MOSFET-Überhitzung in der PWM-Steuerung

Ich verwende einen MOSFET, um eine Last mit 24 V und 15 A zu schalten, wobei der Gate-Eingang ein 500-Hz-PWM-Signal ist. Dies führt jedoch dazu, dass der MOSFET überhitzt und durchbrennt. Alle mögliche Vorschläge würden geschätzt.

R1 = 100 Ohm

R2 = 1000 Ohm

Q1 = IRL3103PbF (Vdss = 30 V, Id = 64 A)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Warum ist R2 auf der anderen Seite von R1?
Dies kann wiederverwendbar sein: electronic.stackexchange.com/a/152134/8627 Wahrscheinlich treiben Sie den MOSFET nicht mit ausreichend hoher Spannung an. Sie müssen jedoch prüfen, ob Ihr MOSFET 24 V an seinem Gate standhalten kann.
Mir gefällt nicht, was Abbildung 8 des IR-Datenblatts sagt ...
Das Signal am Gate ist das 3,3-V-PWM-Signal vom Mikrocontroller, nicht 24 V.
@Matt: Der Mikrocontroller wird mit +5 V versorgt, nicht mit 3,3 V.
@DwayneReid: Richtig, aber der PWM-Ausgang des Mikrocontrollers beträgt 3,3 V.
@IgnacioVazquez-Abrams: Was stört dich an Abbildung 8? Ich bin mir nicht sicher, worauf sich die Zeiten (10 ms, 1 ms, 1 Mus) in dieser Abbildung beziehen.
Abb. 8 des Datenblatts (Safe Operating Area) sollte hier nicht relevant sein, es sei denn, es besteht Grund zu der Annahme, dass der MOSFET nicht vollständig angesteuert wird.
Benutzt du einen Kühlkörper?
Nein, ist das nötig?
Normalerweise entwerfe ich solche Schaltungen nicht. Aber ich denke, 100 Ohm könnten zu viel sein. Wie wäre es mit 10 Ohm oder Null? Legen Sie auch ein Zielfernrohr auf den Abfluss. Vielleicht gibt es beim Ausschalten ein unerwartetes Überschwingen, das den FET sprengt. Die FET-Ausfälle, die ich in meinen Schaltungen gesehen habe, waren auf Überspannungstransienten zurückzuführen, nicht auf übermäßige Verlustleistung.
nicht null Ohm, aber ja 10R. Ich bezweifle, dass das bei einer Schaltfrequenz von 500Hz das Problem ist. Was für ein Kühlkörper wird verwendet?
Ihr größter und einziger Fehler ist die Annahme, dass der Mosfet als Schalter fungiert. Das tut es nicht. Es wirkt als Widerstand. Behandle es wie eins. So wie Sie die Verlustleistung jedes Widerstands berechnen möchten, um sicherzustellen, dass Sie ihn nicht überlasten, sollten Sie hier dasselbe tun.

Antworten (3)

Nur für Leitungsverluste könnte die Verlustleistung im MOSFET typisch sein ICH 2 ⋅ R D S ( Ö N ) oder etwa 5,4 W bei Tj = 120 ° C, unter der Annahme einer 4,5-V-Ansteuerung, die Ihr 5-V-Mikro bereitstellen sollte. Bei nur 500 Hz sollten die Schaltverluste selbst mit einem 100R-Gate-Widerstand nicht allzu schlimm sein, aber sie können sich noch addieren.

Sie benötigen einen ziemlich großen Kühlkörper oder einen Lüfter, um diese Wärmemenge abzuführen. Ohne Kühlkörper wird es schnell überhitzen und sich selbst zerstören.

Bearbeiten: Wie Will Dean in einem Kommentar unten betonte, können Sie feststellen, dass Sie ein Problem haben, indem Sie sich den Wärmewiderstand zwischen Übergang und Umgebung (ohne Kühlkörper) aus dem Datenblatt ansehen .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur würde 5,4 W mal 62 oder 334 °C betragen, also mehr als 350 °C bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C. Das liegt weit über der absoluten maximalen Sperrschichttemperatur, und das Teil wird bei einigen ausfallen, bevor es dort ankommt.

