~ 2 mm étaient utilisés entre le pilote TC4428A et les portes.

Sonnerie snobée sur les portes avec C2 et C3, alors que le solénoïde n'était pas alimenté. Partager un terrain d'entente. Ressemble beaucoup mieux que la première image.

Sonnerie sur les portes alors que le solénoïde était alimenté. Pourquoi la sonnerie augmente-t-elle lorsque le solénoïde est sous tension et comment l'empêcher / le minimiser tout en maintenant la vitesse de commutation?

Mesure sur la source à drainer avec la pièce à travailler dans le solénoïde @ ~ 150Khz. Montré dans la dernière image, si le signal était propre, cela donnerait un Vpkpk de ~ 41 Volt. Mais en raison des pointes, il est d'environ ~ 63 Volts.

Serait-ce le dernier problème de Vpkpk sur / underhoort à 150%? Cela entraînerait-il un (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Comment pourrais-je réduire le bruit sur les ondes mesurées sur la source -> drain?

EDIT Ici, j'ai déconnecté une porte MOSFET du pilote. CH1 est la porte, CH2 est le drain du MOSFET qui était encore connecté. Maintenant, les deux vagues semblent bien. Aucun courant / minimal ne circulait ici. Lorsque je connecte les deux MOSFET au pilote et que je mesure la résistance entre les deux portes, cela indique 24,2K Ohm. Se pourrait-il que si un MOSFET est désactivé par le pilote TC4428A, qu'il capte toujours un signal de l'autre porte MOSFET lorsqu'il est activé par le pilote? Est-ce une bonne idée de mettre une diode comme ça Driver --->|---- Gatepour s'assurer qu'il n'y a pas de bruit? De préférence une diode à faible chute de tension bien sûr.

Du conducteur aux portes, les fils mesurent environ 15 cm. Cela provoque-t-il un rining?

Presque certainement, et il y a fort à parier que cela détruit vos MOSFET, par un ou plusieurs de ces mécanismes:

1. $V_{G(max)}$
2. $V_{DS(max)}$
3. surchauffe simple due à une commutation lente et à une conduction involontaire

# 3 devrait être assez évident quand cela se produit, mais les deux autres peuvent être difficiles à voir, car ce sont des conditions transitoires qui peuvent être trop brèves pour être visibles sur la portée.

C2 et C3 ne diminuent pas la sonnerie. Vous obtenez sonner sur les portes parce que la capacité de la porte MOSFET (et C2, C3 qui s'ajoutent à elle) plus l'inductance formée par la boucle de fil à travers le pilote et la source-porte MOSFET forment un circuit LC . La sonnerie est causée par un rebond d'énergie entre cette capacité et cette inductance.

Vous devez placer le pilote le plus près possible des MOSFETS. 1cm devient déjà trop long. Non seulement l'inductance créée par la longue trace jusqu'à la grille provoque une sonnerie, mais elle limite votre vitesse de commutation, ce qui signifie plus de pertes dans les transistors. En effet, le taux de variation du courant est limité par l' inductance :

$v$$L$

En plus de placer le pilote de porte à proximité des MOSFET, vous souhaitez minimiser la zone de boucle du chemin que le courant traversant la porte doit prendre:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

L'inductance est proportionnelle à la zone illustrée.

L'inductance limite la vitesse de commutation et limite également la capacité du conducteur de porte à tenir le MOSFET hors tension. Comme la tension de drain sur le MOSFET qui vient de s'éteindre change (en raison de la mise sous tension de l'autre MOSFET et de l'inductance mutuelle des bobines), le pilote de grille doit fournir ou absorber du courant en tant que capacités internes de la charge ou de la décharge du MOSFET. Voici une illustration de International Rectifier - Bases du MOSFET de puissance :

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$

Cette inductance peut également être couplée magnétiquement à d'autres inductances, comme vos bobines de solénoïde. À mesure que le flux magnétique à travers la boucle change, une tension est induite ( loi d'induction de Faraday ). Minimisez l'inductance et vous minimiserez cette tension.

Débarrassez-vous de C2 et C3. Si vous devez toujours réduire la sonnerie après avoir amélioré votre disposition, faites-le en ajoutant une résistance en série avec la porte, entre la porte et le pilote de porte. Cela absorbera l'énergie qui rebondit autour qui provoque la sonnerie. Bien sûr, cela limitera également le courant de grille, et donc votre vitesse de commutation, vous ne voulez donc pas que cette résistance soit plus grande que ce qui est absolument nécessaire.

Vous pouvez également contourner la résistance ajoutée avec une diode ou un transistor pour permettre une mise hors tension plus rapide que la mise sous tension. Donc, une de ces options (mais seulement si nécessaire; il est de loin préférable d'éliminer simplement la source de la sonnerie):

^{simuler ce circuit}

Surtout dans le dernier cas avec Q3, vous avez essentiellement implémenté la moitié d'un pilote de porte, donc les mêmes préoccupations de garder la trace courte et la zone de boucle petite s'appliquent.

Pour fixer correctement les tensions sur les drains FET à une valeur raisonnable, considérez ceci: -

Le fonctionnement naturel des deux bobines (s'il y a un couplage magnétique significatif entre les deux moitiés de bobine) consiste à produire deux fois la tension d'alimentation sur chaque drain sur des cycles alternés.

C'est comme une balançoire dont le point médian (Vs) ne bouge pas. Tirez une moitié vers le bas et l'autre monte grâce à l'action du transformateur.

Cela signifie naturellement que les transistors à effet de champ doivent être évalués au moins au double de la tension d'alimentation, sinon les choses vont frire. Parce que le couplage n'est pas parfait, les diodes zener attraperont tout ce qui dépasse deux fois Vsupply.

Recommandations - choisissez des transistors FET à 3 x tension d'alimentation et des diodes zener à tension d'alimentation. Des diodes zener 5W au minimum aussi. Débarrassez-vous complètement du condensateur 330nF - si vous pensez que cela va en quelque sorte régler le champ magnétique émis, détrompez-vous, car il tue les FET avec une impulsion de courant. Peut-être que 1nF est à peu près habitable avec. Obtenez toutes les connexions aussi courtes que possible - l'inductance parasite dans les fils peut également être un tueur et à tout le moins donner ces tensions de sonnerie de porte particulières bien que, il est probable qu'elles soient causées par des pilotes de porte FET avec des capacités d'entraînement insuffisantes - en effet, la tension sur le drain est couplé à la grille par une capacité parasite interne et empêche une mise en marche et un arrêt propres.