Миллион способов убить мощный полевой транзистор (MOSFET)

[mr.Dream]

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]

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

[mr.Dream]

Если взглянуть на график

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.


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]

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

[all_bud]

[user]mr.Dream[/user], 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.
,

Спойлер

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)

[alayf78]

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

[Timber]

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]

[user]Timber[/user], 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)

[user]all_bud[/user], 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.

[user]alayf78[/user], 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]

Добавлю еще две осцилограммы. Мерил на фазных проводах.
5мкс/дел


10мс/дел (чисто для наглядности)

[mr.Dream]

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]

Опыт подтвердил, что в полумосте транзисторы гибли не от превышения температуры кристалла или превышения тока   

[all_bud]

интересны осцилограммы на затворе ключа, как верхнего так и нижнего, а также осцилограмма ШИМ сигнала

[mr.Dream]

[user]all_bud[/user], я их выкладывал. третье сообщение сверху - на затворе верхнего (ШИМ), выход фазный на нагрузку - чуть ниже.

[alayf78]

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

[Timber]

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

[alayf78]

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      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.

[mr.Dream]

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]

а вот тут есть прямое влияние того как сделана разводка платы. и в моем случае  эффект вч отсутствует

[Timber]

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)

Если вести витой парой на расстояние меньше метра и драйвер на каждый транзистор - звон если и есть, то не более 0.5 вольт, и он не выводит транзистор в линейный режим. А при параллельном включении емкость миллера все портит: транзисторы включаются не одновременно, и перетекают токи от одного затвора к другому. Если связать все затворы вместе, а резистор поставить между драйвером и затворами - ситуация станет лучше, но полностью эффект не пропадет.

[mr.Dream]

Если вести витой парой на расстояние меньше метра и драйвер на каждый транзистор - звон если и есть, то не более 0.5 вольт, и он не выводит транзистор в линейный режим. А при параллельном включении емкость миллера все портит: транзисторы включаются не одновременно, и перетекают токи от одного затвора к другому. Если связать все затворы вместе, а резистор поставить между драйвером и затворами - ситуация станет лучше, но полностью эффект не пропадет.

Я экспериментально потянул 2-метровую витую пару к кажому затвору. нету почти никакой разницы, чем если бы впаял непосредственно. То есть отлчием можно пренебречь. А вот если тянул просто параллельными жилами - то индуктивность проводника просто огроменная (особенно - гибкий многожильный провод) для таких фронтов, и колебания продолжались очень долго. Осцилограмму забыл снять) Витая пара на то и свивается, чтобы обладать околонулевой индуктивностю (взаимнна компенсация) и подавлением синфазной помехи. Иначе 250мГц сигналы по ней бы не шли на расстояние 100 метров с минимальным затуханием ))))
В первом моем детище затворы были наглухо соединены, а резистор был общий - был звон, и они грелись сильно. Когда затворы разделил - ситуация круто изменилась.
Вот еще явный пример убивания полевика. Видно, что аж олово на них потекло))) но єто уже тепловой пробой на лицо. Кристалл под 250 градусов небось раскалился. Это при 50А (одним ключем только крутил двигатель), а еще термопрокладка фиговая )

[TRO]

Витая пара имеет свое волновое сопротивление, и если в конце её будет не активная нагрузка с этим конкретным сопротивлением, то эта витая пара может свободно стать целиком или частью резонансного контура.

Что касается смерти фетов по перенапряжению, спокойно убивал выбросами феты IRF44N настраивая обратноход запитанный от двух пальчиковых батареек (у которых ток КЗ не выше 6А).

[mr.Dream]

[user]TRO[/user], ну длина волны на метровом отрезке и наших частотах влиять не может. При 1 мГц 300 метров волна.
А вот касательно перенапряжения, меня как раз этот вопрос и мучает.  Но ведь... фет в обратном направлении откроет бади-диод, а в прямом при перенапряжении настанет лавинный пробой, и фет начнет проводить, как стабилитрон. Если не перегреть кристалл мощностью выброса - ему ничего не грозит. Кроме того, выбросы поглотятся диодами остальных фетов, которые в обратном направлении включения образуют 3-фазный випрямительный мост.  По этому все выбросы уйдут обратно в батарею или конденсатор питания. Но возвратиться не может больше, чем пришло, как в моем случае.

