MOSFET gaat stuk

Plaats een 12v zenerdiode tussen gate en source dat beschermt de gate, ook al heb je maar 9.6V door de weerstandsdeling op de gate.

In dit soort gevallen ligt het niet aan het theoretische schema maar aan de praktijk: Je hebt de boel in het schema goed aangesloten. Er is iets in jou "uitvoering" die de boel kapot maakt.

Maak eens een foto van de "praktijk".

Je schema heeft een rarigheid: Heb je echt een 24 ohm weerstand in serie met je led of is dat om in een simulatie ongeveer 1A te krijgen en hb je een led die 1A bij 24V hoort te trekken?

Op 30 juli 2020 13:02:36 schreef DimitriDK:
ik heb zeer simpele schakeling met een mosfet om een RGB ledstrip aan te sturen.

Ten eerste welkom op het forum.

Lees dit eens door als je wil.

https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/41

Ben geen specialist op dit gebied.
Maar mosfets gaan ook stuk als ze niet snel genoeg schakelen.

Moest even zoeken in de datasheet.
Je hebt een gate weerstand van 12k of 10k is niet helemaal duidelijk.
Maar kijk even in datasheet tabel 4, bij Td(on) dan hebben ze het over een gate weerstand van 4,7 Ohm !

Duty cycle van 100%, beestje wordt heet gestookt .

Op 30 juli 2020 13:34:27 schreef HD13:
Maar kijk even in datasheet tabel 4, bij Td(on) dan hebben ze het over een gate weerstand van 4,7 Ohm !

Die 4.7E is om de fet hard open te sturen. Als je de gate weerstand vergroot stuur je de fet softer aan, ben met je eens dat de fet dan warmer kan worden. Het beste is om gewoon een driver te gebruiken.

Op 30 juli 2020 13:36:43 schreef Lead Acid:
Duty cycle van 100%, beestje wordt heet gestookt .

Koel je de fet wel goed?

Ledstrip, lange bedrading? = Inductieve belasting?

Zie het artikel van @Lambiek

Groetjes,
eSe

Hoeveel stroom loopt er door die FET? Is dat 1A per led (dus 30A totaal) of 1A totaal?

Hoe netjes is je opstelling qua aanraken en ESD?

Als er 1.3V over gate-source staat is je FET stuk, tenzij de PLC om de een of andere reden 3V uitgangsspanning heeft.

De gate charge van je FET is 10nC, de stroom door je weerstanden ongeveer 1mA. Dan kost het 10uS om je FET open te zetten. Waarin je hooguit 12W verstookt (bij 1A nominale stroom).
Daar krijg je deze FET niet mee stuk.

Als je stroom 30A is is het anders: 30A*0,08Ohm is 2.4V, 2.4V*30A is 72W. Dat is heel snel afgelopen.

[Bericht gewijzigd door blurp op donderdag 30 juli 2020 13:49:58 (39%)]

Allemaal bedankt voor de snelle reacties!
Hierbij een foto van de praktische uitwerking. Er is per kleur en per ledstrip een mosfet, en de ledstrip is 1m lang. Het is een LuxaLight RGBW ledstrip die 1A/m trekt (ledtype 5050, 84 leds per meter). Per kleur zal het dan uiteindelijk maar zo'n 300mA zijn, dus ik heb de mosfet waarschijnlijk wel zwaar over gedimensioneerd. Maar ik dacht het simpel en veilig te houden met een mosfet ipv transistor... Tussen de mosfet en de ledsrip zit max. 1m draad.
Alles is in een pvc koker ingebouwd waar de ledstrips rond zijn gewikkeld. Mijn eerst verdachte was ook hitte, maar als ik de leds een kwartier aan laat staan voelen de mosfets nog steeds koel aan. Als ik een defect heb is het telkens geweest als ik de installatie aan zetten, nog nooit tijdens dat de installatie werkt. De voeding is een industriële Phoenix UNO-PS, dus wel goede kwaliteit.
Sorry voor de onduidelijkheid op het schema maar de weerstand is een 10k tssn plc output en Gate. Ik heb voor 10k gekozen om de spanningsdeler met de 6.8k te hebben die een minimale stroom trekt. Ik wil namelijk de output van mijn plc niet overbelasten.

