El MOSFET de potencia explotó cuando se aumentó el ciclo de trabajo del 5% al 10%

Si el daño no se debe al sobrecalentamiento, sospecho que los transitorios de voltaje inductivo que exceden la clasificación de voltaje MOSFET pueden ser el problema aquí. En ese caso, los culpables pueden ser el diseño físico, la selección de componentes y / o la falta de una red de protección.

¿Dónde está ubicado físicamente el diodo D5? ¿Al otro lado de los terminales del motor, justo al lado del MOSFET Q6 o en algún otro lugar? Incluso si los transitorios inductivos generados por el motor están sujetos por D5 justo en la fuente (motor), la inductancia parásita de los cables del motor seguirá sometiendo al MOSFET a un pico de voltaje propio cada vez que se interrumpe la corriente. Esto es especialmente cierto si los cables del motor son largos y / o siguen diferentes rutas (área de bucle grande).

Otro problema potencial podría ser la velocidad del diodo de rueda libre. El controlador de la puerta anuncia un tiempo de caída típico de solo 10 ns, mientras que se anuncia un tiempo de caída de 58 ns para el MOSFET (a 58 A, 125 V y una resistencia de la puerta de 3 ohmios). Esto es ligeramente más rápido que el tiempo de recuperación inversa de 75 ns de ese diodo.

Agregaría otro diodo de marcha libre lo más cerca posible de la Q6, a menos que ya esté presente, en cuyo caso una red de amortiguamiento debería solucionar el problema. Si bien el diodo de rueda libre todavía se haría cargo de la mayor parte de la energía almacenada, incluso un simple amortiguador RC de serie entre el drenaje y la fuente tomaría el borde más rápido de ese pico. Otra modificación más podría ser desacelerar a propósito la transición de encendido y apagado de los MOSFET aumentando R29, reduciendo la velocidad de cambio de la corriente (y por lo tanto el voltaje inducido) y permitiendo más tiempo para que el diodo se encienda.

Parece que eligió piezas con un nivel de voltaje suficiente. Por lo tanto, algo que explota se debe a una excesiva disipación de energía.

Lo primero que se debe verificar es si el FET se está cambiando correctamente y si se está cambiando correctamente como resultado. Cualquier tiempo significativo invertido en la región de transición aumentará rápidamente la disipación de energía.

Sin embargo, incluso con el cambio FET instantáneo, debe considerar la disipación de energía. Con R _DSON de 12 mΩ y 27 A, el FET disipará casi 9 W cuando esté encendido. Ese FET puede manejar 9 W, pero solo con un disipador de calor adecuado o algún tipo de enfriamiento. Agregue a eso la inevitable disipación adicional durante las transiciones de conmutación. Si solo tienes el paquete desnudo levantado en el aire, entonces no es de extrañar que se fríe.

Respuesta a los comentarios

a un ciclo de trabajo del 10%, la pérdida de conducción promedio es de solo 0.9W

Verdadero. Solo estaba tratando de señalar que la disipación en su totalidad no puede ser ignorada.

Espero que la disipación durante las transiciones de conmutación sea el verdadero culpable, especialmente porque no hemos visto ninguna forma de onda al contrario. 110 V CA rectificada hace aproximadamente 150 V DC. El peor de los casos es cuando la mitad está en el FET y la otra mitad en el motor. (75 V) (13.5 A) = 1013 W. Incluso los tiempos cortos en la región de transición se suman a una disipación significativa.

27A están a plena carga, y no pretendo alcanzar ese punto.

No tienes otra opción. El motor tomará la corriente completa al arrancar. En realidad, no está claro si 27 A es la corriente de funcionamiento esperada o la corriente de bloqueo. Si esa es solo la corriente de ejecución máxima esperada, entonces los números que muestro arriba empeorarán mucho.

La inductancia de las bobinas sí ayuda, pero a tan solo 10 kHz es difícil adivinar cuánto. Con una alta inductancia, la corriente cambia poco entre las fases de encendido y apagado del PWM, y la corriente durante el tiempo de encendido se acerca al promedio. Sin embargo, cuando se cambia lentamente en relación con la constante de tiempo inductiva, se obtiene una cantidad mucho más alta que la corriente promedio al final de la fase de PWM. Dado que la disipación en el estado va con el cuadrado de la corriente, el último resulta en una mayor disipación.

La conmutación demasiado lenta también produce una mayor disipación en el motor, algo que probablemente desee minimizar a este nivel de potencia. Para convencerse de eso, considere la corriente a través del motor como un compuesto del promedio de CC y la ondulación de CA debido a los pulsos. Solo el promedio de corriente continua mueve el motor. La ondulación de CA no realiza ningún trabajo útil, y solo causa calentamiento debido a las pérdidas de I ² R en la resistencia de las bobinas del motor.

Nuevamente, necesitamos ver las formas de onda para determinar qué tan bien está cambiando el FET y cuál es el componente de la corriente del motor.

Hay, tu MOSFET se ve bien con Vds (2 veces Vbus), Rds (12 mOhm) e Ids (128A).

¿Puede proporcionar información adicional acerca de su motor de CC, como la corriente de arranque a plena carga?

El ciclo de trabajo del 5% es demasiado bajo, he visto un motor de CC con engranajes que ni siquiera arranca antes del ciclo de trabajo del 60% y sigue zumbando con el ciclo de trabajo bajo.

¿Está tomando la protección ESD adecuada para el manejo de MOSFET? A veces, el MOSFET explota simplemente porque el aislamiento de la compuerta está dañado (la capa de SiO2 que tiene una especificación de +/- 20 V). Inténtalo de nuevo, a veces los componentes son defectuosos para empezar, ¡sopla al menos 3 MOSFET y luego vuelve!

La conmutación de 50 amperios en 10 nanosegundos, a través de 5 cm de traza de PCB con NO debajo, produce aproximadamente 50nanoHenries inductancia (1nH / milímetro),

V = L * dI / dT

V = 50 nH * 50 amps / 10 nanosegundos, y el nano cancela el nano

V = 50 * 50/10 = 250 voltios