驱动高感性负载会破坏mosfet驱动器

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背景

我正在尝试使用点火线圈系统产生一些相对较高的电压（> 200KV）。这个问题只涉及该系统的一个阶段，我们试图使该阶段的发电量达到40-50KV。

最初，函数发生器用于直接驱动MOSFET，但关断时间非常慢（函数发生器的RC曲线）。接下来，构建了一个不错的图腾柱BJT驱动程序，该驱动程序工作正常，但在下降时间方面仍然存在一些问题（上升时间很棒）。因此，我们决定购买一堆MCP1402栅极驱动器。

这是原理图（C1是MCP1402的去耦电容，其物理位置靠近MCP1402）：

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

晶体管之初的目的是防止从我们的函数发生器中流出的负电压（很难配置且易于拧紧）到达MCP1402。由于这种粗略的安排，我们送入MCP1402的下降时间很长（1-2uS），但似乎存在内部滞后现象或防止其引起问题的原因。如果没有，而我实际上正在销毁驱动程序，请告诉我。数据表没有任何输入上升/下降时间参数。

这是物理布局：

电路板布局

蓝色的线连接到点火线圈，黑色的线连接到桌子上的接地条。顶部TO92是PNP，底部TO92是NPN。TO220是MOSFET。

实验

困扰该设计的问题一直是栅极线上的振铃和开关时间慢的结合。我们销毁了更多的MOSFET和图腾柱BJT。

MCP1402似乎已解决了一些问题：无振铃，快速下降时间；看起来很完美。这是未连接点火线圈的栅极线（在MOSFET栅极引脚的底部测量，绿色和白色电线插入上方）：

IRF840，无线圈

我以为那看起来不错，所以我插入了点火线圈。吐出了这个垃圾：

IRF840，带线圈

这不是我第一次在门口看到这个垃圾，但这是我第一次看到它。这些电压瞬变超过IRF840的最大Vgs。

题

捕获上述波形后，我迅速关闭了所有设备。点火线圈没有产生任何火花，告诉我MOSFET很难及时关断。我的想法是，门从振铃中自动触发并切断了我们的di / dt尖峰。

MOSFET的温度非常高，但是经过一点冷却后，用万用表检查了一下（栅极-源极与栅极-漏极之间的高阻抗，对栅极充电后的漏极-源极之间的低阻抗，对栅极放电后的漏极-源极之间的高阻抗）。但是，驾驶员的车费却不及此。我卸下了MOSFET，只是在输出端盖了一个帽。驾驶员不再切换，只是变热了，所以我相信它会被破坏。

$2\Omega$

到底是什么摧毁了驾驶员？我的想法是，大的栅极瞬态现象回到了栅极，并以某种方式超过了500mA的最大反向电流。
在驱动感性负载时，如何抑制这种振铃并保持其清洁？我的大门长约5厘米。我可以选择多种铁氧体，但老实说，我不想炸毁另一个栅极驱动器，直到有人可以向我解释为什么会发生这种情况。在将高感性负载连接到它之前，为什么不发生这种情况？
点火线圈的初级线圈上没有反向二极管。这是一个有意识的决定，以避免限制我们的电压尖峰，但可能会误导您。是否将二极管的初级电压尖峰完全覆盖次级电压尖峰？如果没有，我很乐意将其放在上面，以避免需要更昂贵的1200V MOSFET。我们测得的漏极至源极电压峰值约为350V（约100nS分辨率），但栅极驱动器的速度较慢，因此di / dt较小。
我们提供可供选择的1200V IGBT（它们只是坐在我的桌子上）。它们会像驱动这种负载的MOSFET一样麻烦吗？飞兆半导体似乎建议使用这些。

编辑：

我刚刚进行了LTSpice仿真，将二极管放在初级上以保护MOSFET。事实证明，它破坏了电路的目的。这是将二极管跨初级连接之前（左）和之后（右）的模拟次级电压：

左：无二极管，右：有二极管

因此，看来我不能使用保护二极管。

— 洛斯·弗里霍莱斯
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当您关闭FET时，我会打赌它是点火线圈的磁场塌陷，因为您说过您有意识地决定不提供任何保护

— 某些硬件家伙

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写得很好的问题。我希望大多数人至少付出您所做工作的10％！但是，我希望它将很快被关闭。您在第三个问题中有解决方案。出于这个原因，您需要该二极管。

— bitsmack

@bitsmack但是二极管不会减弱次级上的电压尖峰吗？或者，仅仅是我们需要的电流变化，而不是电压尖峰？

— Los Frijoles

2

我认为您将变压器和电感器的操作混淆了。您需要在初级上放置一个TVS二极管，以将电压钳位到安全水平。然后，您将能够在次级线圈上获得的最大输出将受到TVS钳位电压x两个线圈的匝数比的限制。如果这还不够，那么您将需要使用更高电压的MOSFET。

— 2015年

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同样，如果您仅使用反激二极管，它将把初级和次级电压都钳位到几乎您认为的零。这就是为什么您需要更高钳位电压的原因。了解反激式转换器可能很有用，因为这就是您的电路。

— 2015年

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鲤鱼！您正在尝试在无焊面包板上进行10秒的nsec切换吗？而且您的变压器上没有反激二极管吗？

如果您打算做这些事情，那么您必须学会尊重快速开关和感应寄生效应。进入接地层，并缩短所有交换路径。另外，在MCP1402上放一个100 uF的电容（钽可供选择），以便为反激二极管供电，除了可以引至电池的长引线外。

您在空载波形上看到那些规则的颠簸了吗？它们是约40 MHz的振荡，不是一个好兆头。

— 什么野兽
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IRF840的反向传输电容（120pF），漏极电压的dv / dt和较弱的驱动器（MCP1402）结合在一起是我的最佳猜测。

入门，请阅读驱动器上的数据表-它在第3页上说，“闩锁保护承受反向电流”通常大于0.5安培-这是该设备可能发生故障的线索。

接下来是Q = CV或dq / dt = I = C dv / dt。

我认为通过120pF的电流在漏极上的dv / dt有很大变化，这超出了驱动器所能应付的范围。在示波器图片变坏之前，我会在20ns左右看到类似10V的变化：

I = 120pF x 10V / 20ns-60mA，但这只是栅极上的电压-漏极上的电压可能大十倍或一百倍，因此电流可能为600mA至6A，迫使其通过反向寄生电容放入驱动芯片。

无论如何，这是我的怀疑。我会使用一种能够提供10安培电流的驱动器，或者至少找到一种能够应对10安培反向电流的驱动器。

— 安迪（aka）
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除了使用更好的栅极驱动器之外，我还要下面包板，这样您就可以降低驱动器的电感->降低栅极连接。我个人将直接在覆铜板上构建这种东西。

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我相信，安迪（Andy）正在利用漏极栅电容。

而且：测量这对12V电源的影响。这将是通过栅极驱动器的尖峰的替代路径。目前，您正在显示一个0.1uF的电容器去耦，我怀疑这还不够。您可能需要从10nF到100 uF甚至更大的宽范围的去耦，如果还不够，请考虑通过LC滤波器和它们自己的局部去耦为栅极驱动器和敏感电子设备供电。

— 布莱恩·德拉蒙德
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只需将220..470nF MKP电容器与变压器并联放置，即可抑制感应线圈产生的高峰值电压。现在，中断的电流将流向电容器，而不是破坏了FET。

这是在所有CRT电视中制造的，并监视水平输出级。

— 阿卡
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