Brennende Mosfets wechseln, was passiert?

Ich habe an einem SEPIC-Konverter für die Stromversorgung einer elektronischen Zigarette gearbeitet. Diese Anwendung beinhaltet die parallele Verwendung von zwei 3,7-V-INR-Batterien, die für einen angemessen hohen Entladungsstrom ausgelegt sind, um den Wandler mit Strom zu versorgen und ein Kanthal-Heizelement mit einem Gleichstromwiderstand im Bereich von etwa 0,5 Ohm bis 2 Ohm anzutreiben.

Ich treibe den SEPIC-MOSFET mit dem PWM-Ausgang eines Atmega328p bei ~ 5,0 V, über einen 100-Ohm-Begrenzungswiderstand und mit einem 10-K-Pulldown gegen Masse. Der SEPIC-Teil der Schaltung ist wie folgt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der einzige Unterschied besteht darin, dass mein MOSFET ein STL260N3LLH6 und meine Diode MBR2045EMFST1G ist - meine LTSpice-Bibliothek enthält keine Einträge für die Teile, die ich tatsächlich verwende. Die Induktivitäten sind nicht gekoppelt und für eine Stromsättigung von 48 A ausgelegt. Alle Kondensatoren sind Keramik.

Bei niedrigen Arbeitszyklen erhalte ich das erwartete Verhalten, obwohl die Ausgangsspannung manchmal je nach Induktorwert und Koppelkondensatorwert etwa 10% höher ist, als sie für einen bestimmten Arbeitszyklus sein sollte.

Sobald ich ein Tastverhältnis von etwa 55-60 % erreiche, steigt die Ausgangsspannung nicht mehr weiter an und bei etwa 65 % wird der MOSFET extrem heiß und verbrennt, wenn er zu lange betrieben wird.

Anfangs dachte ich, ich würde das MOSFET-Gate nicht stark genug ansteuern, als ich versuchte, meine MCU mit 3,3 V zu betreiben, aber der Betrieb der MCU und des MOSFET mit 5,0 V hat das Problem nicht behoben. Induktorwerte von 1,5 uH bis 6,5 uH wurden ebenfalls mit minimalen Änderungen am Verhalten ausgetauscht. Ich habe versucht, Kondensatoren von 1uF bis 90uF zu koppeln, immer noch kein Glück. Schaltfrequenzen von 400Hz bis 128kHz wurden ebenfalls ausprobiert.

Kann mir jemand in die richtige Richtung weisen, warum mein MOSFET verbrennt? Aus Neugier habe ich aus den gleichen Teilen einen Buck-Boost-Wandler aufgebaut und ein ähnliches Ergebnis erhalten.

Warum verwenden Sie keinen Boost- oder Buck-Boost-Regler-IC? Es wird wirtschaftlich sein und viele Sicherheitsfunktionen enthalten, die über die MCU nicht verfügbar sind.
Ganz zu schweigen davon, dass er es im offenen Regelkreis betreibt. Die Ausgangsspannung variiert je nach Temperatur, Last usw.

Antworten (2)

Wie haben Sie diese Induktivität und / oder Zeitwerte berechnet? Außerdem werden 100 Ohm diesen Gate-Schalter mit einer Gletschergeschwindigkeit bewirken. 62nC (Datenblatt) ist eine Menge Gate-Ladung.

Wie auch immer, wenn wir davon ausgehen, dass Sie eine Einschaltdauer von 50% haben und den Strom linear von 0 für 1 ms ansteigen lassen (nehmen wir den besten Fall an, beginnend bei Null), wird der Strom am Ende der Zeit (durch die 4,7-uH-Induktivität) 787A sein.

Sie müssen dieses Gate mit einem Gate-Treiber auf mindestens 5 V und auf keinen Fall mit den ~ 150-200 Ohm (unter Berücksichtigung des AVR-Ausgangswiderstands) ansteuern , mit denen Sie es ansteuern, und die Schaltfrequenz und / oder die Induktorwerte erhöhen .

Der MOSFET verbringt seine ganze Zeit im linearen Bereich bei hohen Frequenzen und die Induktivitäten sättigen bei niedrigen Frequenzen und der MOSFET wird nie wirklich vollständig eingeschaltet (mit Ausnahme dieses 5-V-Tests).

Wenn Sie ein Oszilloskop betteln oder ausleihen (ich würde nicht empfehlen zu stehlen) und die Spannungs- und Stromwellenformen beobachten können, werden Sie in der Lage sein, schnelle Fortschritte zu machen. Wenn nicht, sehen Sie sich die Simulationen einschließlich Stromwellenformen an und schalten Sie tatsächliche Werte wie 100+ Ohm in Reihe mit dem Antrieb.

Hat Ihr Induktor einen Kern? Möglicherweise sättigt es sehr früh.
Fahren mit einem MOSFET-Gate-Treiber bei 5 V (oder mehr) ohne einen großen Vorwiderstand und eine viel höhere Frequenz, sodass die Ströme angemessen sind. Ich habe die Zahlen nicht ermittelt (sollten Sie), aber wahrscheinlich 50 kHz oder mehr.

Ich denke, Sie müssen Ihr Design zuerst auf einer grundlegenden Ebene definieren. Wie viel Spannung willst du am Ausgang? Dauerbetrieb? Wie viel Strom? Finden Sie Ihre grundlegenden Anforderungen heraus und beginnen Sie von dort aus mit der Dimensionierung Ihrer Komponenten.

Das Ansteuern eines Leistungs-MOSFET von einem MCU-Pin ist eine schlechte Idee, es sei denn, Sie treiben Kleinsignal-FETs (Logikpegel) an. Der MCU-Pin kann nur wenige mA liefern. Dies bedeutet, dass der FET ziemlich langsam schaltet. Jedes Mal, wenn der MOSFET ein- oder ausgeschaltet wird, leitet er Wärme ab. Je höher die Schaltfrequenz, desto höher der Verlust. Das Gate des FET muss also mit einer Gate-Spannung von 10 V oder mehr stark angesteuert werden (maximal, insbesondere wenn hohe Ströme getrieben werden sollen. Außerdem muss der MOSFET VIN + VOUT standhalten. Ich würde einen Sicherheitsfaktor von 30 hinzufügen % damit es robust ist.

Andererseits können Sie mit einer hohen Schaltfrequenz die Größe Ihrer Induktivitäten und Kondensatoren (bis zu einem gewissen Grad) reduzieren. Es geht nur um Kompromisse ...

Erwägen Sie die Verwendung von LM5022 als Controller. Ich habe damit und mit gekoppelten Induktivitäten von Coilcraft erfolgreich einen SEPIC gebaut. Sie könnten mit einem engeren VIN-Bereich davonkommen. Der knifflige Teil besteht darin, den Chip bei niedrigen Spannungen zu starten, aber vielleicht können Sie eine einfache Ladungspumpe verwenden ( https://www.powerelectronictips.com/faq-what-is-a-charge-pump-and-why-is-it -useful-part-1-faq/ ), um den Chip zu starten und ihn dann vom Ausgang zu versorgen (wenn die Ausgangsspannung hoch genug ist). Denken Sie daran, Dioden zu verwenden, um die beiden Pfade zu entkoppeln!

Wenn Sie nur einen kurzen Hochstromimpuls benötigen, sollten Sie Ihr Design vielleicht überdenken.

Brennende Mosfets wechseln, was passiert?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v