私のMOSFETを殺しているのは何ですか

これは、電子機器スタック交換に関する私の最初の投稿です。私はエレクトロニクスの趣味であり、プログラミングの専門家です。

ワークピースを加熱するためのインダクタ回路に取り組んでいます。@ 12Vacの作業セットアップがあります。要するに、回路には次の要素があります。

• 独自の電源で50％のDCのパルスを生成し、ソレノイドに電力を供給するトランスとグランドを共有するマイクロコントローラー。
• 電流の方向を切り替えるローサイドの2つのMOSFET（100Aがドレイン電流、150Vdsを継続）
• 11ターンの3570 nHソレノイド、直径約5 cm、直径1 cmの銅パイプ製。（しばらくしてコイルに水冷を適用する計画）
• 230Vacから12Vacのトランスで、最大35アンペアのピーク、またはしばらく20アンペアを供給できます。
• MOSFETのゲートを駆動するMOSFETドライバー（TC4428A）
  • 各MOSFETのゲートからソースへの10K抵抗。
  • 各ゲートのゲートからソースへの1000pFセラミックコンデンサ（ゲートのリンギングを低減するため）。Vpkpkは、ゲートで〜17ボルトです

これで、MOSFETが処理できる溶接機を使用して48Vacを回路に印加するときに回路が短絡します（48Vac =〜68Vdc * 2 = ~~ 136Vpkpk）。爆発するものは何もなく、MOSFETは一体型です。しかし、MOSFETのピン間の抵抗（ゲート、ソース、ドレイン<->ゲート、ソース、ドレイン）はすべて0または非常に低い（<20Ω）です。それで彼らは故障しました。

MOSFETが故障する原因は何ですか？コンポーネントが死んだときに回路を調べるのは難しい。

私の機器は、オシロスコープとミューティメーターのみで構成されています。

ソレノイドに電力が供給されていないときに、C2とC3のないゲートで鳴ります。トランスと共通のグランドを共有します。MCUからTC4428Aドライバーへの配線は、たとえば5cmです。ドライバーからゲートまでのワイヤは約15cmです。これによりリンギングが発生しますか？TC4428Aドライバーからゲートまで使用される2mmほどのワイヤ。

ソレノイドに電力が供給されていない間、C2とC3でゲートにリンギングが鳴りました。共通点を共有します。最初の写真よりもずっと良く見えます。

ソレノイドに電源が入っているときにゲートで鳴ります。ソレノイドの電源をオンにするとリンギングが増加するのはなぜですか？また、スイッチング速度を維持しながらそれを防止/最小化する方法は？

ソレノイド内のワークピースでのドレインからソースへの測定@ 150Khz。最後の図に示されているように、信号がクリーンであれば、Vpkpkは約41ボルトになります。しかし、スパイクのため、約63ボルトです。

後者の150％オーバー/アンダーショートVpkpkが問題になりますか？これは、（48Vac => 68Vmax => 136Vpkpk * 150％=）〜203Vpkpkになりますか？ソース->ドレインで測定された波のノイズをどのように低減しますか？

編集 ここでは、1つのMOSFETゲートをドライバーから切断しました。CH1はゲート、CH2はまだ接続されているMOSFETのドレインです。これで両方の波がうまく見えます。ここには/最小電流は流れていません。両方のMOSFETをドライバに接続し、2つのゲート間の抵抗を測定すると、24.2Kオームと表示されます。TC4428Aドライバーによって1つのMOSFETがオフにされた場合、ドライバーによってオンにされたときに、どういうわけか他のMOSFETゲートからの信号を受信する可能性がありますか？Driver --->|---- Gateノイズがないことを確認するために、そのようにダイオードを配置することは意味のあるアイデアですか？なるべく低電圧降下のダイオードが望ましい。

