Le MOSFET s'est cassé après avoir fixé la batterie de condensateurs

J'ai un solénoïde qui a une résistance de bobine de et accélère un projectile en acier ici. J'ai posté les schémas ci-dessous.$0.3\Omega$

Version normale qui agit comme un contrôle

Le GPIO8 passe à 5V pour allumer le MOSFET et l'éteindre lorsque le projectile est détecté avec le capteur optique. Et cela fonctionne très bien .

Ensuite, je l'ai essayé avec 10 supercondensateurs connectés en série. Je l'ai chargé jusqu'à 27 volts.

Version 1

Lorsque j'ai mis le circuit sous tension, il y a eu une étincelle lorsque j'ai connecté la terre du condensateur à la terre du MOSFET. Le circuit Gate et Source aurait dû être ouvert car lorsque je l'ai connecté pour la première fois, GPIO8 est à 0v.

Après un dépannage, j'ai constaté que j'avais tué le MOSFET.

Je crois qu'il y a 2 possibilités en jeu. Premièrement, il est possible que la capacité parasite du MOSFET ait provoqué une oscillation et donc un pic de tension. J'ai ajouté R2 pour augmenter légèrement le temps de chute et ainsi réduire la charge. Voir la vidéo ici (Passer à 16h00)

Non seulement la capacité parasite provoque une oscillation, mais un autre facteur est également que j'ai en fait un circuit RLC ici. Ma charge est un solénoïde et ma source d'alimentation est mes supercondensateurs. J'ai donc ajouté D2 pour qu'il ne commence pas à faire des allers-retours. J'ai également remplacé le MOSFET par un nouveau.

Version 2

Et pourtant, la même chose s'est produite, GPIO8 est à 0v avant de connecter le condensateur mais le MOSFET a quand même terminé le circuit et s'est cassé, cette fois il est pris en photo .

Voilà où j'en suis maintenant. Mon condensateur est chargé à 27V et depuis que j'ai ajouté les composants pour se débarrasser des oscillations, je ne peux penser à rien d'autre. Selon la fiche technique, la tension de claquage de l'IRF3205 est à 55v et je suis bien en dessous.

Des idées brillantes?

La tension de commande de votre portail est trop faible. Ce MOSFET a besoin de 10V pour s'activer complètement. 5V efface à peine le seuil de 4V lorsque le MOSFET commence à peine à conduire. N'UTILISEZ PAS le Vgsth si vous avez l'intention d'utiliser votre MOSFET à un commutateur. C'est la tension à laquelle elle commence à peine à conduire. Utilisez un Vgs au moins aussi élevé que celui utilisé pour obtenir le RDson donné. Le Vgsth sert à utiliser le MOSFET comme un appareil linéaire / analogique.

Selon la figure 1 de la fiche technique, avec 5 V à travers la grille-source et 27 V à travers la source de drain (j'ignore la résistance du solénoïde car elle chute relativement peu de tension), le MOSFET sature à 10A. C'est 270W qui se dissipent dans votre MOSFET.

Et la figure 1 est à 25 ° C. Votre MOSFET chauffe pendant qu'il fait tout cela, ce qui le fait fonctionner plus comme dans la figure 2 où encore plus de courant est conduit. Dans ce cas, il est saturé à 30A avec une chute de 27V qui est ~ 800W de chaleur dissipée.

Avec une résistance thermique de jonction à la température ambiante de 62 C / W, c'est une augmentation de température de 17 000 et 50 000 Celcius, respectivement.

Consultez également les pilotes de grille et déterminez si vous en avez besoin ou non pour votre MOSFET ou si la commande directe de la capacité de la grille à partir d'une broche d'E / S à faible courant est suffisante pour votre application.