[Timber]

Только не всегда есть возможность вить ее из проводов с тонкой изоляцией - иногда приходится вести ее через высокие напряжения, перегретые детали или места, на которые что-то может упасть  Больше расстояние - больше индуктивность.

Диоды параллельно резистору не пробовали ставить? Затвор быстро заряжается через диод, а разряжается медленно через резистор.

Или термоинтерфейс ОООЧЕНЬ плохой, или слишком большие потери при переключении или выбросы напряжения. Для 4110 50А вроде и не много - не должен был так нагреться.

Лучшие интерфейсы на малые напряжения - тонкая слюда с термопастой. Резина - фигня, хоть и технологичней
Добавлено 20 Окт. 2016 в 18:36

Витая пара имеет свое волновое сопротивление, и если в конце её будет не активная нагрузка с этим конкретным сопротивлением, то эта витая пара может свободно стать целиком или частью резонансного контура.

Не, на наши частоты волновые эффекты почти не влияют.

Что касается смерти фетов по перенапряжению, спокойно убивал выбросами феты IRF44N настраивая обратноход запитанный от двух пальчиковых батареек (у которых ток КЗ не выше 6А).

Сколько энергии запасалось в индуктивности? Хоть они и нормированы на лавинный пробой при перенапряжении, много энергии поглотить не смогут.

[Timber]

Для медленных процессов нарастания - все именно так. Для быстрых - куча индуктивностей, неравномерностей отдельных ячеек, шнурование тока и еще много всяких тонких материй.

[i]

В свое время мучился с двухтактником для галогенок - при нагреве радиатора на котором сидели транзисторы, примерно до 50-60гр, происходило КЗ.
Для выяснения причин, вынес транзисторы на внешний радиатор, для удобства взял два, так что у каждого транзистора был свой радиатор, а раз так, то и резинку не стал ставить. Включил - работает, 600вт на галогенке выделяет, ничего не бахает. Ну, думаю, резинка виновата, мешает теплу от кристалла уходить.
Решил проверить при какой температуре все таки бахнет. Нагрузку убрал, что бы не слепила и не грела транзисторы. Стал феном греть радиаторы, 50 - живем, 60-70-80 - полет нормальный, 90 - все еще работаем. Больше нагреть не смог, фен слабоват.
Пересадил транзисторы на один радиатор, стал греть (радиатор) - опять при 60 бахнуло.
Распилил радиатор аккурат между транзисторами (но резинки оставил) нагрел до 90+ ... и о чудо, транзюки живы и здоровы.
Включил нагрузку - живет и светит.

Кто тут в чем виноват, я так и не понял, но с тех пор не сажаю транзисторы разных плеч на один радиатор.

[Timber]

Для силовой электроники вообще не желательно применять резиновые прокладки.

[mr.Dream]

И так, с тепловым пробоем разобрались)) но напомню, тема была создана с необходимостю выяснить, от чего транзистор вышел из строя МГНОВЕННО. Он был холодным. То есть, он мог быть и вообще без радиатора. А силиконки  поставил временно, чтобы отладить работу.
И так, параллелить паразитные диоды смысла особого нету, ибо в даташите написано
Forward Turn-On Time - Intrinsic turn-on time is negligible (turn-on is dominated by LS+LD). То есть время открытия его даже не указали, а написали, что ничтожно мало. По этому обратный выброс не мог его убить.
Выброс напряжения прямой - мог случится из за индуктивности паразитной? Не могу найти в даташите время лавинного пробоя (обратимого, как стабилитрон) транзистора высоким напряжением. Мне кажется, что вся собака зарыта тут. То есть, у меня во всех случаях затвор уходил в КоЗу с остальными выводами.
Видится мне следующее: индуктивный выброс, лавинный пробой еще не успевает наступить, а уже пробиват оксидный слой затвора на сток. Ну а далее все ясно.