Op 30 juli 2020 14:22:53 schreef DimitriDK:
Mijn eerst verdachte was ook hitte, maar als ik de leds een kwartier aan laat staan voelen de mosfets nog steeds koel aan. Als ik een defect heb is het telkens geweest als ik de installatie aan zetten, nog nooit tijdens dat de installatie werkt. De voeding is een industriële Phoenix UNO-PS, dus wel goede kwaliteit.

Dan vermoed ik dat de spanning bij het aanzetten hoger is. Misschien een optie om eerst je PLC aan te zetten en daarna de rest, zou je kunnen doen met één extra relais.

Is dit een school opdracht of zo?

Op 30 juli 2020 14:30:43 schreef Lambiek:
[...]
Dan vermoed ik dat de spanning bij het aanzetten hoger is. Misschien een optie om eerst je PLC aan te zetten en daarna de rest, zou je kunnen doen met één extra relais.

Is dit een school opdracht of zo?

Dit is een project voor mijn hobby. Een timing systeem voor een estafette race waarbij de leds het startsein en fouten aangeven.

Ik ben niet 100% zeker dat het later opzetten van de plc hier een oplossing gaat zijn voor een eventuele spanningspiek weg te werken. Zou de zenerdiode die MGP eerder voorstelde geen betere oplossing zijn? Die dan over gate en source zetten?

Op 30 juli 2020 14:41:30 schreef DimitriDK:
Zou de zenerdiode die MGP eerder voorstelde geen betere oplossing zijn? Die dan over gate en source zetten?

Lees het artikel door wat ik geplaatst heb, daar staat het één en ander in over beveiligingen.

Hi,

Zover ik het kan zien, kan de schakeling in normale toestand niet stuk.
Ik ga er dan wel vanuit, dat de Powerled voor 24V bedoeld is.

Wat ik echter wel vreemd vind is dit, bij de Powerled staat 24V 1,04-Ampere, 23-Watt.
En er zit een 24Ω weerstand in serie met de Powerled, dat klopt niet helemaal...

Dan nog een punt wat veiligheid voor de MOSFet betreft, zet over de weerstand R2 in je schema een 12V zener diode, met het streepje aan de Gate.
Doe dit direct bij de MOSFet en niet bij je aansluit connectoren, dit i.v.m. inductie van je bedrading op je print.
Deze 12V zener diode beschermd je MOSFet tegen spaningspieken, zowel positief als negatief (1 diode drempel bij negatieve pulsen wat ongeveer 0,6V is).

Hou er verder rekening mee, dat als je de MOSFet niet goed aanstuurd deze veel kan gaan dissiperen en hierdoor ook zal overlijden.
Je gekozen verhouding voor de deler aan de Gate ingang, 10k en 6K8 geeft bij 24V uit je PLC, levert 9,7V Gatespanning,
helmaal goed en ook mooi met de 12V zener die je nog kan gaan plaatsen.

Groet,
Bram

Ik denk dat eSe gelijk heeft: Inductieve belasting. Er hangt een meter draad en een meter ledstrip aan de MOSFET.

Je zou eens een 10uF ceramisch condensatortje tussen source en drain van de FET kunnen proberen.

Overspanning van de voeding bij inschakelen lijkt me stug: De FET is geschikt voor 60V, dat is ruim voldoende voor een 24V voeding.

Zenerdiode over gate-source is ook goed idee.

Op 30 juli 2020 14:59:36 schreef blackdog:
Hi,

Zover ik het kan zien, kan de schakeling in normale toestand niet stuk.
Ik ga er dan wel vanuit, dat de Powerled voor 24V bedoeld is.

Wat ik echter wel vreemd vind is dit, bij de Powerled staat 24V 1,04-Ampere, 23-Watt.
En er zit een 24Ω weerstand in serie met de Powerled, dat klopt niet helemaal...

