MOSFET pecah setelah memasang bank kapasitor

Saya memiliki solenoida yang memiliki resistansi kumparan $0.3\Omega$ dan mempercepat proyektil baja di sini. Saya telah memposting skema di bawah ini.

Versi Normal yang bertindak sebagai kontrol

GPIO8 beralih ke 5V untuk mengaktifkan MOSFET dan mematikannya ketika proyektil terdeteksi dengan sensor optik. Dan itu bekerja dengan baik .

Selanjutnya, saya mencobanya dengan 10 supercapacitors yang terhubung secara seri. Saya menagihnya hingga 27 volt.

Versi 1

Ketika saya menyalakan sirkuit, ada percikan ketika saya menghubungkan ground kapasitor ke ground MOSFET. Sirkuit Gerbang dan Sumber seharusnya dibuka karena ketika saya pertama kali menghubungkannya, GPIO8 berada pada 0v.

Setelah beberapa pemecahan masalah, saya menemukan bahwa saya membunuh MOSFET.

Saya percaya ada 2 kemungkinan yang dimainkan. Pertama, adalah mungkin bahwa kapasitansi parasit pada MOSFET mungkin telah menyebabkan osilasi dan dengan demikian, lonjakan tegangan. Saya menambahkan R2 untuk menambah waktu jatuh sedikit dan dengan demikian, mengurangi muatan. Lihat videonya di sini (Lewati ke 4:00)

Tidak hanya kapasitansi parasit yang menyebabkan osilasi, tetapi faktor lain adalah saya benar-benar memiliki rangkaian RLC di sini. Beban saya adalah solenoid dan sumber daya saya adalah super kapasitor saya. Jadi saya menambahkan D2 sehingga tidak mulai bersepeda bolak-balik. Saya juga mengganti MOSFET dengan yang baru.

Versi # 2

Namun hal yang sama terjadi, GPIO8 berada di 0v sebelum saya menghubungkan kapasitor tetapi MOSFET menyelesaikan rangkaian dan pecah, kali ini tertangkap kamera .

Jadi di situlah saya sekarang. Kapasitor saya dibebankan ke 27V dan karena saya telah menambahkan komponen untuk menghilangkan osilasi, saya tidak dapat memikirkan hal lain. Menurut datasheet, tegangan kerusakan IRF3205 berada pada 55v dan saya jauh di bawah itu.

Ada ide cemerlang?

Tegangan drive gerbang Anda terlalu rendah. MOSFET itu perlu 10V untuk dihidupkan sepenuhnya. 5V nyaris tidak membersihkan ambang 4V ketika MOSFET baru saja mulai melakukan. JANGAN gunakan Vgsth jika Anda berniat menggunakan MOSFET Anda secara bergantian. Itu adalah tegangan yang baru saja mulai melakukan pada. Gunakan Vgs setidaknya setinggi yang digunakan untuk mendapatkan RDson yang diberikan. Vgsth adalah untuk menggunakan MOSFET sebagai perangkat linier / analog.

Menurut Gambar 1 di datasheet, dengan 5V melintasi sumber gerbang dan 27V di sumber saluran (saya mengabaikan resistensi solenoid karena turun tegangan yang relatif kecil), MOSFET jenuh pada 10A. Itu 270W sedang dihamburkan di MOSFET Anda.

Dan Gambar 1 di 25C. MOSFET Anda memanas saat melakukan semua ini yang membuatnya beroperasi lebih seperti pada Gambar 2 di mana saat ini semakin banyak yang dilakukan. Dalam hal ini jenuh pada 30A dengan penurunan 27V yang ~ 800W dari panas yang didisipasi.

Dengan resistensi termal persimpangan-ke-ambien yang terdaftar sebesar 62 C / W, itu merupakan kenaikan suhu masing-masing 17.000 dan 50.000 Celcius.

Juga, cari driver gerbang dan pertimbangkan apakah Anda memerlukannya atau tidak untuk MOSFET Anda atau jika secara langsung menggerakkan kapasitansi gerbang dari pin I / O piddly-low saat ini sudah cukup untuk aplikasi Anda.