[Timber]

Он и называется лавинным, потому что быстрый  Но по дэйташиту на 4110 максимальный ток лавинного пробоя около 120 ампер(а импульсный ток канала и диода - намного выше: 670А).
STB55NF06L

[mr.Dream]

[user]Timber[/user], но если даже 120А, то у меня было максимум пару десятков, если работал на индуктивную нагрузку. Не могу нигде найти конкретно время срабатывания "паразитного стабилитрона" в этом ключе. Недавно прочел, что за доли наносекунд уже можно вывести затвор из стро и/или сток из строя. По этому нужно затянуть время выключения или демпфировать выброс конденсатором.
да ладно 120А для лавинной "защиты"? это э 12кВт мгновенной мощности!
Но с другой стороны, тоже не укладывается в голове следующее: транзисторы включены полумостом межу источником питания с конденсатором. То есть "средина" полумоста не может вылететь за напряжения питающей шины, так, как в ниже не пустить нижний ключ (его диод), а выше - верхний. По этому пробой напряжением тоже исключен. (

[TRO]

...."средина" полумоста не может вылететь за напряжения питающей шины, так, как в ниже не пустить нижний ключ (его диод), а выше - верхний. По этому пробой напряжением тоже исключен. (

А внутренние диоды не такие шустрые как хотелось бы, и при малой но энергоемкой индуктивности (без тормозящих межвитковых емкостей) вполне могли пропустить бысто нарастающий импульс. Для этого некоторые вумные люди на феты даже в полумостах ставят супрессоры, они всяко пошустрее внутренних диодов будут. Но обычно этого не требуется, так как на очень мощных применениях для снижения влияния "миллера" искуственно увеличивают затворную емкость дополнительным конденсатором (в разы) , а с ним даже очень мощный драйвер не так быстро закрывает фет, и быстрым выбросам неоткуда взятся.

[mr.Dream]

А внутренние диоды не такие шустрые как хотелось бы, и при малой но энергоемкой индуктивности (без тормозящих межвитковых емкостей) вполне могли пропустить импульс. Для этого некоторые на феты и в полумостах ставят супрессоры, они всяко пошустрее внутренних диодов будут.

А вот в даташите написано совсем наоборот.
Forward Turn-On Time - Intrinsic turn-on time is negligible (turn-on is dominated by LS+LD). То есть время открытия его даже не указали, а написали, что ничтожно мало.
и никаких выбросов на осцилограмме не видно. Даже приблизительно.
Номинируется только их время восттановления, но оно и так меньше 100нс

turn-on is dominated by LS+LD - как я понимаю, ограничено только индуктвностю сурса и дрейна

[Timber]

у меня было максимум пару десятков, если работал на индуктивную нагрузку.

если во время сквозного тока один транзистор из-за каких-либо процессов закрылся - ток был намного выше 50А

Не могу нигде найти конкретно время срабатывания "паразитного стабилитрона" в этом ключе. Недавно прочел, что за доли наносекунд уже можно вывести затвор из стро и/или сток из строя. По этому нужно затянуть время выключения или демпфировать выброс конденсатором.

время срабатывания ИМХО ничтожно мало, т.к. это срабатывает паразитный транзистор, включенный как диод. Сам процесс пробоя затвора короткий, но перед этим надо зарядить его емкость до напряжения пробоя, а для того, чтобы это сделать быстро - нужен большой ток. Снабберы лучше RCD - импульср срезают быстро - греются не очень

да ладно 120А для лавинной "защиты"? это э 12кВт мгновенной мощности!

Важна не сама мощность, а то что она делает: повышает температуру кристалла, а если нагрев быстрый - возможно разрушение/деградация из-за деформаций, вызванных большим температурным градиентом(горячие участки расширяются)

Но с другой стороны, тоже не укладывается в голове следующее: транзисторы включены полумостом межу источником питания с конденсатором. То есть "средина" полумоста не может вылететь за напряжения питающей шины, так, как в ниже не пустить нижний ключ (его диод), а выше - верхний. По этому пробой напряжением тоже исключен.

Если ток остался в индуктивности, он должен пройти по замкнутому контуру. Полный контур: плюс_конденсатора - его_паразитная_индуктивность - верхний_транзистор - нижний_транзистор - минус_конденсатора. Если есть ток в индуктивности - то он обязан пройти через оба транзистора, чтобы замкнуться.

[all_bud]

[user]mr.Dream[/user], а можно схему одного плеча с номиналами и дровами. А так же приложить форму сигналов на управление дровами.

