Помогите по схемам на MOSFET, исправить ошибки и доработать Опции

[MSprut]

Добрый день. Помогите, пожалуйста, довести до ума схемы на MOSFET, возможно исправить ошибки.
Схемы работают в борт. сети авто.
Rload в схемах - лампы накаливания 12В с проводами 2-3м. Нагрузка может быть в 2-х каналах сразу или в одном из каналов. По первой схеме особых вопросов нет, разве что нужны ли подтягивающие затвор резисторы и стабилитроны для защиты З-И от перенапряжения? Еще есть небольшие пиковые выбросы на затворах, порядка 2-3В. Их никак не удается убрать, кроме как уменьшить путем увеличения сопротивления затворных резисторов, но не боле 100Ом, т.к начинают затягиваться фронты или увеличением емкости С9, С10, но увеличивать до бесконечности не дает конструктив. Какие еще более-менее простые меры можно принять для того чтобы избавиться от этих выбросов и увеличить надежность схемы?




На полную правильность второй схемы тоже не претендую, т.к. по причине небольшого опыта работы с MOSFET она была честно передрана из какого-то заграничного источника и подкорректирована под свои цели. В частности был добавлен DC-DC на 24В для возможности использования в качестве верхних ключей n-MOSFET. С этой схемой есть одна неприятная проблема. Периодически выходит из строя один из VT11, VT12. Сопротивление И-С становится порядка 10-12Ом и транзистор плавит все вокруг, причем все компоненты в затворных цепях и второй транзистор целые. Один из транзисторов может выйти из строя сразу после включения или проработать неделю, месяц, а потом сгорает. Подскажите, пожалуйста, физику процесса выхода из строя MOSFET в данной схеме и как это можно предотвратить и увеличить надежнось схемы?



Схемы собраны на печатных платах, самая большая длина затворных проводников не больше 25мм, ширина 0.5мм. Все компоненты смд, кроме MOSFET. Силовые проводники длиной не более 30мм, шириной 4-5мм.

Спасибо всем откликнувшимся.

[Integrator1983]

А разница в температуре между параллельными мосфетами из-за чего, если самовыравниваются?

Из-за того, что они выравниваются по току. По температуре небольшой разброс будет.

[MSprut]

А как быть с неравномерным нагревом из-за неодинакового расстояния от мосфет до нагрузки? Была версия платы, на которой мосфеты стояли в ряд, друг за другом. Самая высокая температура была у того, который стоял ближе к нагрузке, остальные по нисходящей.

[terio007]

А Вы видели когда-нибудь MOSFET, сгоревший на обрыв?

Неоднократно. Видел даже полностью обуглившиеся и таки ушедшие в обрыв.
Тут всё дело в степени выхода за пределы области безопасной работы - если превышаете малость, то и подгорает мосфет потихоньку, иногда месяцами...
Ну а ежели сразу шарахнете превышение раз в десять, то может и разорвать корпус мосфета.
Вот это уже обрыв так обрыв

Сообщение отредактировал Herz - Oct 23 2013, 18:52

[Integrator1983]

Тут всё дело в степени выхода за пределы области безопасной работы - если превышаете малость, то и подгорает мосфет потихоньку, иногда месяцами...

Я могу представить себе деградацию ячеек с последующим катастрофическим отказом ключа, но отгорание какого-то числа ячеек без потери работоспособности - не очень.

А как быть с неравномерным нагревом из-за неодинакового расстояния от мосфет до нагрузки? Была версия платы, на которой мосфеты стояли в ряд, друг за другом. Самая высокая температура была у того, который стоял ближе к нагрузке, остальные по нисходящей.

А бог его знает, почему так получилось. На постоянном токе - несимметричное относительно ключей высокое сопротивление дорожек ПП, при коммутации - несимметричные относительно ключей индуктивности по цепям затвора и СИ (грубо говоря, первый ключ коммутацию один тянет). Максимально симметричным должно все быть.

[sKWO]

Для сомневающихся в возможности параллельной работы MOSFET - рекомендую обратить внимание на зависимость Rds_on от TJunction.

скептическое настроение нащёт параллельного включения фетов прошло.осадок остался...

Что Вы хотели этим сказать?

у топик-стартера затворы соединены через резисторы с разбросом сопротивления больше чем разброс ёмкостей у тех же фетов.
подозреваю что в моменты комутации кто-то раньше тянет одеяло на себя ну а кто-то позже (в зависимости от тау цепи).
именно это меня и смутило.
если биполярники выравниваютя в эмитерах нихромовыми нитями то в цепях комутации феты ИМХО надо соединять ного к ноге и чем ближе тем лучше.
выравнивание же резисторами на затворах, насколько мне не изменяет память - это из области линеаризации звучания УМЗЧ где в
выходных каскадах использованы ключевые транзисторы каковыми и придуманы феты

А разница в температуре между параллельными мосфетами из-за чего, если самовыравниваются?

всё очень просто - неравномерный нагрев - это и есть следствие выравнивания по току.
расбросс у фетов небольшой но всё-же он таки есть.
"выравнивание" получается вследствии того что фет с меньшим сопротивлением И-С греется больше чем фет(ы) с большим сопротивлением, а
разогрев канала приводит к увеличению его сопротивления и как следствие уменьшение тока протекающего через него и его увеличения через другие
транзисторы. иными словами происходит тепловое выравнивание сопротивлений транзисторов.
соответственно медная пластина и термопаста должна улучшить положение для улучшения самовыравнивания.

