Falla de MOSFET (RN6020JNZ4) - todos los pines en cortocircuito

Tres cosas (y una última edición):

1. Asegúrese de que los tiempos de subida y bajada de la puerta sean lo más cortos posible
2. Asegúrese de que el voltaje de la puerta sea superior a 10 V como mínimo y que el valor de rdson sea bajo
3. Asegúrese de que el mosfet tenga una buena disipación térmica

Lo más probable es que la muerte térmica haya matado al mosfet. Esto sucede cuando la compuerta se baja o se eleva porque momentáneamente el mosfet convertirá la mitad de la potencia de las cargas en calor. Esto significa que cada vez que lo enciendas y apagues, el fet se hundirá hasta la mitad de la potencia de la carga resistiva.

Asegúrese de que los tiempos de subida y bajada de la puerta sean lo más cortos posible

Si la conmutación toma 1us, entonces el mosfet disipará alrededor de 100W/1us con una carga de 200W o 0.1mW. Esto se multiplica por la cantidad de veces que se cambia (hacia arriba y hacia abajo), por lo que un PWM de 3 kHz sería 6000 veces. Esto sería de unos 0,6W, pero si el tiempo de subida fuera de 3us sería de 1,8W. Un tiempo de subida de 10us sería de aproximadamente 6W, lo que sería suficiente para que el mosfet supere los 120C del aire en el aire (un conductor estaría bien). el tiempo de subida bajo.

Una carga de 20 ohmios estaría en algún lugar en el rango de 2500W y 2500W/1us nos da 0.025W si cambias una vez por segundo. 3kHz serían 15W a 1us. A 10us sería 150W, e incluso si la parte estuviera en un gran conductor obtendría 150W/0.5(C/W)= 75C sobre la temperatura ambiente en un conductor perfecto pero en la vida real el factor es probablemente más como 150W/1( C/W)= 150C

Entonces, el tiempo de subida es importante y la disipación es importante. Esto se puede simular en su modelo de especias (presione Alt, espere a que el cursor se convierta en un termómetro y luego haga clic en el mosfet en el modelo. Ctrl, haga clic en la etiqueta de potencia sobre el gráfico para obtener la potencia promedio). El problema será asegurarse de que el controlador de voltaje de la compuerta sea el mismo en el modelo que en el mundo real, así que mida el tiempo de subida en la compuerta y agregue capacitancia (o haga un filtro RC antes de la compuerta) hasta que coincida.

La potencia promedio debe ser inferior a 4 W si el mosfet está en el aire y 100 W si está en un muy buen conductor.

Asegúrese de que el voltaje de la puerta sea superior a 10 V como mínimo

Para obtener la resistencia más baja del mosfet, debe tener un voltaje de compuerta superior a 10 V y realmente debe estar por encima de 12 V para encenderse por completo (cuanto más alto, mejor hasta 30 V, pero manténgalo un poco por debajo de 30 V ya que cualquier cosa por encima de 30V destruirá la puerta). A 12V el mosfet será de 0.2Ω. La bombilla tiene 0.7A de corriente, lo que significa 0.7A*0.2Ω= 0.14W de potencia y

Asegúrese de que el mosfet tenga una buena disipación térmica

¿Cómo sabes qué tan caliente se pone la pieza? Depende de a qué se adjunte:

Si estuviera conectado a un disipador térmico de metal grande, la temperatura de la unión térmica es de 0,5 (C/W) (probablemente más). En el aire es 30C/W. Estos son extremos, si tiene algo conectado al fet, estará en algún punto intermedio.

Para calcular qué tan caliente se calentará la pieza, tome la temperatura ambiente (25 °C para temperatura ambiente) y cuántos vatios se disipan en la pieza (digamos 3W). También diremos que la pieza está en el aire, por lo que usaremos 30C/W para la resistencia térmica de la unión.

Luego tome la resistencia térmica de la unión y multiplíquela por el calor disipado:

(3W)*(30C/W)= 90C

Esta temperatura es qué tan caliente se pondrá sobre aquello a lo que está unido

25C+90C=125C

Haremos esto nuevamente por tener una gran pieza de metal a 40C conectada al mosfet

(3W)*(1C/W)= 3C

por lo que la temperatura final sería

40C (temperatura del metal) + 3C = 43C

La parte no puede tener más de 150C, yo no pasaría de 120C en los cálculos para dar un factor de seguridad. Así que mantenlo unido al metal.

EDITAR: Lo último

Además de la muerte térmica, la otra forma principal en que mueren los mosfets es al exceder Vds o Vgs. Las compuertas son realmente fáciles de explotar y podría ser muy fácil llegar a más de 30 V incluso por un corto tiempo. Verifique las fuentes de alimentación y asegúrese de que no haya diferencias entre ellas (o diferencias en el inicio de las fuentes de alimentación, tenía una fuente china a la que le gustaba comenzar con un pico de 5 V más allá de los rieles, mató algunas cosas sin filtrar).

ESD también puede ser un problema, ya que es muy fácil superar los 30 V (las puertas deben estar protegidas por un diodo). Si está manejando los cables sin una correa, entonces consiga una.

Fuente de imágenes: https://d1d2qsbl8m0m72.cloudfront.net/en/products/databook/datasheet/discrete/transistor/mosfet/r6020jnz4c13-e.pdf

Lo que otros dijeron, además...

• REDUCIRÍA el voltaje de la compuerta a la región de 12-15V. Los gráficos de la hoja de datos sugieren que esto debería ser más que adecuado (incluso permitiendo que sean curvas "típicas" y esto le da más margen entre Vgs y Vgs_abs_max para transitorios.

• Coloque un zener con polarización inversa entre la puerta y la fuente, lo más cerca posible del FET y los conductores más cortos. Vz ligeramente por encima de max Vdrive. Esto recorta los picos del drenaje a través de la capacitancia de Miller que puede (y lo hace) destruir el óxido de la fuente de la puerta en sobretensiones leves de la puerta. Si bien esto es para cargas teóricamente inductivas, protege incluso contra la inductancia de drenaje parásita y requiere un costo y esfuerzo mínimos. He visto esto transformar un circuito que falló repetidamente en minutos a uno que fue confiable a largo plazo.

• No suele ser necesario si se ha hecho anteriormente, pero puede ser útil.

• Diodo Schottky de fuente de puerta con polarización inversa, montado como se indica arriba.
  Esto recorta rápidamente los ciclos negativos de las oscilaciones de la puerta y reduce en gran medida el timbre de la puerta.

• No es obvio de qué es capaz su controlador de puerta. Debería poder generar, digamos, 1A con R8 que afecta el tiempo de carga de la tapa de la puerta.

Menos probable:

• Su R8 está diseñado para amortiguar el timbre del controlador de puerta. En todo caso, puede ser demasiado alto, pero probablemente esté bien.

• Un R8 demasiado bajo aumenta el timbre de la puerta y también puede dar una conmutación demasiado RÁPIDA con pérdidas adicionales.