Der MOSFET brach nach dem Anschließen der Kondensatorbank

Ich habe einen Magneten, der einen Spulenwiderstand von $0.3\Omega$ und hier ein Stahlprojektil beschleunigt. Ich habe die Schaltpläne unten gepostet.

Normale Version, die als Kontrolle dient

Der GPIO8 schaltet den MOSFET auf 5 V ein und aus, wenn das Projektil mit dem optischen Sensor erkannt wird. Und es funktioniert gut .

Als nächstes habe ich es mit 10 Superkondensatoren versucht, die in Reihe geschaltet sind. Ich habe es auf 27 Volt aufgeladen.

Version 1

Als ich die Schaltung einschaltete, gab es einen Funken, als ich die Kondensatormasse mit der Masse des MOSFET verband. Der Gate- und Source-Stromkreis sollte geöffnet sein, da GPIO8 beim ersten Anschließen auf 0 V steht.

Nach einiger Fehlerbehebung stellte ich fest, dass ich den MOSFET getötet habe.

Ich glaube, es gibt zwei Möglichkeiten. Erstens ist es möglich, dass die parasitäre Kapazität am MOSFET eine Schwingung und damit eine Spannungsspitze verursacht hat. Ich habe R2 hinzugefügt, um die Abfallzeit leicht zu erhöhen und damit die Ladung zu reduzieren. Sehen Sie das Video hier (Springe zu 4:00)

Die parasitäre Kapazität verursacht nicht nur eine Schwingung, sondern ein weiterer Faktor ist auch, dass ich hier tatsächlich eine RLC-Schaltung habe. Meine Last ist ein Magnet und meine Stromquelle sind meine Superkondensatoren. Daher habe ich D2 hinzugefügt, damit es nicht hin und her fährt. Ich habe auch den MOSFET durch einen neuen ersetzt.

Version 2

Und doch passierte dasselbe: GPIO8 ist auf 0 V, bevor ich den Kondensator angeschlossen habe, aber der MOSFET hat die Schaltung trotzdem abgeschlossen und ist unterbrochen, diesmal wird er vor der Kamera gefangen .

Dort bin ich jetzt. Mein Kondensator ist auf 27 V aufgeladen, und da ich die Komponenten hinzugefügt habe, um Schwingungen zu beseitigen, fällt mir nichts anderes ein. Laut Datenblatt liegt die Durchbruchspannung des IRF3205 bei 55 V und ich bin weit darunter.

Irgendwelche guten Ideen?

Ihre Gate-Ansteuerspannung ist zu niedrig. Dieser MOSFET benötigt 10 V, um vollständig eingeschaltet zu werden. 5 V löschen kaum die 4 V-Schwelle, wenn der MOSFET gerade erst anfängt zu leiten. Verwenden Sie das Vgsth NICHT, wenn Sie Ihren MOSFET an einem Schalter verwenden möchten. Das ist die Spannung, bei der es gerade erst anfängt zu leiten. Verwenden Sie ein Vgs, das mindestens so hoch ist wie das, mit dem der angegebene RDson erhalten wurde. Das Vgsth dient zur Verwendung des MOSFET als lineares / analoges Gerät.

Gemäß Abbildung 1 im Datenblatt ist der MOSFET mit 5 V an der Gate-Source und 27 V an der Drain-Source (ich ignoriere den Magnetwiderstand, da er relativ wenig Spannung abfällt) bei 10 A gesättigt. Das sind 270 W, die in Ihrem MOSFET abgeführt werden.

Und Abbildung 1 ist bei 25 ° C. Ihr MOSFET heizt sich dabei auf, wodurch er mehr wie in Abbildung 2 arbeitet, wo noch mehr Strom geleitet wird. In diesem Fall ist es bei 30 A gesättigt, wobei ein Abfall von 27 V ~ 800 W Wärme abgeführt wird.

Bei einem aufgeführten Wärmewiderstand zwischen Übergang und Umgebung von 62 C / W entspricht dies einem Temperaturanstieg von 17.000 bzw. 50.000 Grad Celsius.

Suchen Sie auch nach Gate-Treibern und prüfen Sie, ob Sie einen für Ihren MOSFET benötigen oder nicht oder ob die direkte Ansteuerung der Gate-Kapazität von einem kleinen E / A-Pin mit geringem Strom für Ihre Anwendung ausreicht.

