MOSFET mecanismo de falla: ¿fue el calor?

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Estoy depurando un MOSFET fallido ( IRF6662 ), y en el proceso de hacerlo. , estoy teniendo dificultades para entender completamente el comportamiento térmico de los FET. Los dos FET utilizados para la conmutación de CC fallaron en corto independientemente (2 Ω en corto sobre S-D, y las resistencias S-G y D-G por debajo de lo usual ~ 1 kΩ). Éstos fallaron cuando encendí cada FET en una carga sustancial (34 V en 9 Ω y 1 mF de capacitancia). Estos FET están controlados por un controlador de conmutación ( LT4363 ) que tiene un función de arranque suave, por lo que la tensión de carga aumenta linealmente en aproximadamente 100 ms.

CreoqueloquesucediófueundañotérmicodebidoalageneracióndeenergíasuperioralanormalenelFETcuandoelcontroladordelinterruptormantuvoelFETenregionesóhmicasantesdequeseencendieraporcompleto.Estimoquesedisipóunapotenciapromediode20Weneseperíodode100ms,concentradaprincipalmenteenlamitadmediadeesetiempo.Alusarunauniónderesistenciatérmicaaambientede5°C/W(delaFig.3,lagráficadeimpedanciatransitoriaparaunpulsode100ms),obtengounaumentodetemperaturaTjde10°C,biendentrodeloslímitesaceptables.Entonces,siheentendidoestocorrectamente,nopareceunsimplecasodesobrecalentamiento.Pero,¿tienesentidoestecálculotérmicoenestecaso?

Otraposibilidadeslainestabilidadtérmica.AlverlaSOAdelFETyestimarlacurvaI-Valolargodelperíododeactivaciónde100ms,obtengoesto:

Parecequemeestoyaventurandofueradelímitesporunperíododetiempo,cruzandonolapotenciamáximaoloslímitesdetensiónmáxima,sinoun"límite de inestabilidad térmica". Pero no está claro si mi infracción transitoria de este límite es peligrosa, o si es probable que esta infracción cause un fallo de FET, como he visto. En general, ¿una incursión tan transitoria en la línea de inestabilidad térmica de un FET podría dañarse de esta manera?

Por último, estos (los transitorios que exceden la temperatura máxima de la unión y la violación de la inestabilidad térmica) son los dos únicos métodos de daño térmico que puedo ver como relevantes. No estoy conduciendo la compuerta lo suficientemente rápido para problemas dV / dt, ni me estoy acercando a la tensión de ruptura de la avalancha. ¿Hay otros mecanismos de daño que puedan dar estos mismos síntomas de cortocircuito?

    
pregunta alexandicity

1 respuesta

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Creo que tu comienzo suave puede ser tu problema. ¿Están los FET en disipadores? La gente generalmente no hace esto porque la sabiduría recibida es que un FET como interruptor no disipa el calor. Pero tuve una experiencia (hace muchos años, también con una serie de IRF) que fue bastante educativa.

Básicamente, nuestro sistema tenía IRF520 (de memoria) cambiando a 3 A o menos DC. Estaban "protegidos" por un fusible 3.15A y todo había estado bien durante años. Un día (debido a un desafortunado accidente) dejamos uno de los 3A que pasaban por el FET o algo así (de hecho, la resistencia del cable era suficiente para detener el encendido del fusible). Cuando regresamos había mucho humo y solo el hecho de que el equipo de contención fuera ignífugo evitaba un incendio muy desagradable. El tablero era un desastre carbonizado feo.

Me encargaron la investigación y el rediseño. Resultó que la inestabilidad térmica era el problema. Básicamente, Rds en esos FET aumenta con la temperatura. Entonces, cuando están cambiando en condiciones en las que están solo OK, térmicamente, muy pronto no lo están.

Para el rediseño, tomé varias medidas correctivas: "el cinturón y los frenos" estaban en orden:

  1. usé FET's con Rds aún más bajos
  2. los montó en un gran trozo de barra de cobre (disipador térmico)
  3. reforzó la PCB usando un cable 16 / 0.2 para sacar el CD del tablero.

El resultado fue muy probado, funcionó bien y aún está en uso (ha pasado más de 2 décadas)

Esto es un poco diferente a su situación, pero el hecho de que sea un "arranque suave" de más de 100 ms, mientras que la carga tiene una corriente inicial de casi 3.8A, y una constante de tiempo de 9ms (5CR es 45ms) significa su FET está recibiendo bastante estrés térmico. No sigo completamente tu gráfico, pero no confiaría en esta situación. Los FETs de conmutación no están realmente diseñados para manejar mucho estrés térmico, la idea general es que golpean y nunca tienen mucho voltios a través de ellos. Pero en el momento en que incluso una pequeña cantidad de W se disipa, la historia puede cambiar.

Consideraría deshacerme del arranque suave si su sistema lo permite. (¿Qué es lo que realmente está logrando de todos modos, si la carga es una serie CR? ¿Cuál es la resistencia inicial del FET en relación con 9 ohmios?). También reforzar la protección térmica en el FET. También puede buscar cualquier dato sobre el comportamiento térmico de Rds. (EDITAR: acabo de mirar y ver que, de hecho, aumenta bastante bruscamente con T.)

    
respondido por el dmb

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