Je parierais que le problème n'est pas une oscillation, c'est juste l'appel initial de courant dans le MOSFET qui le tue. Lorsque vous connectez vos super-bouchons au circuit, il charge les condensateurs MOSFET parasites et . Selon la fiche technique , n'est que d'environ 781pF et n'est que d'environ 211pF lorsque est de 25 V, mais selon la figure 5 de la fiche technique, ces les valeurs sont beaucoup plus élevées lorsque est à une tension inférieure.$\mathrm{C_{oss}}$$\mathrm{C_{rss}}$ C o s s C r s s V d s V d s$\mathrm{C_{oss}}$$\mathrm{C_{rss}}$$\mathrm{V_{ds}}$$\mathrm{V_{ds}}$

Donc, je crois que la séquence d'échec est la suivante:

1. Au départ, il n'y a pas de tension aux bornes du MOSFET, donc les valeurs de capacité parasite sont de quelques nanofarads.
2. Vous appliquez 27V, avec une résistance en série de seulement 0,3Ω (plus l'inductance que possède le solénoïde; nous ne connaissons pas ce nombre).
3. Un certain nombre d'ampères s'écoule dans ce MOSFET pour charger ces condensateurs parasites. C'est pour un temps très court, mais c'est une valeur de courant de crête très élevée!
4. ... MOSFET explose en raison d'un fort courant de surtension.

Remèdes:

• Amenez lentement à 27 V avant d'appliquer votre super-cap, et / ou,$\mathrm{V_{ds}}$
• Ajoutez une résistance en série pour limiter le courant maximum possible hors de votre super-cap.

EDIT Un autre mode d'échec m'est venu à l'esprit:

1. Similaire comme avant, mais préoccupons-nous simplement de la capacité de la porte au drain (encore quelques nanofarads).
2. Vous appliquez 27 V instantanément, donc un tas de charges circule facilement à travers ce condensateur parasite grille-drain .$\mathrm{C_{gd}}$
3. Le courant à travers ce condensateur grille-drain est assez facilement pour introduire une tension élevée aux bornes de cette résistance de 20 k qui maintenait la tension basse.
4. Le MOSFET s'allume, explose en raison d'un fort courant de surtension.

Cette deuxième hypothèse est probablement l'hypothèse la plus probable. Comme le souligne DKNguyen, votre circuit tel qu'il est construit fera probablement exploser le MOSFET même en fonctionnement normal.

Comme précédemment, la meilleure solution est de trouver un moyen de limiter le courant de crête.

Vous ne conduisez probablement pas assez fort. Le GPIO a probablement une impédance trop élevée. Vous voulez inclure une puce de lecteur de porte appropriée fonctionnant sur 12-15v. Vous pouvez simplement utiliser un régulateur linéaire sur votre bus 27v.

R2 ne fait que vous blesser en augmentant l'impédance de commande de votre porte dans ce cas. Je suggère de baisser la valeur à 10 ohms.

Si possible, commencez vos tests à 1v et montez en vous assurant que tout va bien. Vous économiserez ainsi beaucoup de silicium.

Et veuillez mettre des résistances d'équilibrage sur vos supercaps. Je ne sais pas quelle est la fuite de vos bouchons, mais je suppose que 1k en parallèle avec chaque bouchon serait du côté le plus sûr si vous voulez les charger à la tension maximale.

Au risque de paraître désinvolte à vos dépens, il y a une vieille blague à propos d'un patient qui voit un médecin:

Patient: "Docteur, ça fait mal quand je fais ça."

Docteur: "Eh bien, ne le faites pas."

Dans ce cas, remplacez «connectez la terre en dernier» par «faites ceci».

Ne le fais pas.

Gardez toujours les motifs liés. Si vous devez connecter deux systèmes pendant qu'ils sont opérationnels, connectez toujours d'abord la terre, puis l'alimentation, puis les lignes de contrôle - et assurez-vous que les lignes de contrôle sont protégées afin que l'application de l'alimentation lorsqu'elles flottent ne vous posera aucun problème.

En ce qui concerne votre mode de défaillance spécifique, M. Snrub est probablement correct, bien que l'inductance de la bobine doive vraiment agir comme un limiteur d'appel.

Si vous êtes intéressé par un circuit limiteur d'appel, Texas Instruments en fait un qui a un module d'évaluation sur Mouser ici . La fiche technique du TPS2491 prend en compte (assez drôle) la puissance limitant le MOSFET de passage en série (pour garantir que cela ne se produise pas).

Je ne sais pas si cela sera pratique pour votre conception ou non, mais il est assez facile d'essayer et d'avoir au moins un instant pour comprendre ce qui se passe avec le MOSFET dans votre circuit. Bonne chance!