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

Ich glaube also, dass die Fehlerfolge wie folgt lautet:

1. Anfangs liegt keine Spannung am MOSFET an, daher betragen die parasitären Kapazitätswerte einige Nanofarad.
2. Sie legen 27 V mit einem Serienwiderstand von nur 0,3 Ω an (zuzüglich der Induktivität des Magneten; diese Zahl kennen wir nicht).
3. Nicht wenige Ampere fließen in diesen MOSFET, um diese parasitären Kondensatoren aufzuladen. Es ist für eine sehr kurze Zeit, aber es ist ein sehr hoher Spitzenstromwert!
4. ... MOSFET explodiert aufgrund hohen Stoßstroms.

Heilmittel:

• $\mathrm{V_{ds}}$
• Fügen Sie einen Serienwiderstand hinzu, um den maximal möglichen Strom aus Ihrer Superkappe zu begrenzen.

BEARBEITEN Ein anderer Fehlermodus ist mir gerade eingefallen:

1. Ähnlich wie zuvor, aber machen wir uns nur Gedanken über die Gate-Drain-Kapazität (immer noch ein paar Nanofarad).
2. $\mathrm{C_{gd}}$
3. Der Strom durch diesen Gate-Drain-Kondensator reicht leicht aus, um eine große Spannung an den 20-k-Widerstand anzulegen, der die Spannung niedrig hielt.
4. MOSFET schaltet sich ein und explodiert aufgrund eines hohen Stoßstroms.

Diese zweite Hypothese ist wahrscheinlich die wahrscheinlichere Hypothese. Wie DKNguyen betont, wird Ihre konstruierte Schaltung den MOSFET wahrscheinlich auch im normalen Betrieb in die Luft jagen.

Nach wie vor besteht die beste Lösung darin, einen Weg zu finden, um den Spitzenstrom zu begrenzen.

Sie fahren das Tor wahrscheinlich nicht hart genug. Der GPIO ist wahrscheinlich zu hochohmig. Sie möchten einen geeigneten Gate-Treiber-Chip mit 12-15 V einbauen. Sie können einfach einen Linearregler an Ihrem 27-V-Bus verwenden.

R2 verletzt Sie nur, indem Sie in diesem Fall die Impedanz Ihres Gate-Treibers erhöhen. Ich schlage vor, den Wert auf 10 Ohm zu senken.

Wenn möglich, starten Sie Ihre Tests bei 1 V und arbeiten Sie sich nach oben, um sicherzustellen, dass alles in Ordnung ist. Auf diese Weise sparen Sie viel Silizium.

Und bitte legen Sie Ausgleichswiderstände über Ihre Superkappen. Ich weiß nicht, wie groß die Leckage Ihrer Kappen ist, aber ich würde vermuten, dass 1k parallel zu jeder Kappe sicherer ist, wenn Sie sie auf maximale Spannung aufladen möchten.

Auf die Gefahr hin, auf Ihre Kosten leichtfertig zu klingen, gibt es einen alten Witz über einen Patienten, der einen Arzt aufsucht:

Patient: "Doktor, es tut weh, wenn ich das mache."

Doktor: Nun, dann tu es nicht.

In diesem Fall ersetzen Sie "tun Sie dies" durch "Verbinden Sie die Masse zuletzt".

Tu es nicht.

Halten Sie die Gründe immer zusammen. Wenn Sie zwei Systeme verbinden müssen, während sie in Betrieb sind, schließen Sie immer zuerst die Erdung, dann die Stromversorgung und dann die Steuerleitungen an - und stellen Sie sicher, dass die Steuerleitungen geschützt sind, damit Sie keine Probleme haben, wenn Sie im schwebenden Zustand Strom anlegen.

In Bezug auf Ihren spezifischen Fehlermodus ist Herr Snrub wahrscheinlich richtig, obwohl die Induktivität der Spule eigentlich als Einschaltbegrenzer fungieren sollte.

Wenn Sie in einer Einschaltstrom - Begrenzerschaltung interessiert sind, macht Texas Instruments ein , das ein Auswertungsmodul auf Mouser hat hier . Das Datenblatt für den TPS2491 berücksichtigt (lustig genug) Leistungsbegrenzung MOSFET (um sicherzustellen, dass genau dies nicht passiert).

Ich bin mir nicht sicher, ob dies für Ihr Design praktisch ist oder nicht, aber es ist einfach genug zu versuchen, zumindest einen Moment Zeit zu haben, um zu verstehen, was mit dem MOSFET in Ihrer Schaltung geschieht. Viel Glück!