コンデンサバンクを取り付けた後にMOSFETが破損しました

私はのコイル抵抗があるソレノイド持って$0.3\Omega$、ここで鋼の弾丸を加速します。以下に回路図を掲載しました。

コントロールとして機能する通常バージョン

GPIO8は5Vになり、光センサーで発射物が検出されると、MOSFETがオンになり、オフになります。そして、それはうまく機能します。

次に、10個のスーパーキャパシタを直列に接続して試してみました。27ボルトまで充電しました。

バージョン＃1

回路の電源を入れたときに、コンデンサのグランドをMOSFETのグランドに接続するとスパークが発生しました。ゲートとソースの回路は、最初に接続したときにGPIO8が0vであるため、開いているはずです。

トラブルシューティングをいくつか行った後、MOSFETを殺したことがわかりました。

プレイには2つの可能性があると思います。まず、MOSFETの寄生容量が発振を引き起こし、電圧スパイクを引き起こした可能性があります。R2を追加して、立ち下がり時間をわずかに増やしたため、電荷を減らしました。こちらのビデオをご覧ください（4時までスキップ）

寄生容量が発振を引き起こすだけでなく、別の要因として、実際にここにRLC回路があることもあります。私の負荷はソレノイドで、電源はスーパーキャパシターです。したがって、前後にサイクリングを開始しないようにD2を追加しました。また、MOSFETを新しいものに交換しました。

バージョン＃2

そして、同じことが起こりました。GPIO8は、コンデンサを接続する前に0vでしたが、MOSFETがとにかく回路を完了して壊れ、今回はカメラに引っかかります。

それが今の私です。私のコンデンサは27Vに充電されており、振動を取り除くためにコンポーネントを追加したので、他に何も考えられません。データシートによると、IRF3205のブレークダウン電圧は55vであり、私はそれよりかなり低いです。

明るいアイデアはありますか？

ゲート駆動電圧が低すぎます。そのMOSFETが完全にオンになるには10Vが必要です。MOSFETがわずかに導通し始めると、5Vは4Vのしきい値をほとんどクリアしません。MOSFETをスイッチで使用する場合は、Vgsthを使用しないでください。それは、わずかに伝導を開始する電圧です。少なくとも特定のRDsonを取得するために使用されるものと同じ高さのVgsを使用します。Vgsthは、MOSFETをリニア/アナログデバイスとして使用するためのものです。

データシートの図1によると、ゲート-ソース間で5V、ドレイン-ソース間で27V（比較的低い電圧降下であるため、ソレノイド抵抗は無視しています）で、MOSFETは10Aで飽和します。それはMOSFETで消費される270Wです。

図1は25°Cです。これがすべて行われている間、MOSFETは加熱され、さらに多くの電流が流れる図2のように動作します。この場合、30Aで飽和し、27Vの降下があり、これは約800Wの熱が放散されます。

リストされている接合部から周囲への熱抵抗は62 C / Wであり、それぞれ温度が17,000摂氏および50,000摂氏上昇します。

また、ゲートドライバを調べて、MOSFETに必要かどうか、または明らかに低電流のI / Oピンからゲート容量を直接駆動するだけで十分かどうかを検討してください。

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

したがって、失敗のシーケンスは次のとおりであると考えています。

1. 最初はMOSFETに電圧がないため、寄生容量値は数ナノファラッドです。
2. わずか0.3Ωの直列抵抗で27Vを印加します（加えて、ソレノイドが持つあらゆるインダクタンス。その数はわかりません）。
3. かなりの数アンペアがそのMOSFETに流れ込み、これらの寄生コンデンサを充電します。非常に短い時間ですが、非常に高いピーク電流値です！
4. ...高サージ電流によりMOSFETが爆発します。

救済策：

• $\mathrm{V_{ds}}$
• いくつかの直列抵抗を追加して、スーパーキャップからの最大可能電流を制限します。

編集別の障害モードが発生しました：

1. 前と同じですが、ゲートとドレイン間の容量について心配します（数ナノファラド）。
2. $\mathrm{C_{gd}}$
3. そのゲート-ドレインコンデンサを流れる電流は、電圧を低く保持していた20k抵抗に大きな電圧を簡単に導入するのに十分です。
4. MOSFETがオンになり、高サージ電流により破裂します。

この2番目の仮説は、おそらくより可能性の高い仮説です。DKNguyenが指摘しているように、構築された回路は通常の動作でもMOSFETを爆破する可能性があります。

前と同じように、最良の解決策はピーク電流を制限する方法を見つけることです。

おそらく、ゲートを十分に運転していないでしょう。GPIOはおそらく高インピーダンスです。12-15vで動作する適切なゲートドライブチップを含める必要があります。27vバスからリニアレギュレータを使用するだけです。

この場合、R2はゲート駆動インピーダンスを高くすることであなたを傷つけています。値を10オームに下げることをお勧めします。

可能であれば、1vでテストを開始し、すべてが正常であることを確認して、作業を進めます。この方法で多くのシリコンを節約できます。

そして、スーパーキャップ全体にバランス抵抗器を配置してください。キャップの漏れが何であるかはわかりませんが、最大電圧まで充電したい場合、各キャップと並列の1kがより安全な側にあると思います。

あなたの費用でフリッパントを鳴らすリスクがあるが、患者が医者を診ているという古いジョークがある：

患者：「医師、これをやると痛い」

医者：「じゃあ、やらないで」

この場合、「これを行う」の代わりに「最後に地面を接続する」と置き換えてください。

しないでください。

常に地面をつないでください。動作中に2つのシステムを接続する必要がある場合は、最初にアースを接続し、次に電源、次に制御線を接続します。制御線が保護されていることを確認してください。

あなたの特定の故障モードについては、Mr Snrubはおそらく正しいでしょうが、コイルのインダクタンスは本当に突入電流制限として機能するはずです。

突入電流制限回路に興味がある場合、Texas InstrumentsはここでMouserの評価モジュールを備えた回路を作成します。TPS2491のデータシートでは、（十分に面白い）電力制限が考慮されています、直列パスMOSFETのこれが起こらないようにするため）。

これがあなたの設計にとって実用的かどうかはわかりませんが、試してみて、少なくともa-haの瞬間をつかんで、回路のMOSFETに何が起こっているのかを理解するのは簡単です。幸運を！