MOSFET zepsuł się po podłączeniu baterii kondensatorów

Mam solenoid, który ma rezystancję cewki $0.3\Omega$ i przyspiesza tutaj stalowy pocisk. Zamieściłem schematy poniżej.

Wersja normalna, która działa jak kontrolka

GPIO8 przechodzi do 5 V, aby włączyć MOSFET i wyłączyć go po wykryciu pocisku za pomocą czujnika optycznego. I działa dobrze .

Następnie spróbowałem z 10 superkondensatorami połączonymi szeregowo. Naładowałem go do 27 woltów.

Wersja 1

Kiedy zasilałem obwód, pojawiła się iskra, kiedy podłączyłem masę kondensatora do masy MOSFET-a. Obwód bramki i źródła powinien był zostać otwarty, ponieważ kiedy go po raz pierwszy podłączyłem, GPIO8 ma wartość 0v.

Po rozwiązywaniu problemów odkryłem, że zabiłem MOSFET.

Uważam, że istnieją dwie możliwości gry. Po pierwsze, możliwe jest, że pojemność pasożytnicza MOSFET-u mogła spowodować oscylację, a tym samym skok napięcia. Dodałem R2, aby nieco wydłużyć czas opadania, a tym samym zmniejszyć ładunek. Zobacz wideo tutaj (przejdź do 4:00)

Nie tylko pasożytnicza pojemność powoduje oscylacje, ale innym czynnikiem jest to, że faktycznie mam tutaj obwód RLC. Moje obciążenie jest solenoidem, a moim źródłem zasilania są moje superkondensatory. Dlatego dodałem D2, aby nie zaczął się cyklicznie przewijać do przodu i do tyłu. Wymieniłem też MOSFET na nowy.

Wersja 2

A jednak to samo się stało, GPIO8 jest na 0 V, zanim podłączyłem kondensator, ale MOSFET i tak zakończył obwód i zepsuł się, tym razem jest on złapany w kamerę .

Więc teraz tam jestem. Mój kondensator jest naładowany do 27V, a ponieważ dodałem komponenty, aby pozbyć się oscylacji, nie mogę wymyślić nic innego. Według arkusza danych napięcie przebicia IRF3205 wynosi 55 V i jestem znacznie poniżej tego.

Jakieś jasne pomysły?

Napięcie napędu bramy jest za niskie. Że MOSFET potrzebuje 10 V, aby całkowicie się włączyć. 5 V ledwo usuwa próg 4 V, kiedy MOSFET ledwo zaczyna przewodzić. NIE używaj Vgsth, jeśli zamierzasz używać MOSFET-a na przełączniku. To napięcie, na które ledwo zaczyna przewodzić. Użyj Vg co najmniej tak wysokiej, jak ta, aby uzyskać dane RDson. Vgsth służy do używania MOSFET-a jako urządzenia liniowego / analogowego.

Zgodnie z rysunkiem 1 w arkuszu danych, przy napięciu 5 V na źródle bramki i 27 V na źródle drenażu (ignoruję rezystancję elektromagnesu, ponieważ obniża on stosunkowo niewielkie napięcie), MOSFET nasyca się przy 10A. To 270 W rozpraszane przez MOSFET.

A rysunek 1 jest w 25 ° C. Twój MOSFET rozgrzewa się, a robi to wszystko, co sprawia, że ​​działa bardziej jak na ryc. 2, gdzie przewodzi jeszcze więcej prądu. W tym przypadku nasyca się przy 30 A spadkiem 27 V, czyli około 800 W rozpraszanego ciepła.

Przy wymienionej rezystancji termicznej połączenia do otoczenia wynoszącej 62 C / W, wzrost temperatury wynosi odpowiednio 17 000 i 50 000 Celsjusza.

Sprawdź także sterowniki bramek i zastanów się, czy potrzebujesz jednego z nich do MOSFET-u, czy też bezpośrednie sterowanie pojemnością bramki z niestabilnie niskiego prądu we / wy jest wystarczające dla twojej aplikacji.

