Электротранспорт

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Расширенный поиск    

Новости:

Страницы: 1234>>ВсеВниз

Автор Тема: Миллион способов убить мощный полевой транзистор (MOSFET)  (Прочитано 1066 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Созднание темы навеяно моей темой по созданию  контроллера для бесколлекторника
а так же экспериментом на неубиваемость Проект Сивка-Бурка
Давайте обсудим причины отказа ключа. Из многодневных чтений теорий, даташитов, апнотов мне удалось лишь сделать вывод, что убить мосфет можно только превышением температуры кристалла или отдельной его части.
- Превышением тока на открытом канале ми попросту перегреваем кристалл омическим теплом - это понятно, но современные мощные кристалы держат ток гораздо больший, чем выводы некоторых корпусов транзисторов. ТО220, к примеру. Тепловая зависимость сопротивления от температуры положительная, а значит тепло распределится равномерно по кристаллу. Более горячие области будут проводить хуже, а поэтому меньше греться.
- Превышением напряжения на ключе выше допустимого  на 10-30% мы заставляем его приоткрыться, и тогда тепло будет равно произведению напряжения на кристалле и тока через него. При повышении температуры напряжения лавинного пробоя увеличивается в полевиков, что так же уравняет тепло по площади кристалла.
- Линейный (активный) режим полуоткрытого транзистора имеет отрицательную составляющую. В линейном режиме напряжение на затворе для полуоткрывания падает с повышением температуры, по этому более горячие области кристалла открываются больше холодных, что приводит к локальному перегреву и температурному пробою. Не все полевыки рассчитаны на работу в активном режиме. Об этом в даташитах явно не указано, но в этом режиме тепловая мощность кристалла, которую он сможет отдать в подложку гораздо меньше, чем в остальных режимах.

Теперь собственно повторю вопрос первый, он же главный: каким образом мне удалось убить (несколько раз) полевики ирфб4110, разрядив ими конденсатор LowESR 220мкФ с напряжением 80В через себя (открылись оба плеча полумоста - сквозной ток). При этом иногда вылетали оба ключа в полумосте, хотя один из их был открытым. По питаню был только конденсатор. Подпитка из вне не подавалась. К затвору-истоку непосредственно на каждом ключе запаяны супрессоры на 15В, по этому пробой затвора исключен теоретически.

Второй вопрос - почему на видео со второй ссылки ничего плохого не случилось при работе на КЗ? Ведь в те моменты транзстор работал в режиме ШИМ, и пиковые мощности на кристалле там гораздо больше должны быть, так как конденсаторов побольше + батарея. По периоду "искрения" понятно, что срабатывала защита по аварийному току, но она ведь не мгновенная (ОУ, дравер, время запирания ключа). Видно, что не просто искры, а с оплавлением и разбрызгиванием металла.

alayf78

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +115/-13
  • :
    531
    527
  • Сообщений: 4577
  • Никольск-Москва
  • У каждой проблемы есть Фамилия. Имя. Отчество
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
проблема в скорости закрытия затвора и фронтах.  в свое время была помнится подобная проблема у Леши FAS-R7 с 18 фетным инфинеоном,от Andreym .   
проблема была в том,что он постоянно,раз в две три недели бахал.    потом оказалось что блок питания затворов плохо работал,и происходил лавинный пробой даже 4468 фетов.  т е марка фетов не влияла на бах.
  в обычных фетах  макс напряжение в районе 20в. я поставил логические,там макс 16 в. а питание оставил 12в  но открываются они при 4в уже 100% тогда как первые при 7 в.
 при плохих драйверах просадка(разность между питанием драйверов и тем что доходит до затвора )напряжения большая(то что доходит до затвора) но если фет низкоуровневый,то ему хватит для уверенной работы все равно. 
 это как бы одна из проблем,которая препятствует счастливой жизни контроллера в режиме кз по выходу,а именно нестабильная работа драйверов и броски напряжений в схеме управления фетами.

фет работает в импульсном режиме,и если вы им уверенно управляете,то выходные импульсные характеристики  по даташитам очень велики,в импульсе 500-600а на фет может быть. при недооткрытии или недозакрытии  понятно,что сразу случится .  постоянный ток конечно по таким тонким ногам не пропустишь,а вот импульсный вполне можно



« Последнее редактирование: 19 Окт 2016 в 15:27 от alayf78 »

Скорость,Дальность,Дизайн,Цена. Выбери только три

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Если взглянуть на график

* SOA_4110.PNG (23.43 кБ. 360x365 - просмотрено 240 раз.)

То за 100мс допустимый ток 20-30А при напряжении 80В. А у меня время полного переключения меньше 1мс. То есть, кристалл своей инерцией схавает ток на два порядка больше.

Вот осицлограмма на затворе ШИМящего ключа.

