连接电容器组后MOSFET破裂

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我有一个具有的线圈电阻的螺线管 $0.3\Omega$ 和这里加速的钢弹。我已经在下面发布了原理图。

普通版本作为控件

当光学传感器检测到弹丸时，GPIO8升至5V以接通MOSFET并关闭MOSFET。而且效果很好。

接下来，我尝试了10个串联的超级电容器。我将其充电至27伏。

版本1

当我给电路加电时，将电容器的地线连接到MOSFET的地线时会产生火花。门和源电路应该已经断开，因为当我第一次连接它时，GPIO8为0v。

经过一些故障排除后，我发现我杀死了MOSFET。

我相信有2种可能性在起作用。首先，MOSFET上的寄生电容有可能引起振荡，从而引起电压尖峰。我添加了R2，以略微增加下降时间，从而减少电荷。在此处观看视频（跳至4:00）

不仅寄生电容会引起振荡，而且另一个因素是我实际上在这里有一个RLC电路。我的负载是一个螺线管，我的电源是我的超级电容器。因此，我添加了D2，以便它不会开始来回循环。我还用新的MOSFET替换了。

版本＃2

然而，发生了同样的事情，在我连接电容器之前GPIO8处于0v，但MOSFET仍然完成了电路并坏了，这一次它被卡在了相机上。

这就是我现在所在的位置。我的电容器充电到27V，并且由于添加了一些组件以消除振荡，因此我再也想不到。根据数据表，IRF3205的击穿电压为55v，我远低于该电压。

有什么好主意吗？

— 5伏
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螺线管的线圈电阻是多少？

— Simeon R

根据我的万用表和根据R =（电导率*长度）/面积公式，约为0.3欧姆。

— 5Volts

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您需要示波器跟踪螺线管的关闭状态，以确保二极管按预期工作。

— 电压峰值

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“我将其充电到27伏特... [然后] ...将电容器的地线连接到MOSFET的地线”-为什么不首先连接电容器，然后在电路中对其进行充电？

— 布鲁斯·雅培

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串联的超级电容器需要电压平衡。容量值不完全相等。如果一个电容器获得3 V电压而不是仅2.7 V，则可能会被破坏。

— Uwe

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您的栅极驱动电压太低。该MOSFET需要10V才能完全导通。MOSFET刚开始导通时，5V几乎不会清除4V阈值。如果要在开关上使用MOSFET，请不要使用Vgsth。那就是它刚开始导通的电压。使用至少与用于获得给定RDson的电压一样高的Vgs。Vgsth用于将MOSFET用作线性/模拟器件。

根据数据表中的图1，栅极-源极之间为5V，漏极-源极之间为27V（我忽略了螺线管电阻，因为它降低了相对较小的电压），MOSFET在10A时达到饱和。在您的MOSFET中消耗了270W。

图1的温度为25℃。您的MOSFET在执行所有这些操作时会发热，这使其工作起来更像图2，其中传导了更多的电流。在这种情况下，它在30A时达到饱和，同时电压降为27V，这将耗散约800W的热量。

列出的结至环境热阻为62 C / W，分别使温度升高17,000和50,000摄氏度。

另外，查找栅极驱动器，考虑是否需要一个MOSFET或直接从一个小电流I / O引脚直接驱动栅极电容就足够了。

— DK阮
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我认为他们基本上说他们将栅极保持在0V。

— Christopher Creutzig

@ChristopherCreutzig是的，但是如果现在不成问题，那么一旦他们解决了当前问题，它很快就会成为一个问题，但是看起来与原始问题几乎相同，因此他们可能会认为是相同的问题。

— DKNguyen

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$\mathrm{C_{oss}}$ $\mathrm{C_{rss}}$ $\mathrm{C_{oss}}$ $\mathrm{C_{rss}}$ $\mathrm{V_{ds}}$ $\mathrm{V_{ds}}$

因此，我相信故障序列如下：

最初，MOSFET两端没有电压，因此寄生电容值为几纳法法拉。
您施加的电压为27V，串联电阻仅为0.3Ω（加上螺线管具有的电感；我们不知道该数字）。
几安培的电流流入该MOSFET来为那些寄生电容器充电。时间很短，但是峰值电流很高！
... MOSFET由于高浪涌电流而烧毁。

补救措施：

$\mathrm{V_{ds}}$
添加一些串联电阻以限制从超级电容流出的最大可能电流。

编辑我刚刚想到另一种失败模式：

与以前相似，但让我们担心栅极到漏极的电容（仍为几纳法拉）。
$\mathrm{C_{gd}}$
通过该栅极至漏极电容器的电流很容易在跨过20k的电阻器上引入大电压，从而使该电压保持较低。
MOSFET导通，由于高浪涌电流而爆炸。

第二个假设可能是更可能的假设。正如DKNguyen指出的那样，即使在正常操作下，您所构造的电路也可能会使MOSFET烧毁。

和以前一样，最好的解决方案是找到一种限制峰值电流的方法。

— 斯努布先生
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您可能没有足够努力地推动大门。GPIO的阻抗可能太高。您想要包括一个在12-15v电压下运行的合适的栅极驱动芯片。您可以仅在27v总线上使用线性稳压器。

在这种情况下，R2仅会通过提高栅极驱动阻抗来伤害您。我建议将该值降至10欧姆。

如果可能的话，以1v开始测试并逐步提高，确保一切正常。这样您将节省很多硅。

并请在您的超级电容之间放置平衡电阻。我不知道您的电容泄漏是什么，但我想如果您想将它们充电至最大电压，则与每个电容并联的1k电容会更安全。

— 肖恩
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显然，如果像我建议的那样从1v开始，您将需要另一个电压来获得栅极驱动电源。

— 肖恩

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冒着自负的风险冒着风险，有一个关于病人去看医生的老笑话：

病人：“医生，我这样做会很痛。”

医生：“好吧，那就别做。”

在这种情况下，将“最后连接地面”替换为“执行此操作”。

不要这样

始终将地面绑在一起。如果必须在运行时连接两个系统，请始终先接地，然后再连接电源，然后再连接控制线-并确保对控制线进行保护，以使在浮动状态下通电不会给您带来麻烦。

对于您的特定故障模式，Snrub先生可能是正确的，尽管线圈的电感确实应该起到浪涌限制器的作用。

— 什么野兽
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如果您有兴趣涌入限幅电路，德州仪器让一个对Mouser的评估模块这里。TPS2491的数据表考虑了（足够有趣的）功率限制了串联通过MOSFET（以确保不会发生这种情况）。

我不确定这对您的设计是否可行，但是尝试起来很容易，至少可以花点时间了解一下电路中MOSFET的状况。祝好运！

— 牛仔
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