Dan nog een punt wat veiligheid voor de MOSFet betreft, zet over de weerstand R2 in je schema een 12V zener diode, met het streepje aan de Gate.
Doe dit direct bij de MOSFet en niet bij je aansluit connectoren, dit i.v.m. inductie van je bedrading op je print.
Deze 12V zener diode beschermd je MOSFet tegen spaningspieken, zowel positief als negatief (1 diode drempel bij negatieve pulsen wat ongeveer 0,6V is).

Hou er verder rekening mee, dat als je de MOSFet niet goed aanstuurd deze veel kan gaan dissiperen en hierdoor ook zal overlijden.
Je gekozen verhouding voor de deler aan de Gate ingang, 10k en 6K8 geeft bij 24V uit je PLC, levert 9,7V Gatespanning,
helmaal goed en ook mooi met de 12V zener die je nog kan gaan plaatsen.

Groet,
Bram

De powerled is inderdaad 24V, de 24ohm weerstand in het schema was maar om makkelijk te simuleren in het programma, die moet je eigenlijk weg denken.
Bedankt voor de zenerdiode tip, dat ga ik zeker doen. Ik ga het artikel van Lambiek ook nog eens even goed doorlezen. Misschien dat toch de bekabeling zich inductief gedraagt.

Op 30 juli 2020 15:04:55 schreef blurp:
Overspanning van de voeding bij inschakelen lijkt me stug:

Je weet niet wat voor spanning er op de gate komt bij inschakelen. Heb al gekere dingen meegemaakt.

Zenerdiode over gate-source is ook goed idee.

Dat kan inderdaad geen kwaad.

Ik denk dat eSe gelijk heeft: Inductieve belasting.

En dat staat dan weer in het artikel.

Op 30 juli 2020 15:04:55 schreef blurp:
Ik denk dat eSe gelijk heeft: Inductieve belasting. Er hangt een meter draad en een meter ledstrip aan de MOSFET.

Lijkt me sterk, die MOSFET heeft een single-pulse avalanche rating van 130mJ, dat is best veel., en zoveel energie kun je lang niet opslaan in een dergelijk draadje met zo'n kleine stroom.

Je zou eens een 10uF ceramisch condensatortje tussen source en drain van de FET kunnen proberen.

Dat lijkt me dan weer een uitermate slecht idee; de MOSFET mag dan elke keer bij het inschakelen die condensator leeg trekken, met een idiote stroom, die hier nog wel wat beperkt wordt door de grote gate weerstand. Uiteindelijk zit er bij 24V maar 3mJ in die condensator, maar nog het is echt geen goed idee.

Zenerdiode over gate-source is ook goed idee.

Precies; een gate-source overspanning lijkt me hier de meest waarschijnlijke vergelijking.

Door het schakelen kun je in de source aansluiting van de MOSFETs een spanningspiek krijgen, vanwege de inductie van die draad, en die zie je vervolgens op de gate van je MOSFET terug. Omdat deze niet over de 60V gaat, gaat de MOSFET niet in avalanche breakdown (wat bij spanning over de draden van de belasting wel het geval kan zijn). De gate is veel gevoeliger voor een dergelijke overspanning dan de drain (beide t.o.v. de source).

Met een zenerdiode dat zou ook opgelost zijn.

Als je toch een zenerdiode plaatst kun je ook die 10k wat kleiner nemen (2k2 of zo), dan is de transitie uit-aan (en omgekeerd) ook wat korter.
Tijdens die transitie staat de FET namelijk echt vermogen te dissiperen, en met 63.5K/W zit je in no-time over de maximale temperatuur heen; daar heb je de meeste kans op bij snel achter elkaar schakelen.

Het zit aan de uitgang van een PLC, hoe snel dat je dat het gaat?