Wenn Sie bereits einen großen Kühlkörper haben, würde ich vermuten, dass D1 seine Aufgabe nicht erfüllt. Sie geben die Teilenummer nicht an, aber es muss auch ziemlich viel Leistung ableiten, daher ist eine Schottky-Diode wünschenswert.

Ich verwende überhaupt keinen Kühlkörper, vielleicht ist das das Problem.
Das ist das Problem! Sie müssen die Wärme vom FET abziehen oder einen besseren FET kaufen. Sie schalten nicht so schnell, also ändern Sie es für eines mit einem niedrigeren Rds_on
@Matt Beachten Sie, dass die Verluste mit der Sperrschichttemperatur zunehmen, sodass sie mit zunehmender Erwärmung immer schlimmer werden.
Nur um diesen Punkt zu unterstreichen, der Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung liegt im Datenblatt bei 62 °C/W, was >300 °C bei den hier diskutierten Leistungspegeln entspricht.
Für die Nachwelt: Ich baue eine TCM für meine alte Sonate. Ich habe vergessen, das Leerlaufregelventil (ICV) einzubauen und es extern hinzugefügt. Das IRFZ44N für das ICV begann sich aufzuheizen. Fand diese Frage ... und die Antwort von Spehro Pefhany gab mir den Hinweis, ich hatte die FLYBACK-Dioden vergessen. Die DIODEN eingebaut und die Heizung war weg (musste das ICV neu kalibrieren) ...

Wie hoch ist Ihre aktuelle Fahrleistung in uC? Wenn ich richtig liege <20 mA, ist das ziemlich niedrig, um diesen MOSFET schnell genug einzuschalten. Das Gerät erwärmt sich möglicherweise während der Ein-/Ausschaltperioden. Mit anderen Worten, die Ein- / Ausschaltzeit des MOSFET ist ziemlich hoch, die Gate-Kapazität wird aufgrund der durch uC begrenzten Stromausgangsfähigkeit zu langsam geladen.

Wenn dies der Fall ist, versuchen Sie, ein NPN + PNP-Transistorpaar (2N2222 + 2N2907) in die Totempfahlkonfiguration zu stecken, um den MOSFET anzusteuern, dh den MOSFET-Treiber des armen Mannes.

Machen Sie den Gate-Widerstand so niedrig wie möglich () und versorgen Sie den Totempfahl mit 24 V.

Einige einfache Zahlen: Aus dem Datenblatt des MOSFET-Eingangs C = 1,65 nF, Rg = 100 Ohm, 5 Tau = 0,8 us treiben Sie ihn mit 500 Hz an ... das bedeutet, dass die Gesamtzeit, die für das Umschalten von Ein-> Aus und Aus-> Ein aufgewendet wird, am geringsten ist 1/1000 der Zeit. Dies ist die Zeit, in der die meisten Verluste auftreten.

Was ist Ihre physische Anordnung? R1 muss direkt am Gate des FET liegen. Ihre negative 24-V-Leitung muss direkt an der Source-Leitung des FET liegen. Kurze Leitung von der FET-Quellleitung zum Massestift des Mikrocontrollers.

Mit anderen Worten: Behandeln Sie die FET-Source-Leitung als Sternpunktverbindung für die 24-V-Stromversorgung und den Rest der Schaltung.

Mein Gedanke ist, dass der FET oszilliert.

Die FET-Spezifikationen sehen gut aus: Sie sind mit Vgs von mehr als 4 V ziemlich vollständig verbessert

Andere Dinge zu versuchen:

Verringern Sie die PWM-Frequenz und prüfen Sie, ob der FET immer noch so heiß wird. Wenn ja, reduzieren Sie R1 auf 22 Ohm.

MOSFET-Überhitzung in der PWM-Steuerung
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