Apa yang membunuh MOSFET saya?

Ini adalah posting pertama saya di sini di stackexchange elektronik. Saya hobi dalam bidang elektronik, dan seorang profesional dalam pemrograman.

Saya bekerja pada sirkuit induktor untuk memanaskan benda kerja. Saya memiliki pengaturan yang berfungsi @ 12Vac. Singkatnya, saya memiliki elemen berikut di sirkuit:

• Mikrokontroler menghasilkan pulsa dengan DC 50% dengan catu dayanya sendiri, berbagi tanah dengan transformator yang menyalakan solenoid.
• 2 MOSFET (100Amps terus mengalirkan arus, 150Vds) pada sisi rendah untuk mengalihkan arah arus, melalui
• solenoid 3570 nH dengan 11 putaran, ~ Diameter 5cm, terbuat dari pipa tembaga dengan diameter 1 cm. (Berencana untuk menerapkan watercooling melalui koil beberapa waktu kemudian)
• transformator 230Vac ke 12Vac yang dapat memberikan hingga 35 Amps puncak, atau 20 Amps untuk sementara waktu.
• Driver MOSFET (TC4428A) untuk menggerakkan gerbang MOSFET
  • 10K resistor pada setiap Gerbang MOSFET ke Sumber.
  • Kapasitor keramik 1000pF pada setiap MOSFET Gerbang ke Sumber (untuk mengurangi dering di gerbang). Vpkpk adalah ~ 17Volts di gerbang

Sekarang sirkuit pendek ketika saya ingin menerapkan 48Vac ke sirkuit, dengan menggunakan mesin las, yang MOSFET akan mampu menangani (48Vac = ~ 68Vdc * 2 = ~~ 136Vpkpk). Tidak ada yang meledak, MOSFET dalam keadaan utuh. Tetapi hambatan antara pin MOSFET (Gerbang, Sumber, Tiriskan <-> Gerbang, Sumber, Tiriskan) semuanya 0 atau sangat rendah (<20 Ohm). Jadi mereka mogok.

Apa yang menyebabkan MOSFET saya rusak? Sulit untuk memeriksa rangkaian ketika komponen mati.

Peralatan saya hanya ada osiloskop dan mutlimeter.

Dering di Gates tanpa C2 dan C3, sementara solenoid tidak diaktifkan. Berbagi kesamaan dengan transformator. Kabel dari MCU ke driver TC4428A, katakanlah, 5cm. Dari pengemudi ke gerbang, kabelnya ~ 15cm. Apakah ini menyebabkan dering? kabel ~ 2mm yang digunakan dari driver TC4428A ke gerbang.

Dering snubbed pada gerbang dengan C2 dan C3, sementara solenoid tidak diaktifkan. Berbagi kesamaan. Terlihat jauh lebih baik daripada gambar pertama.

Dering di Gates saat solenoida diaktifkan. Mengapa dering meningkat ketika solenoid dinyalakan, dan bagaimana mencegah / memperkecilnya sambil mempertahankan kecepatan switching?

Pengukuran Sumber untuk Menguras dengan benda kerja di solenoid @ ~ 150Khz. Tampil pada gambar terakhir, jika sinyalnya bersih, akan menghasilkan Vpkpk ~ 41 Volt. Tetapi karena paku itu sekitar ~ 63 Volts.

Akankah 150% kelebihan / kekurangan Vpkpk menjadi masalah? Apakah ini menghasilkan (48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150% =) ~ 203Vpkpk? Bagaimana saya mengurangi kebisingan pada gelombang yang diukur pada Sumber -> Tiriskan?

EDIT Di sini saya memutus satu gerbang MOSFET dari pengemudi. CH1 adalah gerbang, CH2 adalah Drain dari MOSFET yang masih terhubung. Sekarang kedua gelombang terlihat baik-baik saja. Tidak / arus minimal mengalir di sini. Ketika saya menghubungkan kedua MOSFET ke driver, dan mengukur resistansi antara kedua Gates, dikatakan 24.2K Ohm. Mungkinkah itu jika satu MOSFET dihidupkan oleh driver TC4428A, yang entah bagaimana masih mengambil sinyal dari Gerbang MOSFET lain ketika dihidupkan oleh pengemudi? Apakah ide yang berarti untuk meletakkan dioda seperti itu Driver --->|---- Gateuntuk memastikan tidak ada suara? Lebih disukai dioda dengan drop tegangan rendah tentunya.

Dari pengemudi ke gerbang, kabelnya ~ 15cm. Apakah ini menyebabkan rining?

Hampir pasti, dan ini merupakan taruhan yang adil bahwa ini menghancurkan MOSFET Anda, oleh satu atau lebih dari mekanisme ini:

1. $V_{G(max)}$
2. $V_{DS(max)}$
3. overheating sederhana karena switching lambat dan konduksi yang tidak diinginkan

# 3 seharusnya cukup jelas ketika itu terjadi, tetapi dua lainnya mungkin sulit untuk dilihat, karena mereka adalah kondisi sementara yang mungkin terlalu singkat untuk terlihat pada ruang lingkup.

