Mosfet/IGBT/Transistor sterben?
Ich arbeite mit einem Kollegen an einem Projekt und wir müssen rund 10A mit einem Mosfet/IGBT Schalten, das Problem das ganze schaltet eine große Induktivität und das führ zu riesigen Peaks in der Spannung, wir glauben dieses Problem eigentlich recht gut in den Griff durch TVs Dioden bekommen zu haben. Somit wird er zumindest duch diese Spannung nicht getötet. Jedoch wird der Transistor trotz heatsink lüfter und wärmeleitpaste sehr warm ab 160C schalten wir manuel ab, weil das die kritische temp laut datasheet ist. Die temperatur haben wir natürlich mit einer wärmebildkammera von außen gemessen, ob der Kristall in ihm drinnen nun auch 160C hat können wir nicht sagen. Das Problem, der Transistor arbeitet meistens Problemlos, doch am Tag darauf ist er immer hin, mein gedanke da dehnt sich irgendwas aus und durch das abkühlen über nacht geht da immer was hin. Habt ihr sonst noch vorschläge was schuld sein könnte an diesem Tod? außerdem gibt es eine möglichket den Transistor noch irgendwie anders zu kühlen als bloß mit einem Heatsink? (Wasserkühlung oder so) und ist so etwas effektiv? Noch wichtig als Infos ist, dass der Transistor PWM mäßig geschalten wird und die Steigungskurve ist fast 90 Grad, heißt der wird mit genug Gate strom versorgt um schnell seinen internen Kondensator zu laden.
3 Antworten
Könnte an der falschen Freilaufdiode liegen, letztlich schützt die ja auch nur die schon eingebaute Body - Diode im FET. Wenn es durch die Freilaufdiode Probleme gibt dann ist da was falsch an der Schaltung. Ich würde dafür auch eine "schnelle" Diode und eine Leistungsdiode (>6A) gemeinsam nutzen. Die Temperatur fänd ich auch etwas zu hoch, kommt aber auch auf den Typ drauf an. Womöglich ist da der Kühlkörper auch zu schwach, gegebenenfalls ein Lüfter dran bauen..
Kann mehrere Gründe haben:
a) Verluste durch generell zu hohem Innenwiderstand (typabhängig)
b) Transistor wird nicht ordentlich angesteuert (zu schwacher Treiber, zu langsame Slew-Rate, mit zu wenig Spannung am Gate), so dass er viel oder sogar ausschließlich im linearen Bereich arbeitet
c) Bodydiode ist überlastet
160°C ist definitiv zu viel. Wenn diese Temperatur bereits an der Oberfläche zu messen ist, wird die Temperatur an Hotspots im Inneren sicher nicht niedriger sein, sondern das Gegenteil ist der Fall.
Ohne genauere Informationen zur Anwendung bzw. Schaltung ist da wenig zu sagen.
90 Grad eben,
kommt ja immer darauf an, wie weit man reinzoomt, deswegen sind Slew-Rate Angaben wie V/s aussagekräftiger. 32 V hattest du woanders genannt, wie viel Strom fließt denn, und um welchen FET handelt es sich? Irgendwie riecht das nach irgend einem Tesla-Spulen-Gebastel mit entsprechend knackigen Spannungsspitzen... Mag sein, dass ein Transistor und seine Body-Diode einzelne Spannungspulse aushalten kann, aber eben nicht dauerhaft oder periodisch mit ungünstigem Duty-Cycle. Im Datenblatt sind entsprechende Angaben zu finden, und überschlägig kann man die Leistung ja ausrechnen, die über die Spannung in einer Induktivität bekannter Größe und bekannter Frequenz entsteht.
Auf welcher Spannung arbeitet das ganze?
10A sind für die meisten FETs gar kein Problem und die werden dabei nicht mal wirklich warm.
Wenn die Last Induktiv ist würde eine Freilaufdiode mehr helfen als eine TVS Diode, die TVS Diode ist am Ende auch nicht unbedingt darauf ausgelegt periodisch solche Spitzen abzufangen.
Soferns ein IGBT ist braucht der auch einen Snubber sonst schaltet der ungewollt auch mal durch.
Ich denke aber mal eher nicht, dass es die Temperatur ist die den am Ende zerstört, ich habe bereits Mosfets gesehen die sich selbst ausgelötet haben und die haben nacher immer noch funktioniert.
die spannung ist nur 32V, aber die Spitzen die Ohne diode verursacht werden sind mehrere Hundert V, Freilaufdioden bringen sich bei 70kHz auch nix mehr das funktioniert nicht, selbst die sehr schnell schaltenden machen da in diesem fall nur Probleme, geschaltet wird ein Flyback(Zeilentrafo). Eine Freilaufiode hat bloß die Leistung von dem ganzen gesenkt. Da habe ich auch einen gute Beschreibung im Internet gefunden, warum Freilaufdioden in so einem fall bloß negative Effekt haben und das traf auch vollkommen zu. Der Transisor ist auf solche Spannungspeaks von bis zu 1,2kV ausgelegt trotzdem sterben sie. Ich weiß auch nicht warum er so unnormal heiß wird
Gut bei einem Flyback ist das etwas anderes da verwendet man dann auch aktive Freilaufdioden welche im wesentlichen zusätzlich FETs sind.
70kHz sind für Freilaufdioden an sich ja kein Problem allerdings will man in dem Fall ja genau das verhindern.
Was ich mir denken kann ist dass die Induktivität sättigt, das passiert bei Flyback Konvertern dann wenn man immer wieder Energie in die Induktivität einbringt aber diese nicht entladen werden kann. Gelöst wird das in dem Fall eben mit aktivem Freilauf. Ich würde mal nach Flyback desaturation circuit suchen eventuell wirst du da fündig.
Für Flyback Converter in dieser Leistungsklasse gibt es aber auch zB von TI oder Analog Devices fertige Controller mit Referenzdesign, die das am Ende alles abdecken.
Danke für die Antwort, fall b ist sicherlich ausgeschlossen, da fast perfekt geschalten wurde 90 Grad eben, an Gate hatte ich 12V und das sollet für den Mosfet passen der Strom ist ebenfalls hoch genug offensichtlich.
c kann ich nur schätzen das es nicht der fall ist weil dieser Mosfet für 1,2kV ausgelegt ist.
diese große Temperatur wird sehr wahrscheinlcih das Problem sein aber woher die kommt ist mir leider ein Rätsel. Villeicht ist die schaltfrequenz von 70kHz schuld, wobei er dennoch sehr schön geöffnet und geschlossen hat