[mr.Dream]

[user]all_bud[/user], управление дровами четкое, логический выход с МК - нету там что показывать. Выходные осцилограммы приложил, они мне нравятся. Схема полумоста - как  в даташите IRS2186 Выход драйверов непосредственно на исток и затвор (через двуметровую витую пару - экспериментально), минуя возможные пути прохождения большого тока. Резисторы в затворах 11Ом на каждом транзисторе отдельно. Верхнее плече драйвера подперто по питанию керамикой 10мкФ, нижнее - 30мкФ. Феты подперты конденсатором 220мкф (в каждом плече). Планируется по 4 в каждом.
То есть, проблема не управлении. При штатной работе все хорошо, переключение четкое. Пробывал давать небольшую нагрузку, но блок питания больше 180Вт не дает. Даже на 1% заполнения ШИМ остановить медленно вращающийся двигатель очень трудно.  Ключи холодные. Проблема в нештатном режиме работы ключей.
Короче, было так. Я отключил МК от питания, мотор остановился. Но тут меня потянуло ткнуть пальцами на входа драйверов. А на корпусе был потенциал половинного напряжения сети, так как не заземлено. И от этого открылись несколько каналов, я услышал щелчек именно в самих конденсаторах силовых, и после этого феты показали коротыш.
Думаю, ладно, такого не может быть и повторил эксперимент, надеясь, что энергии конденсатора в принципе не достаточно для убивания перехода. Но был не прав. А вот почему - стоит выяснить.  Какие процессы происходят в этот момент - засечь не удастся в меру их одиночности и быстродействия.

Попутно вопрос. ТО-247-3 возможно будет лучше, чем ТО-220 в плане теплоконтакта с радиатором? А то они процентов на 15 дешевле.

Еще заметил такое. В инфинеоне между истоком и затвором стоит конденсатор. Видимо, для затягивание времени открытия и нивелирования емкости миллера. Так что быстрое переключение так же имеет свои ньюансы

[all_bud]

[user]mr.Dream[/user], а затворы притянуты к земле. нижний к общей, верхний к Vs. феты могут открываться от статики легко без подтяжки затвора к земле.

п.с. какое плечо ШИМите, верх или низ?

[mr.Dream]

[user]all_bud[/user], а драйвер тогда зачем? он прижимает к земле с "силой" 1А каждый фет. Да и от статики там не будет такого броска тока, так как емкость миллера остановит фет на полуоткрытом состоянии. У меня же проблема другая - "импульсное подыхание"

[all_bud]

[user]mr.Dream[/user], прижимает или не прижимает я этого не сказал, но поставить подтягивающий резюк - это аксиома. При отсутствии питания, без подтягивания затвора, оный повисает в воздухе и становится чувствительным к статике, а статика она проскочит через дрова на раз. и зачем делать подвод управления к фетам лапшой из проводов. Делайте модуль на фазу: драйвер, защита, сила.

[Timber]

Какие процессы происходят в этот момент - засечь не удастся в меру их одиночности и быстродействия.

Если найдете второй щуп - поставить конденсаторы вместо транзисторов и смотреть, что быдет на выходе драйверов

Попутно вопрос. ТО-247-3 возможно будет лучше, чем ТО-220 в плане теплоконтакта с радиатором? А то они процентов на 15 дешевле.

Площадь меди больше - охлаждение должно быть лучше(а вообще смотреть сопротивление кристалл-корпус конкретных транзисторов)

Еще заметил такое. В инфинеоне между истоком и затвором стоит конденсатор. Видимо, для затягивание времени открытия и нивелирования емкости миллера. Так что быстрое переключение так же имеет свои ньюансы

Так это кажется технологическая емкость отдельных затворов множества ячеек. Или речь о типовой схеме? Иногда ставят как самый дешевый способ устранить проблемы, если тока драйвера не хватает для "слития" заряда затвора, наведенного емкостью миллера.

