Двойной N/P-канальный MOSFET умирает с дымом

Я построил следующую двухтактную схему с двумя полевыми МОП-транзисторами N-MOS и P-MOS. Его назначение — управлять некоторыми внешними светодиодами от микропроцессора на 3,3 В.

Тем не менее, похоже, есть проблема, когда двойной MOSFET-чип «SI4554DY-T1-GE3 Dual N/P-Channel» умирает ужасной дымовой смертью при подключении 12 В, как показано на схеме ниже.

Дым появляется даже тогда, когда нагрузка не подключена и полевые МОП-транзисторы не переключаются (холостой ход).

Насколько я вижу в таблице данных, ни один из пределов (V[GS] < 20 В, V [DS] < 40 В) не превышен.

Можете ли вы помочь в определении проблемы? Спасибо!

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Изображение реализации схемы

Дымовые сигналы - это то, как передаются сообщения об ошибках, возникающих в результате превышения максимальной рассеиваемой мощности.
Результаты вашего моделирования будут такими же хорошими, как и ваше моделирование. Если вы управляете группами светодиодов, нагрузка не очень хорошо моделируется как резистор на 100 Ом.
Ах, да, забыл сказать, что сообщение об ошибке (дым) появляется, когда вообще не подключена нагрузка (R_LOAD = бесконечность).
Какое напряжение на затворе при подключении 12В? Вероятно, оба мосфета проводят, закорачивая друг друга. Кроме того, почему вы используете push-pull для этого? N-MOSFET не делает ничего полезного в управлении вашими светодиодами...
Когда вы подаете питание, вы полагаетесь на R2 для зарядки затворов двух полевых МОП-транзисторов. Сколько времени это занимает и какой ток протекает через них за это время?
Ну, я использую источник с ограничением тока 1 А, поэтому напряжение затвора также ограничено. Это около 9В (выход источника напряжения).
Причина использования двухтактной схемы заключается в том, что одна и та же схема используется для управления некоторыми «умными светодиодами», которым требуется положительный сигнал +12 В. У меня есть печатная плата с 8 такими цепями, и это дает мне гибкость в отношении того, какую нагрузку я переключаю.
Вы можете добавить переключатель между 12 В и питанием M1? Таким образом, вы можете подать питание 12 В и позволить ему стабилизироваться, а привод затвора стабилизируется, прежде чем подавать питание на двухтактную схему. Это исключает или исключает медленное время нарастания блока питания, приводящее к одновременной работе обоих устройств. Я бы также попробовал уменьшить подтяжку 47K до 4K7 для гораздо более резкого времени нарастания, пока он заряжает гейты, хотя я думаю, что это менее вероятная причина.
@DaveTweed Ну, это немного сложно измерить из-за дыма и всего остального. Но выходное значение V_LOAD равно 0 В, а через несколько минут, когда, как я полагаю, полевой МОП-транзистор полностью умирает, а выходное напряжение становится ~ 12 В.
Вероятно, это как-то связано с тем, что 222A пыхтит там, когда они оба включены одновременно.
Идея заключалась в том, что вы проанализируете этот аспект дизайна, а не повторите разрушительный эксперимент. Оба полевых МОП-транзистора имеют низкое пороговое напряжение, поэтому наличие высокого «сквозного» тока при любом переходе переключения является вполне реальной проблемой. Основываясь на вашем последующем описании вашего приложения, похоже, что управление двумя воротами по отдельности может быть хорошей идеей; тогда вы сможете отключить их обоих.
@DaveTweed согласился. или добавить туда дроссель (индуктор+диод), чтобы заблокировать всплеск тока переключения.
@TonyM Добавить переключатель было бы немного сложно, но я мог бы попробовать. Я добавил изображение моей установки (см. выше). -> Тревор Насколько я думал, это я разработал его, это никогда не должно происходить в течение длительного времени. У вас есть пример для дросселя? ->DaveTweed Ах, да, конечно, но мои симуляции показывают, что все работает нормально. Ток пробоя моделируется с пиком ~10 мкА.