ドライバーからゲートまでのワイヤは約15cmです。これはすすぎを引き起こしますか？

ほぼ確実に、これらのメカニズムの1つ以上によって、MOSFETが破壊されていることは間違いありません。

1. を超える$V_{G(max)}$
2. を超える$V_{DS(max)}$
3. 遅いスイッチングと意図しない伝導による単純な過熱

＃3はそれが発生したときにかなり明白になりますが、他の2つは一時的な状態であり、スコープで表示するには短すぎる可能性があるため、見にくい場合があります。

C2とC3はリンギングを減少させていません。MOSFETゲート（およびそれに追加されるC2、C3）のキャパシタンスと、ドライバを通るワイヤのループとMOSFETゲート-ソースによって形成されるインダクタンスがLC回路を形成するため、ゲートにリンギングが生じます。リンギングは、この静電容量とインダクタンスの間で跳ね返るエネルギーによって引き起こされます。

ドライバは、可能な限りMOSFETSの近くに配置する必要があります。1cmはすでに長すぎます。ゲートまでの長いトレースによって生じるインダクタンスがリンギングを引き起こすだけでなく、スイッチング速度を制限するため、トランジスタの損失が大きくなります。これは、電流の変化率がインダクタンスによって制限されるためです。

$v$$L$

ゲートドライバーをMOSFETの近くに配置することに加えて、ゲートを流れる電流がとらなければならないパスのループ領域を最小限に抑える必要があります。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

インダクタンスは図の面積に比例します。

インダクタンスはスイッチング速度を制限し、ゲートドライバがMOSFETをオフに保持できる程度も制限します。オフになったばかりのMOSFETのドレイン電圧が（他のMOSFETがオンになり、コイルの相互インダクタンスにより）変化するとき、ゲートドライバは、MOSFETの内部容量が充電または放電するときに電流をソースまたはシンクする必要があります。以下に、International Rectifier-Power MOSFET Basicsの図を示します。

$R_G$$di/dt$

$V_{th}$

このインダクタンスは、ソレノイドコイルなどの他のインダクタンスに磁気的に結合することもできます。ループを通る磁束が変化すると、電圧が誘導されます（誘導のファラデーの法則）。インダクタンスを最小化すると、この電圧が最小化されます。

C2とC3を取り除きます。レイアウトを改善した後でもリンギングを減らす必要がある場合は、ゲートとゲートドライバの間に、ゲートと直列に抵抗を追加してください。これは、リンギングの原因となる跳ね返るエネルギーを吸収します。もちろん、ゲート電流も制限されるため、スイッチング速度も制限されるため、この抵抗を絶対必要以上に大きくすることは望ましくありません。

追加した抵抗をダイオードまたはトランジスタでバイパスして、ターンオンがターンオンよりも速くなるようにすることもできます。したがって、これらのオプションの1つ（ただし、必要な場合のみ。リンギングの原因を単純に除去することをお勧めします）：

^{この回路をシミュレートする}

特にQ3の最後のケースでは、本質的にゲートドライバーの半分を実装しているため、トレースを短くしてループ領域を小さく保つという同じ懸念が適用されます。

FETドレインの電圧を適切な値に正しくクランプするには、次のことを考慮してください。

2つのコイルの自然な動作（2つのコイルの間に大きな磁気結合がある場合）は、交互のサイクルで各ドレインに2倍の供給電圧を生成します。

これは、中点（Vs）が動いていないシーソーのようなものです。片方を下に引くと、もう片方が変圧器の動作により上昇します。

これは当然、FETが少なくとも供給電圧の2倍の定格を満たさなければならないことを意味します。カップリングは完全ではないため、ツェナーダイオードはVsupplyの2倍を超えるものをキャッチします。

推奨事項 -3 x電源電圧定格のFETと電源電圧定格のツェナーダイオードを選択してください。最低でも5Wツェナーダイオード。330nFコンデンサを完全に取り除きます-これが何らかの理由で放出された磁場を調整すると思われる場合は、電流パルスでFETを殺すだけなので、再度考えてください。たぶん、1nFは住みやすいものです。すべての接続をできるだけ短くします-ワイヤの浮遊インダクタンスもキラーとなり、少なくともそれらの固有のゲートリンギング電圧を与えますが、これらは不十分な駆動能力を備えたFETゲートドライバによって引き起こされる可能性があります-実際には電圧ドレインは内部寄生容量によってゲートに結合され、クリーンなスイッチオンとスイッチオフを防ぎます。