* H3.gif (17.99 кБ. 505x285 - просмотрено 24 раз.)


То есть он сгорел не при переключении.
Постоянная времени кондера 220мкф и 0,19Ом = 41,8мкс. То есть за это время ток КЗ упадет (80В) с 420 до 155А, а еще за такое время до 57А, а потом еще до 21А и так далее.  То естть за 130мкс с 420 до 20 Ампер. А по первому графику видно, за 100мкс только 30А. Но это касается времени переключения 100мкс, а не продолжительности имульса. А переключение у меня быстрое. То есть теоретически, большая часть энергии (в 40 раз больше) должна была поглотиться сопротивлением конденсатора.

Timber

  • Наш человек
  • ***
  • Репутация:
    +3/-2
  • :
    23
    79
  • Сообщений: 265
  • Ездю на батарейках!
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Опишите пожалуйста подробнее разводку/положение элементов и на что и как подавалось напряжение в момент пробоя. На управлении тоже пропадало напряжение? Сможете ли снять осциллограмму переходных процессов при пропаданиии напряжения на управляющей части?

UPD
Поправте мс на мкс :kidding:

all_bud

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +19/-0
  • :
    34
    75
  • Сообщений: 1027
  • Тольятти
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
, ваш пологий график импульса открытия , если сделать круче, то проблема частично решится. есчо важна форма самого сигнала. он должен быть чист как слеза ребенка до входа в драйвер и после выхода на затвор ключа. Сила тока сигнала должна быть достаточной для мгновенной зарядки затвора.
,
Скрытый текст
Я пользуюсь вот такой методой (подсмотрел на просторах инета)
 "Предлагается вашему вниманию две методики расчета сопротивления цепи затвора (емкость затвора транзистора IRF3808 составляет C=5300 pF, время включения транзистора t=100 ns):
1. Заряд конденсатора характеризуется постоянной времени заряда, то есть это время, за кото-
    рое конденсатор зарядится до уровня 0,63% от напряжения питания.
    t = RxC. Определим из нее резистор. 100ns = Rx5300pf. Следовательно R = 18,86 Om. Ток,     
    протекающий по цепи заряда, будет определяться как I = ( Uп - Uс)/R. В начальный момент,   
    когда уровень заряда конденсатора равен нулю, ток в цепи будет максимален. Отсюда Iмакс =
   10 / 18,86 = 0,53 А. Общий ток в нашей схеме из 6 транзисторов  равен 6*0,53 = 3 А.
   Если учесть, что реальный переходной процесс заряда равен 3 - 4 постоянным времени, то
   Значение резистора можно уменьшить до 6 Ом. В общем практически резистор  будет от
    20 Ом до 6 Ом."(С)

Строить е-байки, это вам не "байки" на форуме строчить.
Мой байк http://electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,13368.0.html
Мой контроллер http://electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,17507.0.html

alayf78

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +115/-13
  • :
    531
    527
  • Сообщений: 4577
  • Никольск-Москва
  • У каждой проблемы есть Фамилия. Имя. Отчество
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
а что говорит даташит по вашим фетам по максимальному импульсному току сток-исток? не был ли он превышен,вот в чем вопрос.  в моем случае это больше килоампера должно быть как минимум,для пробоя.  ну и управление закрыт-открыт должно быть как можно более резким, при этом ток драйвера может быть большим

Скорость,Дальность,Дизайн,Цена. Выбери только три

Timber

  • Наш человек
  • ***
  • Репутация:
    +3/-2
  • :
    23
    79
  • Сообщений: 265
  • Ездю на батарейках!
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
1. Некорректно рассматривать затвор только как конденсатор. Нужно рассчитывать ток/резистор/напряжения исходя из полного заряда затвора(указывается в кулонах).
2. Самая важная часть - нарастание напряжение от порогового до напряжения насыщения. Ниже - транзистор не открылся и ток не течет, выше - транзистор уже открылся и дальнейшее повышение напряжения почти не влияет.

Простая методика - зная полный заряд затвора и необходимое время включения - находим ток. Зная его и напряжение - находим величину попротивления.

Кстати о выбивании - может быть открывается один транзистор, через него протекает ток, заряжая емкость второго и через емкость Миллера открывает второй транзистор.

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
, транзисторы включены один к одному (сток одного к истоку второго) непосредствено, ноги укорочены и напаяны "внахлест". Сразу же на ключах непосредственно к ногам - конденсатор. На управлении питание было, снял питание силовой части, оставив заряд конденсатора только. сделал сквозняк на 50% сознательно - на попробывать)  По всем рассчетам дожно было держать.

п.с. на контроллере для коллекторника я экспериментально затягвал фронты, ставив в затворы резисторы по 1кОм, под нагрузкой в пару десятков ампер грелись сильно вплоть до плавнения припоя, но оставались живы)

, график пологий относительно, 1мкс  на затворе это не очень много, а реальное переключение (сток-исток) более резкое. У меня резюки 11Ом. Постоянная времени (11+1,3)Ом*9600пФ = 118нс. При 80В чуток емкость миллера повлияла.