C2 dan C3 tidak mengurangi deringan. Anda mendapatkan dering di gerbang karena kapasitansi gerbang MOSFET (dan C2, C3 yang menambahnya) ditambah induktansi yang dibentuk oleh loop kawat melalui driver dan sumber gerbang MOSFET membentuk sirkuit LC . Dering disebabkan oleh energi yang memantul antara kapasitansi dan induktansi ini.

Anda harus menempatkan pengemudi benar-benar sedekat mungkin ke MOSFET. 1cm sudah menjadi terlalu lama. Tidak hanya induktansi yang diciptakan oleh jejak panjang ke gerbang menyebabkan dering, tetapi membatasi kecepatan switching Anda, yang berarti lebih banyak kerugian dalam transistor. Ini karena laju perubahan arus dibatasi oleh induktansi :

$v$$L$

Selain menempatkan driver gerbang dekat dengan MOSFET, Anda ingin meminimalkan area loop dari jalur yang saat ini harus melewati gerbang:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Induktansi sebanding dengan area yang diilustrasikan.

Induktansi membatasi kecepatan switching, dan juga membatasi seberapa baik driver gerbang dapat menahan MOSFET. Ketika voltase drain pada MOSFET yang baru saja dimatikan berubah (karena MOSFET lainnya menyala, dan induktansi timbal balik dari kumparan), pengemudi gerbang harus sumber atau tenggelam arus sebagai kapasitansi internal dari pengisian atau pengosongan MOSFET. Berikut ini ilustrasi dari Penyearah Internasional - Dasar-Dasar Power MOSFET :

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$

Induktansi ini juga dapat digabungkan secara magnetis ke induktansi lain, seperti kumparan solenoida Anda. Sebagai fluks magnet melalui perubahan loop, tegangan diinduksi ( hukum induksi Faraday ). Minimalkan induktansi, dan Anda akan meminimalkan tegangan ini.

Singkirkan C2 dan C3. Jika Anda masih perlu mengurangi deringan setelah memperbaiki tata letak Anda, lakukan itu dengan menambahkan resistor secara seri dengan gerbang, di antara gerbang dan driver gerbang. Ini akan menyerap energi yang memantul di sekitar yang menyebabkan dering. Tentu saja, itu juga akan membatasi arus gerbang, dan dengan demikian kecepatan switching Anda, jadi Anda tidak ingin hambatan ini menjadi lebih besar dari yang diperlukan.

Anda juga dapat memotong resistor yang ditambahkan dengan dioda, atau dengan transistor, agar turn-off lebih cepat daripada turn-on. Jadi, salah satu opsi ini (tetapi hanya jika perlu; itu lebih disukai untuk hanya menghilangkan sumber dering):

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Terutama dalam kasus terakhir dengan Q3, Anda pada dasarnya telah mengimplementasikan setengah dari driver gerbang, sehingga masalah yang sama untuk menjaga jejak tetap pendek dan area loop kecil berlaku.

Untuk benar menjepit tegangan pada saluran FET ke nilai yang masuk akal pertimbangkan ini: -

Operasi alami dari dua kumparan (jika ada kopling magnetik yang signifikan antara kedua kumparan) adalah untuk menghasilkan dua kali tegangan suplai pada setiap saluran pada siklus alternatif.

Ini seperti melihat-lihat dengan titik tengah (Vs) tidak bergerak. Tarik satu setengah ke bawah dan yang lainnya naik melalui aksi transformator.

Ini secara alami berarti FET harus diberi peringkat setidaknya dua kali tegangan suplai atau hal-hal akan menggoreng. Karena kopling tidak sempurna dioda zener akan menangkap apa pun di atas dua kali Vsupply.

Rekomendasi - pilih FET yang diberi nilai pada tegangan suplai 3 x dan dioda zener terukur pada tegangan suplai. 5W dioda zener sebagai minimum juga. Singkirkan kapasitor 330nF sepenuhnya - jika Anda berpikir ini akan menyetel magnet yang dipancarkan, pikirkan lagi karena hanya membunuh FET dengan pulsa saat ini. Mungkin 1nF hanya tentang layak huni. Dapatkan semua koneksi sependek mungkin - induktansi menyimpang di kabel juga bisa menjadi pembunuh dan setidaknya memberikan tegangan dering gerbang aneh meskipun, kemungkinan bahwa ini disebabkan oleh driver gerbang FET dengan kemampuan drive yang tidak mencukupi - pada dasarnya tegangan pada tiriskan digabungkan kembali ke gerbang oleh kapasitansi parasit internal dan mencegah switch-on dan switch-off yang bersih.