Соленоидное переключение повреждает MOSFET-транзистор

У меня есть система, в которой несколько электромагнитов / соленоидов переключаются с помощью схемы переключения MOSFET на стороне высокого напряжения. Схема коммутации выглядит следующим образом:

Как видно из принципиальной схемы, соленоид переключается конфигурацией пары транзисторов NMOS-PMOS, а управляющий сигнал поступает от сдвигового регистра 74HC595. Транзистор NMOS (Q25) представляет собой BSS138L с максимальным током стока 200 мА. Транзистор PMOS (Q110) представляет собой DMP2305U с максимальным непрерывным током стока 4,2 А. Все транзисторы находятся в корпусе SOT-23. Соленоид имеет сопротивление 75 Ом и при включении потребляет примерно 150-250 мА тока. Обратный диод (D25) - 1N4007. Длина проводов от схемы переключения до фактической клеммы соленоида варьируется от 2 до 10 метров. На соленоидах нет дополнительных обратных диодов, и практически невозможно добраться до соленоида, чтобы добавить туда такие диоды (из-за конструкции текущей системы). Поэтому,

Иногда происходит следующее: после того, как соленоид получил команду на выключение, он иногда остается «застрявшим» во включенном положении, даже если выход 74HC595 выключен («низкий»). Светодиод на схеме указывает на состояние переключения схемы в любой момент времени. В этом случае этот светодиод также остается включенным, что указывает на то, что (как минимум) транзистор PMOS все еще проводит ток. При повторном включении соленоида NMOS-транзистор сгорает (с довольно эффектным свечением) и 74HC595 поджаривается. Транзистор PMOS, кажется, все еще в порядке, хотя я бы не стал на него рассчитывать.

Мне было указано, что обратноходовой диод, вероятно, слишком медленно рассеивает индуктивную отдачу, вызванную выключением соленоида. Его, безусловно, можно заменить диодом Шоттки для более быстрого рассеивания индуктивной отдачи.

Тот факт, что NMOS-транзистор и 74HC595 повреждены, предполагает, что, вероятно, 12-15 В постоянного тока (от VCC) попадают на выход 74HC595 (и, следовательно, на затвор NMOS-транзистора), что противоречит мощности 5 В постоянного тока. питания 74HC595 и в конечном итоге повреждает микросхему. Я предполагаю, что, возможно, происходит то, что обратноходовой диод не может рассеять индуктивную отдачу достаточно быстро, и что на выводе источника возникает достаточно большой перепад напряжения, который повреждает внутренний диод PMOS-транзистора, а также сам транзистор и, по существу, замыкает клемму затвора на сток/исток. Теперь, когда это произошло, существует путь с очень низким сопротивлением от VCC до вывода стока NMOS-транзистора через затвор PMOS-транзистора. Кроме того, тогда также существует постоянный путь с низким сопротивлением между VCC и соленоидом, поскольку транзистор на этом этапе постоянно проводит. Когда NMOS-транзистор включается, он по существу замыкает VCC на GND (через NMOS-транзистор) и повреждает NMOS-транзистор, вызывая аналогичный путь короткого замыкания затвор-сток/исток, который заканчивается на 74HC595.

Чтобы предотвратить протекание тока в PMOS-транзистор из-за индуктивной отдачи, я решил включить диод последовательно с выводом истока (D86 на схеме ниже). Кроме того, низкоомный резистор (R92 на приведенной ниже схеме) последовательно с обратноходовым диодом (Шоттки) также может способствовать более быстрому рассеянию индуктивной отдачи. Это приводит нас к следующей схеме:

Имеет ли смысл мой анализ/кажется ли он правдоподобным? Звучит как хорошее решение проблемы?

Что бы это ни стоило, этот вопрос связан с другим более ранним вопросом, который я разместил, но фокусируется на отдельной проблеме. Проблема в моем другом посте и эта проблема, скорее всего, в некотором роде связаны, но я хотел бы сосредоточиться на каждой проблеме в отдельности. Большое спасибо тем, кто уже внес свой вклад в другой пост.

Ваша помощь будет принята с благодарностью в этом отношении. Заранее спасибо.

================================================== =====

ОБНОВЛЯТЬ:

Принимая во внимание все комментарии и советы, я обновил схему включения, включив в нее следующее:

• Обратноходовой диод Шоттки (D1) ( SS110 в корпусе SMA) вместо 1N4007
• Резисторы на затворе NMOS (R93), а также между стоком NMOS и узлом нагрузочного резистора затвора/затвора PMOS (R92)
• Шунтирующий конденсатор между VCC и GND рядом с транзистором PMOS (C1)
• Подходящий PMOS-транзистор (Q86) с Vgs,max = ±20 В ( DMG2307L , ранее использовавшийся PMOS-транзистор — DMP2305U с Vgs,max = ±8 В).

Это приводит к следующей схеме:

Теперь возникает несколько вопросов:

1. Недавно выбранный PMOS-транзистор (DMG2307L) имеет более высокое пороговое напряжение затвора (3 В), чем старый (0,9 В). В исходной схеме не было делителя напряжения на затворе PMOS-транзистора, что приводило к напряжениям на затворе, превышающим максимальный номинал транзистора. Теперь новый транзистор имеет более высокое значение Vgs,max.которое выше, чем напряжение питания схемы, хотя я хотел бы по-прежнему проектировать с осторожностью, чтобы затвор транзистора PMOS никогда не подвергался слишком высокому напряжению. Поэтому в приведенную выше схему добавлен резистор R92. Какой резистор подойдет для ограничения напряжения затвора до 5 В (что должно полностью открыть транзистор, учитывая его пороговое напряжение 3 В)? Действительно ли необходимо иметь R92, если транзистор может работать с ожидаемыми напряжениями затвора, как если бы R92 не было (т.е. VCC)? ОБНОВЛЕНИЕ . Да, этот резистор требуется. Первоначальное размещение R92 было неверным. Теперь он перемещается между воротами Q1 и узлом, соединяющим ворота R7/Q86.
2. Является ли добавление конденсатора C1 мудрой идеей? Поможет ли это в подавлении любых возможных всплесков напряжения, которые могут возникнуть во время переключения? Если да, то какое значение будет подходящим? ОБНОВЛЕНИЕ - Да, этот конденсатор требуется. Значения 220 мкФ, 470 мкФ и 1000 мкФ будут опробованы/проверены.
3. Подходит ли диод Шоттки (D1) для этого приложения, особенно учитывая, что он находится в корпусе SMA? ОБНОВЛЕНИЕ - Да, он подходит для этого использования.