, импульсный ток 670А. У меня 4 впараллель, это более 2,5кА! Драйвер 4А дает, по амперу на ключ.

Добавлено 19 Окт 2016 в 17:49
Кстати о выбивании - может быть открывается один транзистор, через него протекает ток, заряжая емкость второго и через емкость Миллера открывает второй транзистор.
я бы это заметил осцилографом. На противоположном от ШИМящего ключа все чисто (доли вольта), в т.ч. под нагрузкой.

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Добавлю еще две осцилограммы. Мерил на фазных проводах.
5мкс/дел

* phase5us-2.PNG (9.98 кБ. 505x285 - просмотрено 24 раз.)


10мс/дел (чисто для наглядности)

* phase10ms.gif (39.37 кБ. 505x285 - просмотрено 22 раз.)
« Последнее редактирование: 19 Окт 2016 в 18:45 от mr.Dream »

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
И так, проведен эксперимент. Взят отдельный транзистор, на затвор подано 10В (припаян конденсатор на 100 мкф). между стоком и истоком подавал напряжения и ток разряда конденсатор 10000мкФ с напряжением 80В. Чесно говоря, страшно было его коротить - звук громкий и искры во все стороны. Сделал два разряда - один в прямую, второй в обратную сторону.
Ключ выжил! Теперь я еще больше в заблуждении.

Timber

  • Наш человек
  • ***
  • Репутация:
    +3/-2
  • :
    23
    79
  • Сообщений: 265
  • Ездю на батарейках!
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Опыт подтвердил, что в полумосте транзисторы гибли не от превышения температуры кристалла или превышения тока   :-)

all_bud

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +19/-0
  • :
    34
    75
  • Сообщений: 1027
  • Тольятти
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
интересны осцилограммы на затворе ключа, как верхнего так и нижнего, а также осцилограмма ШИМ сигнала

Строить е-байки, это вам не "байки" на форуме строчить.
Мой байк http://electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,13368.0.html
Мой контроллер http://electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,17507.0.html

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
, я их выкладывал. третье сообщение сверху - на затворе верхнего (ШИМ), выход фазный на нагрузку - чуть ниже.

alayf78

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +115/-13
  • :
    531
    527
  • Сообщений: 4577
  • Никольск-Москва
  • У каждой проблемы есть Фамилия. Имя. Отчество
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
тайна в управлении таки.  в моем опыте контроллер аж подпрыгивает,что говорит о диких наводках. эти наводки влияют на управление. у меня в контроллере резисторы стояли на затворах,я их убрал. с ними может бахнуть

Скорость,Дальность,Дизайн,Цена. Выбери только три

Timber

  • Наш человек
  • ***
  • Репутация:
    +3/-2
  • :
    23
    79
  • Сообщений: 265
  • Ездю на батарейках!
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Резисторы нужны для ограничения скорости, если сам драйвер может обеспечить высокий ток. Если же драйвер не может дать большой ток - резисторы вроде можно и не ставить, но это чревато выгоранием драйвера при КЗ транзистора.
UPD
Да и вообще без резисторов - это не по фен-шую :-D

alayf78

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +115/-13
  • :
    531
    527
  • Сообщений: 4577
  • Никольск-Москва
  • У каждой проблемы есть Фамилия. Имя. Отчество
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
я не люблю ремонт контроллера. по этому пусть лучше не бахает. а для этого надо создать все условия. ну а уж если бахнул,то в утиль :-D     он это знает,и героически держится до последнего,как солдат за родину в атаку на кз идет и побеждает.

опыт с конденсатором показывает,что феты способны на больше чем обычно,а значит надо их стимулировать работать на всю катушку.
« Последнее редактирование: 20 Окт 2016 в 17:03 от alayf78 »

Скорость,Дальность,Дизайн,Цена. Выбери только три

mr.Dream

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +103/-1
  • :
    123
    427
  • Сообщений: 1994
  • Ternopil, Ukraine
  • Ездю на лифере :)
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
ну... без резисторов в затворах ситуация может усугубиться - начнется высокочастотный колебательный процесс через емкость затвора и индуктивность проводников, что выведет в линейный режим. Как я писал, у меня при запараллеливании затворов фонил усилитель)

alayf78

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +115/-13
  • :
    531
    527
  • Сообщений: 4577
  • Никольск-Москва
  • У каждой проблемы есть Фамилия. Имя. Отчество
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
а вот тут есть прямое влияние того как сделана разводка платы. и в моем случае  эффект вч отсутствует

Скорость,Дальность,Дизайн,Цена. Выбери только три
Страницы: 1234>>ВсеВверх