Я принимаю вашу точку зрения. Не могли бы вы удалить микросхему и поместить конденсатор емкостью 2700 пФ между выводом затвора микросхемы и землей, а затем использовать DSO для измерения времени нарастания и профиля при включении питания?
@ Тревор, может быть, сглаживающий конденсатор на плате рядом с полевым МОП-транзистором между +12 и GND?
@ utu2012 На первом убитом мною один на несколько сантиметров правее.
Мое первое подозрение заключалось в том, что я превышаю рейтинг в SI4554DY, поскольку я уже делал ту же конструкцию для более низких токов с полевыми МОП-транзисторами BSS138 и BSS84P, которые работали очень хорошо.
При такой двухтактной конфигурации оба МОП-транзистора будут включаться на определенный период времени при каждом входном переходе с гораздо худшими передними фронтами из-за 47k R2. Я предлагаю вам значительно уменьшить это значение - 1k или меньше (в зависимости от емкости затвора MOSFET). Если вы моделируете это, убедитесь, что ваш симулятор правильно моделирует емкость затвора.
@brhans Хорошо, я сделаю это. Хотя MOSFET сдох при непереключении (холостой ход), так что, вероятно, причина не в нем.
47к подтянуть? Ой!
Фактически установленная на плате деталь имеет размер 51К. Почему люди настаивают на том, чтобы показывать нам схемы, которые не отражают реальность их ситуации? Все референсные обозначения тоже неправильные.
Удалите M2 — похоже, он ничего не делает, кроме как обеспечивает деструктивный путь «прострела» для M1.
При моделировании в подавляющем большинстве случаев используются типичные значения из таблиц данных, поэтому использование имитации здесь имеет ограниченную ценность. Чего я не вижу, так это контроля «мертвого времени». См. linear.com/docs/4139, чтобы узнать, как обычно составляются макромодели.
@DaveTweed У меня закончились 47k, которые я установил на первую плату, которая умерла (изображение из моего второго, «чистого» теста).
@RussellMcMahon Это двойная часть MOSFET, которая включает в себя как N-, так и P-MOS. Мне нужен «M2» для нагрузок, которые нужно переключать на отрицательный контакт.
@Johns, а у тебя закончились 5 и 1 в Circuitlab? Исчерпание 47 тыс. деталей не означает, что вы не можете нарисовать схему, соответствующую тому, что вы действительно тестировали.
@ThePhoton Исходная схема, которую я тестировал, имела 47k. И это не то, что убивает все. Теперь я попытался использовать подтягивания на 1 км, как предложил Бранс, с тем же результатом. МОП-транзистор, похоже, действует как постоянное короткое замыкание от 12 В до GND.
Когда вы говорите «тестирование без сигнала привода», вы имеете в виду землю или O/C. Если Vin всегда высокий или низкий, то определяется состояние Q1. Но O/C vin позволяет частично включить Q1, что может иметь катастрофические последствия. Несмотря на это, резистор с большим номиналом от базы Q1 до земли подойдет, скажем, 10K || Несколько человек упомянули прострел через M1 и M2, и было предложено несколько схем. | ВОЗМОЖНО полезным является стабилитрон от Q1 C до каждого затвора полевого транзистора и резистор, который отключает каждый полевой транзистор от затвора до истока. Скажем, 2 стабилитрона 5V6 при питании 12 В означают, что кроссовер минимален, а 2 х 6V8 его не дают.
Прежде чем читать комментарии, мое первое «предположение» заключалось в том, что оба M1 и M2 были включены, что привело к короткому замыканию источника питания 12 В. Независимо от симуляции, по-видимому, эта ситуация длится достаточно долго, чтобы повредить чип. Очевидно, решение состоит в том, чтобы не подавать 12 В на M1, пока напряжение затвора не стабилизируется. Установка дросселя на коллектор M1 должна заставить его работать.

Ответы (4)

Ваша конфигурация Push-Pull инвертирована. Предполагается, что N-канальный MOSFET подключается к +ve шине, а P-канальный MOSFET должен подключаться к -ve шине. Ваша схема взрывается, потому что оба полевых МОП-транзистора включаются на некоторое время, когда входной сигнал изменяется с низкого на высокий или с высокого на низкий. Это вызовет короткое замыкание, и вы получите волшебный дым!