$\mathrm{C_{oss}}$$\mathrm{C_{rss}}$$\mathrm{C_{oss}}$$\mathrm{C_{rss}}$$\mathrm{V_{ds}}$$\mathrm{V_{ds}}$

Jadi, saya percaya urutan kegagalan adalah sebagai berikut:

1. Awalnya tidak ada tegangan di MOSFET, sehingga nilai kapasitansi parasit beberapa nanofarad.
2. Anda menerapkan 27V, dengan serangkaian resistensi hanya 0,3 Ω (ditambah induktansi apa pun yang solenoid miliki; kita tidak tahu nomor itu).
3. Cukup banyak ampere yang mengalir ke MOSFET untuk mengisi kapasitor parasit tersebut. Ini untuk waktu yang sangat singkat, tetapi ini adalah nilai puncak saat ini yang sangat tinggi!
4. ... MOSFET meledak karena arus lonjakan yang tinggi.

Obat:

• $\mathrm{V_{ds}}$
• Tambahkan beberapa resistansi seri untuk membatasi arus maksimum yang dimungkinkan dari super-cap Anda.

EDIT Mode kegagalan lain terjadi pada saya:

1. Mirip seperti sebelumnya, tapi mari kita khawatir tentang kapasitansi gerbang-ke-tiriskan (masih beberapa nanofarad).
2. $\mathrm{C_{gd}}$
3. Arus melalui kapasitor gate-to-drain cukup mudah untuk memperkenalkan tegangan besar di resistor 20k yang menahan tegangan rendah.
4. MOSFET menyala, meledak karena arus lonjakan yang tinggi.

Hipotesis kedua ini mungkin merupakan hipotesis yang lebih mungkin. Seperti yang ditunjukkan DKNguyen, sirkuit Anda yang dibangun kemungkinan akan meledakkan MOSFET bahkan dalam operasi normal.

Seperti sebelumnya, solusi terbaik adalah menemukan cara untuk membatasi arus puncak.

Anda mungkin tidak mengemudi gerbang cukup keras. GPIO mungkin impedansi terlalu tinggi. Anda ingin memasukkan chip drive gate yang tepat yang menjalankan 12-15v. Anda bisa menggunakan regulator linier dari bus 27v Anda.

R2 hanya menyakiti Anda dengan membuat impedansi drive gerbang Anda lebih tinggi dalam kasus ini. Saya sarankan menurunkan nilainya menjadi 10 ohm.

Jika memungkinkan, mulailah tes Anda pada 1v dan lanjutkan, pastikan semuanya baik-baik saja. Anda akan menghemat banyak silikon dengan cara ini.

Dan tolong tempatkan balancing resistor di supercaps Anda. Saya tidak tahu apa kebocoran topi Anda, tetapi saya akan menebak bahwa 1k secara paralel dengan masing-masing tutup akan berada di sisi yang lebih aman jika Anda ingin mengisi daya ke tegangan maksimum.

Dengan risiko terdengar sembrono dengan biaya Anda, ada lelucon lama tentang seorang pasien yang menemui dokter:

Pasien: "Dokter, sakit ketika saya melakukan ini."

Dokter: "Baiklah, kalau begitu jangan lakukan itu."

Dalam hal ini, gantikan "sambungkan ground terakhir" untuk "lakukan ini".

Jangan lakukan itu.

Selalu menjaga halaman diikat bersama. Jika Anda harus menghubungkan dua sistem saat sedang beroperasi, selalu sambungkan ground terlebih dahulu, kemudian power, lalu garis kontrol - dan pastikan garis kontrol terlindungi sehingga menerapkan daya saat mereka mengambang tidak akan memberi Anda masalah.

Mengenai mode kegagalan spesifik Anda, Tn. Snrub mungkin benar, meskipun induktansi kumparan benar-benar harus bertindak sebagai pembatas inrush.

Jika Anda tertarik dengan sirkuit pembatas masuk, Texas Instruments membuat yang memiliki modul evaluasi pada Mouser di sini . Lembar data untuk TPS2491 memperhitungkan daya (cukup lucu) yang membatasi seri pass MOSFET (untuk memastikan hal ini tidak terjadi).

Saya tidak yakin apakah ini akan praktis untuk desain Anda atau tidak, tetapi cukup mudah untuk mencoba dan setidaknya mendapatkan momen a-ha untuk memahami apa yang terjadi pada MOSFET di sirkuit Anda. Semoga berhasil!