А если учитывать еще паразитные параметры нагрузки и питания -"все очень сложно"

http://www.ti.com/lit/an/slua341/slua341.pdf

[mr.Dream]

А если учитывать еще паразитные параметры нагрузки и питания -"все очень сложно"

Ну допустим есть паразитные индуктивности связей. Но каким боком они могли повлиять? Повторюсь, в штатном режиме мотор крутился, нагрузку держал. А вот сквозного тока конденсатора не выдержал. Почему? это и есть главный вопрос)

[Timber]

Ну допустим есть паразитные индуктивности связей. Но каким боком они могли повлиять? Повторюсь, в штатном режиме мотор крутился, нагрузку держал. А вот сквозного тока конденсатора не выдержал. Почему? это и есть главный вопрос)

Не индуктивная связь, а энергия, накопленная в индуктивности и ее взаимодействие с двумя транзисторами.

Один открытый транзистор держит разряд конденсатора(Ваш опыт), при соответствуюшем управлении транзистор выдерживает короткое КЗ(я когда-то проверял - IRFZ34N выдерживал разряд пачки конденсаторов суммарной емкостью 470мкф и напряжением 40В. Амплитуда была около 200А - замеряна токовым трансформатором, время нарастания напряжения на затворе - не более 50нс при напряжении 20В)

[mr.Dream]

Ради интереса. То же условие. Только вместо фета - оцинкованная шайба
https://www.youtube.com/watch?v=2kb6GADAWsQ
ну и стоп-кадр.

такой эффект с искрами на полметра дают только низкоимпедансные конденсаторы )
как думаете, возможно действитеьно ток через кристалл очень большой, и он успевает "спечься"?

[Timber]

Да не должен вроде. У транзистора допустимый ток 670А. Есть ли возможность для тестов собрать драйвер, который может зарядить емкость затвора за время, меньшее 100нс и коротить конденсатор через транзистор?

ЗЫ
До скольки падает напряжение, пока поднисите конденсатор от места зарядки до шайбы?

[mr.Dream]

Да не должен вроде. У транзистора допустимый ток 670А. Есть ли возможность для тестов собрать драйвер, который может зарядить емкость затвора за время, меньшее 100нс и коротить конденсатор через транзистор?

ЗЫ
До скольки падает напряжение, пока поднисите конденсатор от места зарядки до шайбы?

а ток КЗ кондера всего лишь 80/0,19=420А.
да не падает напряжение на кондере. с чего бы ему падать? год может храниться ))))
п.с. тест с конденсатором 10тыш считать файковым. у него только 5 с лишним тыщ и большое внутреннее сопротивление судя по всему. был вынут с блока питания, постоянно грелся ) так что он не даст того току....

[Timber]

К тому же паразитные индуктивности и сопротивление канала еще больше понизят ток.

Сделать асимметричный заряд/разряд не хотите? Две ветки (диод и резистор последовательно) встречно-параллельно.
На заряд резистор поменьше, на разряд - побольше.

UPD
Напряжение падает из-за тока конденсатора. Эффект заметен на малых емкостях.

[TOM]

Я считал, что для устойчивой работы ключей нужно иметь хороший запас напряжения для управления затворами. Но мне попалась статья http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija_impulsnye/universalnyj_kontroller_polumostovogo_ibp/65-1-0-4962 и теперь на этот счет у меня появились сомнения в правильности моих мыслей. Вот небольшая выдержка из статьи:

Вообще управле­ние полевыми ключами связано с некоторыми тонко­стями, о которых в [2] упомянуто лишь вскользь. По­пробуем подробнее разобраться в этом вопросе. Для этого рассмотрим малоизвестную, но очень полезную и информативную характеристику - зависимость со­противления канала MOSFET-транзистора от напря­жения Uз-и. Хотя она почти никогда не публикуется в справочниках, ее нетрудно снять самостоятельно, пользуясь обычными любительскими приборами - омметром и регулируемым источником постоянного напряжения.
На рис. 3 показаны такие характеристи­ки для тех транзисторов, которые оказались у автора под рукой в количестве не менее 2...3 штук (меньше было бы статистически недостоверно). Главное, что видно из этих графиков - коммутация ключа происхо­дит в узкой переходной зоне управляющих напряже­ний, которая для большинства распространенных транзисторов составляет примерно 2,5...3,5 В. Нало­жим эти значения на реальную осциллограмму управ­ляющих импульсов на затворе одного из транзисто­ров полумоста (рис. 4), и из нее становится понятен смысл защитных интервалов (ступенек на фронтах им­пульсов): если они располагаются ниже уровня запи­рания, то когда один ключ открыт, другой гарантиро­ванно закрыт. Во время самого защитного интервала закрыты оба ключа. Кроме того, из рис. 4 видно, что крутые фронты управляющих импульсов нужны лишь в этой переходной зоне , чем быстрее удается ее про­скочить, тем меньше динамические потери в ключах. Остальная часть импульса определяет статические потери (т.е. падение напряжения на открытом ключе и утечку через закрытый) и может иметь достаточно произвольный вид Далее, из рис. 4 следует, что не всегда полезно завышать амплитуду управляющих импульсов для уменьшения сопротивления открытого транзистора. Действительно, если увеличить напря­жение питания управляющей части контроллера до 6 В, предельно допустимых для КР1564, то верхушки уп­равляющих импульсов будут выше, и мы получим не­которое снижение статических потерь на открытом ключе, но одновременно защитные интервалы тоже приподнимутся и окажутся в переходной зоне. Появят­ся моменты, когда оба ключа будут полуоткрыты, и об­разовавшиеся от этого сквозные токи "съедят" полу­ченный выигрыш. И, наконец, из рассмотрения графи­ков рис. 3 видно, что не все транзисторы одинаково пригодны для работы с таким контроллером. Если при­менить 2SK945 или IRF840, для которых переходная зона располагается в диапазоне 1,7. .2,5 В, и ничего не менять в цепях управления ключами, то защитные интервалы как раз попадут в этот диапазон, и сквоз­ных токов тогда не избежать. Существует также боль­шой класс современных MOSFET-транзисторов с по­роговой зоной 1... 1,5 В (т.н. "логические", т.е. допус­кающие непосредственное управление от низковоль­тной логики, в их обозначении обычно присутствует буква L), для которых это тем более недопустимо без соответствующего снижения уровня защитных интер­валов. Автор в описываемых ИБП чаще всего исполь­зовал транзисторы SSS2N60A фирмы Samsung (2 А, 600 В) как наиболее дешевые, к тому же имеющие пол­ностью изолированный пластиком корпус. В маломощ­ных вариантах ИБП были опробованы также D2NC40 в корпусах для поверхностного монтажа, добытые из энергосберегающих ламп. Напряжение питания кон­троллера для этих транзисторов нужно увеличить до 6 В, поскольку они, согласно рис. 3, имеют наиболее высокое сопротивление канала и самую "правую" ха­рактеристику управ­ления.

[Timber]

Высокое напряжение - это:
1. увеличение скорости открытия транзистора при разумном сопротивлении полной цепи управления(или обеспечить ток в 4 ампера про 5 вольтах, или при 20 - разница есть). К тому же конденсатор заряжается по экспоненте. Мне вот иногда приходилось извращаться с двухполярным управлением(для открытия +25В, для закрытия - минус 10)
2. повышение надежности - даже если через напряжение питания драйвера просядет, пойдет помеха, рядом возникнет сильный электромагнитный импульс или емкость миллера сделает гадость  , при 20 вольтах ключ не выйдет в линейный режим(а вот при 6 - может)
3. Сопротивление канала с ростом напряжения падает и дальше


Н и защитные интервалы надо делать нормальными методами(соответствующие микросхемы драйверов, программные методы, жесткая логика на входе драйверов), а не расчитывать на тонкие параметры микросхемы.

[TOM]

[user]Timber[/user], я согласен. Но есть ли смысл повышать управляющее напряжение до 20 вольт, если ключ практически полностью открыт при напряжении, например, 10 вольт?

[mr.Dream]

[user]TOM[/user], ну 20 это уже предельное. При любом броске вольт до 25-30 есть шансы пробить затвор. Я считаю оптимум 12-15В.

[Timber]

15 вольт это компромисс между степенью открытия транзистора и мощностью драйвере(чем больше напряжение, тем большую энергию, запасенную в емкости затвора ему нужно перекачивать).

Мне нужно было максимально укоротить время включения и уменьшить сопротивления канала, ну и надежность хотелось повыше. Частота была небольшая, поэтому драйвер был чуть теплым даже с этим напряжением(старые IRFZ34N держали до 32 вольт).