См. ссылку ниже:

http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html

Я уверен, что дизайн должен быть правильным. Я использовал эту двухтактную конструкцию несколько раз. Разница сейчас в том, что я использую компонент с двумя полевыми МОП-транзисторами, по сравнению с использованием отдельных МОП-транзисторов в прошлом. При поиске драйвера полумоста MOSFET обе конструкции кажутся популярными.
@Johis, есть значительная разница во времени переключения мосфетов. Даже если вы можете гарантировать, что сигналы стробирования поступают одновременно, БУДЕТ время «оба включены». Я предлагаю вам либо управлять затворами отдельно, либо добавить некоторую индуктивность в линию питания с обратным диодом, чтобы отсечь пики.
@Johis также, это работало раньше, это не признак того, что это было правильно. Здесь мы говорим о незначительных различиях с текущими всплесками, которые длятся nS. То, что убивает одно устройство, может не убить следующее.
@Johis, я чувствую себя глупо, потому что я смотрел на это ранее, когда проверял, что ваши источники FET были правильно подключены к вашей печатной плате. Но ваша схема сработала бы... если бы у ваших ворот было действительно быстрое время нарастания и время спада. Чтобы избежать проблем с этим, гораздо лучше и так же просто использовать обратную схему, показанную по ссылкам vivekkholia. Это гарантирует, что оба полевых транзистора выключены, когда напряжение на затворе проходит через «мертвую зону» между очень высоким и очень низким уровнем. Мне показывали это на моторных приводах несколько десятилетий назад, я должен был это заметить.
@Johis, если вам нужно использовать ту же конфигурацию, что и вы, рассмотрите возможность индивидуального управления полевыми МОП-транзисторами. Установите мертвое время, чтобы убедиться, что они не проводят одновременно.
@vivekkholia Хорошо, я подумаю об этом в следующий раз. Тем не менее, я сомневаюсь, что это текущая основная проблема, поскольку у меня есть волшебный дым, даже когда я не переключаюсь.
@Johis, это может быть убито и во время включения питания.
Однако простое переключение мосфетов не приведет к переходу от рельса к рельсу.
@Johis, если у вас есть доступ к DSO, подключите его к источнику питания вашей схемы, возможно, к истоку P-канального полевого МОП-транзистора, к которому подключено 12 В, и к затворам. настроить DSO на однократный запуск и включить питание. Если вы видите большой всплеск, вы можете быть уверены, что перенапряжение, вероятно, убило его. Затворы MOSFET очень чувствительны к перенапряжению.
@ Джохис, как я предложил час назад, не могли бы вы удалить микросхему и подключить конденсатор емкостью 2700 пФ к выводу затвора микросхемы и земле, а затем использовать DSO для измерения времени нарастания и профиля при включении питания? Это быстро сделать.
@vivekkholia Блок питания на DSO в порядке. Напряжение затвора поднимается чисто до 12В.
@vivekkholia ваш источник (вторая ссылка) просто неверен. Пожалуйста, пересмотрите свой ответ.
@WhatRoughBeast Это было не просто неправильно . Вероятно, это не имело отношения к заданному вопросу. Я также сказал некоторые дополнительные вещи , прежде чем опубликовать это. Хотя убрал.
@TonyM Мой DSO не хочет срабатывать таким образом, чтобы я мог видеть рост. В самом высоком разрешении он моментально поднимается на моем прицеле. (постараюсь найти лучший объем)
Драйверы мощности любят колебаться. 10 нГн и 10 нФ будут резонировать на частоте 16 МГц, что опасно быстро для этих полевых транзисторов. Потери при переключении огромны, и эти потери повторяются 16 000 000 раз в секунду.

Двухтактные схемы такой конструкции печально известны тем, что перегорают из-за непреднамеренного одновременного включения обоих мосфетов.