[MSprut]

...затворы соединены через резисторы с разбросом сопротивления больше чем разброс ёмкостей у тех же фетов.

Можно и 1% резисторы поставить, чтобы как-то минимизировать влияние разброса.

соответственно медная пластина и термопаста должна улучшить положение для улучшения самовыравнивания.

А установка мосфетов в корпусах D2PAK прямо на плату может как-то сгладить этот эффект? Возможно с двух сторон, друг напротив друга.

[Integrator1983]

если биполярники выравниваютя в эмитерах нихромовыми нитями то в цепях комутации феты ИМХО надо соединять ного к ноге и чем ближе тем лучше. выравнивание же резисторами на затворах, насколько мне не изменяет память - это из области линеаризации звучания УМЗЧ

Без резисторов в затворах параллельных MOSFET получите жуткий звон емкостей затворов и индуктивностей монтажа.

[sKWO]

А установка мосфетов в корпусах D2PAK прямо на плату может как-то сгладить этот эффект? Возможно с двух сторон, друг напротив друга.

Как один из вариантов - да.

Без резисторов в затворах параллельных MOSFET получите жуткий звон емкостей затворов и индуктивностей монтажа.

таки -да. автору нужно поставить 1% резисторы ом скажем от 5-ти до 15-ти
это избавит от звона и чуточку замедлит коммутацию фетов. можно ещё поставить ферритовые биды, хотя корпус не тот.
должен признать что емкость затвора весьма относительное, там и индуктивность и сопротивление.
если посмотреть на кривую зависимости заряда от напряжения в этом можно убедиться.

[MSprut]

таки -да. автору нужно поставить 1% резисторы ом скажем от 5-ти до 15-ти
это избавит от звона и чуточку замедлит коммутацию фетов. можно ещё поставить ферритовые биды, хотя корпус не тот.

В затворах были резисторы по 22Ом и ферритовый брусок был, это от выбросов не избавляло, но резисторы были 5% и брусок был в корпусе 0805 один на 2-3 мосфета, т.е установлен между выходными транзисторами драйвера и точкой соединения затворных резисторов. Я так понимаю это было не правильно, нужно бид прямо на затворный вывод одевать? А как уменьшение завторного резистора может избавить от выбросов?

[sKWO]

В затворах были резисторы по 22Ом и ферритовый брусок был, это от выбросов не избавляло, но резисторы были 5% и брусок был в корпусе 0805 один на 2-3 мосфета, т.е установлен между выходными транзисторами драйвера и точкой соединения затворных резисторов. Я так понимаю это было не правильно, нужно бид прямо на затворный вывод одевать?

Да, бидики прямо на каждый затвор фета.
вот EMI фильтры от мурата
там расписано об эфективности работы на разных частотах

А как уменьшение завторного резистора может избавить от выбросов?

Не избавит совсем, наличие резистора ИМХО это скорее правило хорошего тона. Он играет роль скорее для ограничении тока заряда затворной ёмкости, или рассеивания на нём мощности если ток драйвера слишком мал.
более детально тут

[MSprut]

Да, бидики прямо на каждый затвор фета.

Спасибо, но с затворами оказалось все нормально. На выходах мосфет не очень нормально. В схеме 1 на к.1 XT3 выброс около 5В в минус при включении мосфет. Чем меньше резисторы в затворах, тем выброс больше, но не больше 7В при 10Ом и меньше 5В не становится при увеличении резисторов больше 47Ом. А на к.1 XT4 выброс в плюс, но там уже 15-20В сверх напряжения питания, а может и больше, очень узкий выброс, плохо видно верхнюю границу. Длина проводов до нагрузки 1-1.5м не больше, сечение 1.5мм.кв. Убрать этот выброс никак не получается, никакими резисторами, диодами и супрессорами.

[Herz]

Очень может быть, что эти выбросы - результат наводки на щуп осциллографа. Нужно минимизировать контур, подключаемый к измеряемой цепи.

[MSprut]

Очень может быть, что эти выбросы - результат наводки на щуп осциллографа. Нужно минимизировать контур, подключаемый к измеряемой цепи.

А могут они быть из-за того что питается это все от трансформатора 50Гц с выпрямителем и С-фильтром? И как этот контур минимизировать в данном случае? Или питание от АКБ нужно? Осциллограф С1-99, щупы вот такие http://www.chipdip.ru/product/hp-9060/

[Herz]

А могут они быть из-за того что питается это все от трансформатора 50Гц с выпрямителем и С-фильтром? И как этот контур минимизировать в данном случае? Или питание от АКБ нужно?

Нет, дело не в питании и не гальваноразвязке. Просто, если в схеме "гуляют" приличные токи с крутыми фронтами, то они имеют свойство излучать в эфир ЭМИ. Возьмите Ваш щуп, попробуйте подключить и земляной вывод, и сигнальный к одной точке. Например, к стоку транзистора. Или даже на земляную шину. Что увидите?

[MSprut]

Возьмите Ваш щуп, попробуйте подключить и земляной вывод, и сигнальный к одной точке

Подключал оба вывода к минусу питания, когда луч по сетке выставлял, ничего не видел, никаких выбросов.