[mr.Dream]

И так, был поставлен очередной эксперимент. Заведомо был взят рабочий ключ. Выпаян из инфинеона когда то. Как не странно, у него сопротивление канала было выше из трех тестируемых. 5,04мОм, против 4,6 и 3,91 у остальных (новых) при напряжении на завторе 6,8В. Решил поиздеваться над ним. Взял конденсатор 470мкФ, "обычный" электролит, новый. Зарядил до 80В от блока питания. Перед этим "подготовил" мосфет, припаяв конденсатор затвор-исток, и зарядил его до 6,8В. (кстати, при 12В на затворе его сопотивление упало лишь до 4,78Ом, то есть на 5% больше, чем при 6,8). Стрельнул несколько раз между стоком и истоком. Промежуточно меряя ток утечки и сопротивление - ничего не изменилось. Потом взял и призакрыл его до сопротивления примерно 150мОм. При этом на затворе было в районе 3,8В. Стрельнул еще раз, и этот выстрел был последним для него. Не смотря на то, что ЕСР конденсатора было на порядок выше, он умер смертью храбрых, но тупых))) пиковй ток составил примерно 230А, а мгновенная мощность на кристалле - почти 8кВт.

На днях проведу эсперимент из открытием полевика на конденсатор. С постепенным увеличением затворного резистора.

[Timber]

Спасибо за опыт!
Если не жалко еще одного, можете провести тот же опыт но с током не более 100А и энергией конденсатора не более 100мДж. В дэйташите указывается только стойкость к лавинному пробою, но возможно допустимые энергии лавинного пробоя и энергии в канале равны.

[mr.Dream]

Так это кажется технологическая емкость отдельных затворов множества ячеек. Или речь о типовой схеме? Иногда ставят как самый дешевый способ устранить проблемы, если тока драйвера не хватает для "слития" заряда затвора, наведенного емкостью миллера.

вот схема 250-ваттного контроллера. И довольно большие резисторы на заряд затвора - аж 1кОм


А вот случайно у себя нарыл фотку 15-фетового "финика", там тоже видно конденсатор затвор-исток, и резистор заряда завтора 100Ом (101 маркировка). не думаю, что там тупые инженера сидят ) хотя затворы всех фетов обьединены жестко, а резистор общий.

[mr.Dream]

Если не жалко еще одного, можете провести тот же опыт но с током не более 100А и энергией конденсатора не более 100мДж.

Не жалко. И так уже нажег чуть))
Попробую 1-омный резистор включить последовательно. А потом экспериментально буду увеличивать емкость. Кажется мне, что там не столько большой ток играет роль, как скорость его нарастания.

[mr.Dream]

Сделала девушка мне только что массаж головы. И я тут в исчисления подался.... 
Не буду расписывать детально... но оказалось, что мелкий конденсатор за 70мкс на полуоткрытом фете разогреет кристалл в 768 раз больше, чем жесткое переключение за 0,25мкс под индуктивной нагрузкой... надеюсь, мои рассчеты верны и я буду сегодня спать спокойно)

[Timber]

По первой схема - да, 10нФ и 1кОм это совсем медленно и печально  Но с другой стороны нагрузка индуктивная и ток нарастает медленно. А вот скорость закрытия выше - разряжается транзистором напрямую.

Качественно рассчеты правильны - при разрядке конденсатора ток намного больше, а мощность пропорциональна квадрату тока.

[mr.Dream]

[user]Timber[/user], он то нарастает медленно, но не с нулевой позиции. А довольно таки с большого значения - режим неразрывных токов. По этому для меня это показалось странным )

[Timber]

Но ток же не может протекать через закрытый ключ. Значит и включается он с нулевого тока.

Кстати про конденсатор - возможно это дешевый метод создания мертвого времени: емкость заряжается медленно, а разряжается быстро.

[mr.Dream]

Но ток же не может протекать через закрытый ключ. Значит и включается он с нулевого тока.

Закрытый не проводит, верно. Но, давайте смоделлируем работу ключа в (установишемся режиме ШИМ но на остановленном моторе)...