Очевидно, это может произойти во время переключения, но также может произойти и при подаче питания на цепь. Импульс тока обычно очень короткий, однако чем меньше полевые транзисторы, тем выше вероятность отказа одного или обоих из них.

Таким образом, при использовании двухтактных драйверов рельс-рельс, подобных этому, требуется, чтобы была обеспечена некоторая защита, чтобы гарантировать, что ток не может пройти через мост.

Ниже приведен пример, в котором в качестве токового дросселя используется встроенная катушка индуктивности.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

L1 и D1 на приведенной выше схеме должны быть рассчитаны так, чтобы время нарастания тока было значительно меньше, чем время переключения мосфетов.

Резистор R2 должен быть включен, чтобы перевести схему в определенное состояние, пока включается логика, управляющая ею. Это особенно верно, если сигнал исходит от микросхемы, изначально сконфигурированной как вывод с высоким импедансом. Будет ли этот резистор подключен к земле логической 1, будет зависеть от того, в каком состоянии вы хотите, чтобы выход начинался.

C1 предназначен для защиты МОП-транзисторов от любых скачков пускового напряжения в источнике питания.

R1 также не должен быть слишком большим. Он должен разрядить емкость M1 и достаточно быстро зарядить M2, когда транзистор выключится.

В конечном счете, с этим типом драйвера предпочтительно использовать отдельные управляющие сигналы со встроенным мертвым временем, когда оба переключателя выключаются до включения одного из них. В дополнение к дополнительной защите вашего драйвера, он также добавляет функциональность, позволяющую полностью отключить выход.

Когда вы говорите «тестирование без сигнала привода», вы имеете в виду, что «нет привода» - это заземление с низким сопротивлением или O / C.

Если Vin всегда высокий или низкий, то определяется состояние Q1.
Но O/C Vin позволяет частично включить Q1, что может иметь катастрофические последствия.
Несмотря на это, резистор с большим значением от базы Q1 до земли в порядке - скажем, 10K.

Несколько человек упомянули прострел через M1 и M2, и было предложено несколько схем. ВОЗМОЖНО полезным является стабилитрон от Q1 C до каждого затвора полевого транзистора и резистор на каждый полевой транзистор, который отключает каждый полевой транзистор от затвора до истока.
Два стабилитрона, скажем, 6V8 при питании 12 В означают минимальное пересечение.

На приведенной ниже диаграмме предположим, что V + составляет 12 В, а Vgsth полевого транзистора составляет 2 В в каждом случае.
Полевой транзистор с более низким требуемым напряжением Vc должен составлять 2 В + 6 В 8 = 8,8 В или выше для включения.
Верхний полевой транзистор требует, чтобы Vc был на уровне 12 В - 8,8 В = 3,2 В или ниже, чтобы включиться.

Для Vin < 6,8В. Нижний FET полностью выключен.
Для Vin > 12 - 6,8 В = 5,2 В верхний FET полностью выключен.
Эта существенная защита зоны нечувствительности МОЖЕТ помочь предотвратить прострел.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Я проверю ваше предложение и вернусь к вам. Вышеупомянутый тест был с разомкнутой цепью в основании (поскольку я предполагал, что утечки будет недостаточно для включения NPN BJT).
@Johis Прежде чем пробовать стабилитроны и т. Д., Просто добавьте базовую тягу. Ток утечки умножается на Бета (как минимум), и ток коллектора может увеличиться, «как только он заработает». | Это определенно является источником проблем в некоторых случаях. Так ли это здесь, подлежит уточнению. | NB - НИКОГДА не давайте Мерфи даже передышку - он вполне способен создать проблемы, даже если вы все делаете правильно :-).

12V и нет ограничения по току. Предположим инцидент, когда обе операции ведутся по какой-либо причине и приводят к неудаче. Поместите резистор ограничения тока в источник питания или резистор в источник питания и резистор на землю для баланса выходного напряжения в пределах допуска по току устройства (устройств).

Вскоре я собираюсь поэкспериментировать с полевыми транзисторами с двойным затвором (MOS), и эта статья меня вдохновила! Спасибо :-)

Двойной N/P-канальный MOSFET умирает с дымом
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v