Buscando ayuda sobre por qué mi mosfet de canal n está siendo destruido

Tengo un diseño que heredé con un mosfet de canal n bastante estándar que controla un relé que controla un motor y un actuador.

En una compilación reciente, comenzamos a obtener una tasa de falla del 50% en el mosfet de n canales. Anteriormente no tuvimos fallas del mosfet. Las únicas diferencias que he podido encontrar hasta ahora son diferentes códigos de fecha en el relé y el mosfet. De lo contrario, nada ha cambiado.

El mosfet es un ON Semiconductor 2N7002LT1G

El relé es un Omron Electronics G6RL-1-ASI-DC24

El diodo flyback es un semiconductor ON MRA4003T3G

El mosfet fue examinado por el semiconductor ON y se descubrió que probablemente fue destruido por un voltaje excesivo. Pero hasta ahora no he podido ver un pico de voltaje en el mosfet por encima de 30V.

Aquí está la parte del circuito con el mosfet / relé / diodo.

Supongo que el diodo no fue soldado correctamente en su construcción reciente, o tal vez recibió algunas partes malas. Tome una de las placas que fallaron, reemplace el FET y mire el drenaje con un alcance rápido mientras se apaga el relé. Luego refluya todas las conexiones de soldadura alrededor del diodo y tal vez incluso los cables de soldadura directamente desde el diodo al relé y observe la señal nuevamente.

Muestra el esquema, pero no el diseño físico. ¿Dónde está el diodo en relación con el relé y el FET? Si está demasiado lejos, entonces la inductancia a él anula parcialmente su propósito.

Otra posibilidad es que este fue un mal diseño todo el tiempo, y ahora tienes algunas partes donde la diferencia es importante. Intente colocar una pequeña tapa inmediatamente al otro lado del relé. Eso ralentizará los cambios de voltaje para que otras partes del circuito puedan seguir el ritmo. Si el relé está fuera de borda, debe proteger el drenaje FET por separado. Esto podría significar un diodo inverso separado en el tablero y quizás una pequeña tapa a tierra en el drenaje. No querrá poner demasiado allí porque provocará una pequeña sobretensión al encenderlo, pero unos 100 pF a nF más o menos deberían ralentizar los cambios de voltaje.

¿Qué voltaje es VBATT? ¿Por qué el diodo no es un Schottky?

• Cambiar R38 a 10k PUEDE ayudar.

• Agregar un zener a través de gate-source puede ayudar

Mostrar todos los circuitos relevantes puede ser útil, en este caso lo que se esconde detrás de ACTCTRL1 puede o no ser relevante.

No es obvio por qué cambiaría entre lotes, pero algo que debe comprobarse es que el voltaje de la puerta nunca puede exceder (o acercarse a su valor nominal máximo (Vgsmax). Esto depende de la impedancia de ACTCTRL1. La capacitancia de Miller se desconectará del voltaje del drenaje) a la puerta y esto DEBE estar sujeto por una impedancia de puerta adjunta a menos de Vgsmax. Vgsmax puede variar entre lotes FET pero esto no es demasiado probable.

Si hay alguna duda, coloque un diodo zener de un poco más de voltaje que V_gate_drive_max de puerta a fuente (cátodo a puerta, por lo que zener generalmente nunca conduce).

R38 es probablemente mucho más alto de lo necesario a 100k. Lo más probable es que esto se puede decir 10k y esto puede haber cambiado entre lotes sin ser avisos. La energía de capacitancia de Miller tiene que conducir esto por encima de Vgsmax para destruir el FET, por lo que un 10k hace que este 10x sea más difícil en cuanto a energía. Con una unidad de 5V, una unidad de 10k requerirá una unidad de 0.5 mA, por lo que la mayoría de los controladores no tendrán problemas con esto. Si ACTCTRL1 no es una conexión directa a un pin de la unidad y tiene resistencia en serie, entonces es posible que esto deba reducirse proporcionalmente.

Usted menciona que el análisis de fallas apunta a una sobretensión, por lo que esto puede no ser relevante, pero asegúrese de que el diodo no se haya colocado al revés. Con un FET de 500 ma (máx.) Y un diodo de 1A (máx.), Es casi seguro que el FET fallará primero en el caso de un diodo polarizado hacia adelante.

Una vez tuvimos una casa de montaje que nos hizo esto con diodos SMT como el tuyo (la parte de la pantalla ocultaba totalmente la serigrafía). Tardó mucho tiempo en encontrarlo, pero fue una solución simple ... en una nueva casa de ensamblaje.

Veo que esto es esencialmente lo que dijo DeanB. Esto agrega algunas cifras y deambula un poco por el área general.

Si D21 se instala con una polaridad incorrecta, el FET fallará casi instantáneamente. :

El fracaso de la disipación excesiva es casi seguro.
Si el diodo falla, el FET fallará poco después debido a picos inductivos.

En FET encienda el diodo conduce desde 24V a tierra a través de FET.
Diodo falla circuito abierto.
El relé ahora funciona.
En la liberación del relé, ahora tiene un pico inductivo y ningún diodo ... :-(.

El 7002 no tiene una capacidad de corriente demasiado alta y probablemente limitará la corriente a "unos pocos" amperios. Puede ser una liberación entre diodo y MOSFET para ver cuál puede autodestruirse primero. Si el MOSFET muere primero, el relé nunca funciona.
Si el diodo muere primero, el relé funciona al menos una vez, y posiblemente varias veces.

Entonces:

• Verifique la polaridad del diodo.
• Observe el drenaje con osciloscopio.
• Observe la base con el osciloscopio 9 vea mi otra respuesta).

La hoja de datos de diodos aquí tiene una potencia de 88 C / W con almohadillas cuadradas de 1 pulgada, por lo que no necesita demasiada sobrecorriente para morir térmicamente.

El MOSFET tiene una disipación de 300 mW y 417 C / W !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!! . La hoja de datos aquí con todo el disco en la creación es buena para aproximadamente 1.6 A y luego caerá tanto voltaje como desee alimentarlo, mientras que el diodo apenas está sudando a 1.6 A con Vf de aproximadamente 1 Volt, por lo que si el diodo se invierte obtendrá aproximadamente P_transistor = VI ~~~ = (24-1) x 1.6 = ~ 30 vatios.
La muerte sería casi instantánea.

Es posible que necesite un diodo más rápido. La hoja de datos que estoy sacando para esa parte no enumera un tiempo de recuperación hacia adelante, lo que generalmente significa que es lo suficientemente largo como para que nadie que se preocupe por el tiempo de recuperación lo use. Un lote de diodos puede haber tenido un tiempo de recuperación más rápido, otro más lento, y ahora que tiene el lote lento, la patada inductiva es suficiente para romper su FET antes de que el diodo pueda recuperarse.