Ключ открылся, в индуктивности начинает нарастать ток. Растет, растет, как колобок, вот он дорос уже до 50А, МК дает комманду его закрыть, драйвер его резко захлопыват, но работаем на индуктивность - она пытается продлить ток, полярность ЭДС резко меняется и упирается в оппозитный диод. Она разряжается на активное сопротивление обмотки, и за время закрытого ключа  падает всего до 40А, когда ключу опять придется делать работу. Он пытается открыться, а на его пути ток 40А "пружины" индуктивности, а еще добавилось ампер 30 тока обраного восстановления оппозитного диода. На ключе почти полное напряжение питания и сумма токов индуктивности с диодом. Мгновенная мощность будет составлять при 80В больше 5,5кВт. Но за 1мкс мы получим энергии всего 5500Вт * 0,000001 = 5,5мДж при допустимых 190мДж энергии одиночного импульса. А если учесть еще то, что с открытием фета ток практически не успеет увеличиться, а напряжения и следственно энергия будет падать, то можно еще процентов 40 вычесть. Вот по этому такие большие затворные резисторы в ключах инфинеона и китай-контроллера, но зато гораздо меньше dv/dt, которое не любят сильно полевыки, и могут произвольно открываться от паразитных компонентов, на которых это время нарастания/спада импульса будет влияеть, не смотря на то, что затвор может быть наглухо запаян на исток Ну не дураки ж проэктировали эти контроллеры?
А мне тут говорят, что у меня фронты пологие...  не уже ли ~200нс полное открытие - это много?

[Timber]

Сначала ток идет на землю через открытый диод, пока он не восстановиться(самый жесткий момент). Амплитуда будет определятся сопротивлениями всех элементов и скоростью открытия(для закрытия диода нужно компенсировать заряд неосновных носителей. Можно быстро большим током или медленно малым). И параллельно с этим ток идет в индуктивность.

Если закрывать быстро - потери будут минимальны для индуктивности и почти константа для нижнего диода. Но мгновенная мощность на восстанавливающийся диод велика.
Если медленно - потери больше, но они размазаны по времени.

IRFB4110, ток - 32А, амплитуда на затворе 15В


Выделившаяся энергия и мощность для зарядных резисторов 10 и 100 Ом

Пересмотрел схему - там 100 Ом. Мы за нолик знак символ размерности приняли 


UPD
И то же самое для 50 ампер

[clawham]

Мне все эти убивания кажутся просто тепловым пробоем/деформацией. когда я первый свой плавный предзаряд кондеров делал в силовом размыкателе бмски то тоже тупо плааавно заряжал затворы....оно то работает но стоит забыть выключить зажигание - казалось бы сколько оно там кушает - слаботочка-то - а все - фету привет...и началось это с напряжения за 60. когда было 48 то феты выдерживали и кз - тупо не выключал силового и втыкал 880 микрофараз лоеср в 84 вольта лифера. ничего - только разьём обгорел - иголочка одна сплавилась вщент.

Кстати на ваших осцилограммах есть линейный резим работы фета! Обратите внимание на затворе на полочку на уровне 3-6 вольт. такая ровная горизонтальная линия!
Это как мне кажется миллер! высокое напряжение на дрейне начинает открывающимся фетом стремительно опускаться вниз при этом паразитной ёмкостью дрейн-гейт создается отрицательный ток который призакрывает фет, в результате скорость открытия падает до уровня чтоб ток на том миллере стал равным току драйвера. и длится это безобразие в линейном режиме до момента когда напруга не перестанет падать - тоесть фет полностью типа откроется. Мне кажется что это и есть причина выхода из строя.
Вторая возможная причина - то что внутренние диоды в транзисторах довольно медленные! я намерял чтото в районе 10-15 наносек на диодике 4410 фета. у супресора для сравнения в районе 4 нан. это ток был 10 и потом резко поднимал в отрицаловку до 10 вольт и смотрел прям на выводах - есть конечно немного индуктивного звона, есть и ёмкость но диод очень долго "думает" перед открытием но ещё больше - над закрытием - ток уже не в ту сторону а он ещё проводит. вот это тоже дуткий же нагрев. Для диодов нельзя превышать dV/dT ибо он просто спалит себя линейным режимом. для того и вешают кондеры в контроллерах простых.