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

Tak więc uważam, że sekwencja awarii jest następująca:

1. Początkowo na MOSFET nie ma napięcia, więc wartości pojemności pasożytniczej wynoszą kilka nanofaradów.
2. Stosuje się 27 V, przy rezystancji szeregowej zaledwie 0,3 Ω (plus niezależnie indukcyjności elektromagnesu; nie znamy tej liczby).
3. Do tego MOSFET-a przepływa kilka amperów, aby naładować te pasożytnicze kondensatory. Jest to bardzo krótki czas, ale jest to bardzo wysoka wartość szczytowa prądu!
4. ... MOSFET wysadza w powietrze z powodu wysokiego prądu udarowego.

Środki zaradcze:

• $\mathrm{V_{ds}}$
• Dodaj rezystancję szeregową, aby ograniczyć maksymalny możliwy prąd z super-capa.

EDYCJA Inny tryb awarii właśnie przyszedł mi do głowy:

1. Podobnie jak poprzednio, ale martwmy się o pojemność typu bramka-odpływ (wciąż kilka nanofaradów).
2. $\mathrm{C_{gd}}$
3. Prąd przepływający przez kondensator typu bramka-odpływ jest wystarczający do wprowadzenia dużego napięcia na rezystor 20k, który utrzymywał niskie napięcie.
4. MOSFET włącza się, wysadza z powodu wysokiego prądu udarowego.

Ta druga hipoteza jest prawdopodobnie bardziej prawdopodobną hipotezą. Jak wskazuje DKNguyen, zbudowany obwód prawdopodobnie wysadzi MOSFET nawet podczas normalnej pracy.

Tak jak poprzednio, najlepszym rozwiązaniem jest znalezienie sposobu ograniczenia prądu szczytowego.

Prawdopodobnie nie jedziesz wystarczająco mocno bramą. GPIO ma prawdopodobnie zbyt wysoką impedancję. Chcesz dołączyć odpowiedni układ napędu bramki z prądem 12-15 V. Możesz po prostu użyć liniowego regulatora z autobusu 27V.

R2 rani cię tylko przez zwiększenie impedancji napędu bramy w tym przypadku. Sugeruję spadek wartości do 10 omów.

Jeśli to możliwe, rozpocznij testy od 1v i posuwaj się dalej, upewniając się, że wszystko jest w porządku. W ten sposób zaoszczędzisz dużo krzemu.

I proszę umieścić rezystory równoważące na swoich superkapsach. Nie wiem, jaki jest wyciek twoich czapek, ale zgaduję, że 1k równolegle z każdą czapką byłoby bezpieczniejsze, jeśli chcesz naładować je do maksymalnego napięcia.

Ryzykując, że brzmisz nonszalancko na swój koszt, żartuje się, że pacjent odwiedza lekarza:

Pacjent: „Doktorze, boli mnie, kiedy to robię”.

Lekarz: „No to nie rób tego”.

W takim przypadku zamiast „zrób to” zamień „podłącz uziemienie jako ostatnie”.

Nie rób tego

Zawsze utrzymuj ziemię związaną razem. Jeśli musisz podłączyć dwa systemy podczas ich działania, zawsze najpierw podłącz uziemienie, a następnie zasilanie, a następnie przewody sterujące - i upewnij się, że przewody sterujące są chronione, aby przyłożenie mocy, gdy pływają, nie sprawi Ci problemów.

Jeśli chodzi o konkretny tryb awarii, pan Snrub prawdopodobnie ma rację, chociaż indukcyjność cewki powinna naprawdę działać jak ogranicznik rozruchu.

Jeśli jesteś zainteresowany obwodem ogranicznika rozruchu, Texas Instruments tworzy taki, który ma moduł oceny na Mouser tutaj . Arkusz danych dla TPS2491 uwzględnia (dość zabawne) ograniczenie mocy tranzystor MOSFET (aby upewnić się, że tak się nie stanie).

Nie jestem pewien, czy będzie to praktyczne dla twojego projektu, czy nie, ale łatwo jest spróbować i przynajmniej uzyskać chwilę, aby zrozumieć, co dzieje się z MOSFET w twoim obwodzie. Powodzenia!