Миллион способов убить мощный полевой транзистор (MOSFET)

[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)