Met 2k2 en een 12V zener krijg je constant ~5mA door die weerstand en zener, en gaan ze allebei ongeveer 60mW opstoken. Geen enorme ramp, maar het wordt wel een beetje warm, en ik zie eigenlijk niet in waarom dat nodig is; ik verwacht niet dat de schakelverliezen zo groot zullen zijn.

ik ben net de lokale elektronica winkel gestapt en een hoopje zenerdiodes (BZX55C12) gekocht. Die ben ik er nu bij op aan het solderen, hopelijk is het daarmee opgelost. Een RC(D) keten bijplaatsen is plan B, maar dat past allemaal niet meer op mijn printplaten, dus dan moet ik alles opnieuw bouwen...
Alvast bedank iedereen voor de snelle en goede reacties. Hopelijk lossen de zeners mijn probleem op.

Maar hoeveel stroom loopt er nu? 1A per fet?

Bij 1A verwachten we rond de 0.1 Ohm * 1A = 0.1V over de fet. Maal de stroom 1A * 0.1V = 0.1W aan vermogen in de fet.

Met een TJA van rond de 60 verwachten we dan een opwarming van 6 graden.

Hoe vaak schakel je? enkele keren per minuut? Of PWM op 10kHz? In het eerste geval hoeven we niet te rekenen aan het schakelen, In het tweede geval wel.

Dan: rekenen aan het schakelen.

AANschakelen: je laad de gate op door een 4k weerstand. De spanning over de weerstand als de fet aangaat is ongeveer 9.6V-4V = 5.6V. De stroom wordt dan 1.4mA. Om een 315pF condensator op te laden naar 4V heb je dan 315pF * 4V / 1.4mA = 1 µs voor nodig. De worst-case verliezen in de mosfet zijn dan 1 µs * 1A * 24V = 24 µJ.

Doe je dit een paar keer per seconde.... dan is er niets aan de hand. Doe je dit 10000 keer per seconde, dan wordt dat 240mW, dat zal een opwarming teweeg bregenen van ongeveer 15 graden. Moet ie kunnen hebben.

Het uitschakelen is ongeveer 2x erger. Schat ik, geen zin om uit te rekenen. De spanning over de equivalente gate-weerstand is dan lager namelijk.

Nog steeds binnen de grenzen.

Ik heb nog steeds niets gehoord wat mij doet denken: Dat moet het zijn, dat zal het oplossen.

Een voeding die tijdens het opstarten "even" meer dan z'n nominale spanning levert is d'r 1 die snel uit de markt verdwijnt. Niemand wil dat ding hebben.

Een PLC die meer dan z'n voedingsspanning op de uitgang zet: lijkt me stug. Een PLC die (even) meer dan 24V op z'n uitgang weet te produceren: Stug! Echt, ik verwacht niet dat die zeners gaan helpen. Maar ja. Ik kan het fout hebben. Vastklampen aan strohalmen is wat we nu moeten doen....

Lange draad, met relatief veel inductie in de source verbinding zou kunnen veroorzaken dat de source ver onder de ground gaat, met een te grote gate-source spanning als gevolg. Echter, de spanningsdeler zit netjes dicht bij elke MOSFET, en die vormt samen met de gate capaciteit een RC filter, waardoor een korte piek niet echt op de gate komt. In combinatie met de kleine stromen en langzaam schakelen, zie ik daar eigenlijk ook niet echt een waarschijnlijke oorzaak.

Op 30 juli 2020 14:22:53 schreef DimitriDK:Als ik een defect heb is het telkens geweest als ik de installatie aan zetten, nog nooit tijdens dat de installatie werkt.

Dit. Gaat de FET niet stuk op het moment dat geheel uitstaat.
M.a.w. heb je geen ESD probleem op je werkplek?

In dat geval zou die zenerdiode trouwens ook werken.

@Sparky: Inderdaad, de FET zou een 10u cap steeds kortsluiten. Daar kan (een normale/goede kwaliteit) ceramische cap prima tegen, wat denk je dat er in schakelvoedingen voor ripplecurrent door loopt?

Het gaat niet om of de cap daartegen kan maar de FET. 24V op de condensator, 0.08 Ohm, dan loopt er even 300A!

Of dat boven de max van de mosfet ligt maakt niet zo veel uit. Het gaat om de opwarming in de fet. Daarom heeft Sparky uitgerekend hoeveel energie dan van de condnesator in de fet terecht kan komen.