Mosfet en corte y saturación

[Javier.rodriguez]

Hola, estoy diseñando un circuito para poder controlar una resistencia de 10kW con un control PWM usando un mosfet.
La resistencia es para calentar agua, tiene una resistencias de 43.3ohmios y la tensión que tengo es de 800Vdc, por lo que pasa una corriente de 18.5A.
El mosfet que tengo es un C2M0040120D:




El PWM es de 24V y lo genero con una autómata siemens.
Lo que hago para dispararlo es un divisor de tensión para poner la puerta dentro del rango permitido pero lo que me pasa es que el mosfet se me cortocircuitan todos los canales, si lo activo y desactivo lentamente (1Hz) si funciona pero en cuanto aumento el PWM (100Hz) se estropea.


¿Qué estoy haciendo mal?
Mi siguiente opción es hacer lo mismo pero con otras resistencias, para intentar bajar la tensión de puerta lo máximo que pueda para poder cumplir en saturación Vds>Vgs-Vth.


¿Funcionara o romperé mi sexto mosfet?

 

[flaco-urbano]

¿Puedes alimentar con un menor voltaje al PWM?

 

[Javier.rodriguez]

¿Puedes alimentar con un menor voltaje al PWM?

No puedo, la salida del autómata es un PWM a 24V.

 

[Scooter]

Baja el valor de las resistencias. Solución cutre

Usa un driver decente. Solución científica.

Seguramente no metas bastante corriente en la puerta del IGFET y este demasiado tiempo en la zona activa.

Y si no es eso, es porque es otra cosa.

 

[Daniel Lopes]

Hola a todos , quizaz 24V de "control" sea una tensión muy elevada de Vgs y eso puede estropiar lo puebre MosFet.
Una sugerencia serias "granpear" esa tensión con auxilio de un diodo Zener de 18 Voltios maximos ( tensión mas que suficiente para cerriar conpletamente lo canal Dreno y Sourse ).
No olvidar de poner un resistor de limitación de curriente entre lo "driver" de 24 V y lo bendicto diodo Zener granpeador de 18V.
Como la Carga final aclarada es un bruto resistor no creo que haya tensiones contra electromotriz cuando lo MosFet "desliga" , peeeero eso teria que sener chequeado con la ayuda de una punta atenuada de 100:1 , esa apropriada para las tensiones en juego mas un Osciloscopio.
Tanbien no se si es possible testear ese "engendro" con tensiones mas bajas hasta gañar mas confianza para despues si testear a "full" con los 800Vdc.
!Suerte en los desahollos!

 

[Scooter]

mmmmm
mmmmmmmmm
¿Calentar agua, 800Vcc, 10kW, PWM 1kHz?

Muchas cosas rrrrrarrrras juntas.

Una fuente de 10kW CC 800V vale un Potosí, o dos si son pequeños. ¿Que es lo que motivó esa configuración?

Dada la inercia térmica del agua te da lo mismo usar PWM a 1kHz que a 0,5Hz

Para 10kW será un depósito enorme. Los que he visto de ese calibre funcionaban mediante bomba de calor por se más eficiente.

 

[sergiot]

Tendrías que medir con osciloscopio que pasa con la compuerta a medida que subis la frecuencia, puede que antes de la frecuencia en donde se quema, puedas logar ver el principio del fin, para el mosfet, y asi poder aplicar una solución coherente a esa situación.

 

[unmonje]

Hola, estoy diseñando un circuito para poder controlar una resistencia de 10kW con un control PWM usando un mosfet.
La resistencia es para calentar agua, tiene una resistencias de 43.3ohmios y la tensión que tengo es de 800Vdc, por lo que pasa una corriente de 18.5A.
El mosfet que tengo es un C2M0040120D:

Ver el archivo adjunto 285596


El PWM es de 24V y lo genero con una autómata siemens.
Lo que hago para dispararlo es un divisor de tensión para poner la puerta dentro del rango permitido pero lo que me pasa es que el mosfet se me cortocircuitan todos los canales, si lo activo y desactivo lentamente (1Hz) si funciona pero en cuanto aumento el PWM (100Hz) se estropea.
Ver el archivo adjunto 285598

¿Qué estoy haciendo mal?
Mi siguiente opción es hacer lo mismo pero con otras resistencias, para intentar bajar la tensión de puerta lo máximo que pueda para poder cumplir en saturación Vds>Vgs-Vth.
Ver el archivo adjunto 285602

¿Funcionara o romperé mi sexto mosfet?

Estas tratando al MOSFET como si fuera un transistor bipolar Ese es el problema.
Si llenas la base de portadores, después, se tarda mucho tiempo en descargar esos electrones, en un lugar de TAN ALTA impedancia.
Justamente yo usaba esa propiedad, para memorizar una protección de corto circuito en una fuente lineal de mucha corriente.
El transistor MOSFET luego de pasar a conducción, tardaba varios minutos en caerse, aproximadamente unos 10 minutos, siempre que tuviera una resistencia a masa.
El manejo de la base de esos bichos es bastante critica, incluso se usan chips (AMPOP) que se especializan en manejar la base de los MOSFET.
También, cuando mas corriente se maneje en el secundario, mas duro se pone el retorno al corte.
A menudo, una tensión negativa a la base ayuda a apurar el asunto. Es decir, la descarga de los portadores.

Resumiendo :
1-Primero leemos la teoría del componente,
2-comprendemos el asunto y luego
3- usamos el recurso.

No puedo, la salida del autómata es un PWM a 24V.

Si que puedes.
Incluso, es probable que el transistor se rompa, por el chicotazo de los 800 voltios, al desconectar la carga, si ésta, tienen algo de carga inductiva. Suba foto de la resistencia de carga. ¿De que material es ? Si la resistencia es o tiene alambre, tiene componente inductivo. En cuyo caso la fuerza contra electromotriz , puede llegar a varios miles de voltios al desconectar la carga. Eso implica => Transistor muerto de inmediato.
D2 , D1 y R4 son fundamentales. ademas del interno del MOS

 

[Scooter]

Busca un driver o mejor un relé de estado sólido ya hecho

 

[tiovik]

Estas tratando al MOSFET como si fuera un transistor bipolar Ese es el problema.
Si llenas la base de portadores, después, se tarda mucho tiempo en descargar esos electrones, en un lugar de TAN ALTA impedancia.
Justamente yo usaba esa propiedad, para memorizar una protección de corto circuito en una fuente lineal de mucha corriente.
El transistor MOSFET luego de pasar a conducción, tardaba varios minutos en caerse, aproximadamente unos 10 minutos, siempre que tuviera una resistencia a masa.
El manejo de la base de esos bichos es bastante critica, incluso se usan chips (AMPOP) que se especializan en manejar la base de los MOSFET.
También, cuando mas corriente se maneje en el secundario, mas duro se pone el retorno al corte.
A menudo, una tensión negativa a la base ayuda a apurar el asunto. Es decir, la descarga de los portadores.

Resumiendo :
1-Primero leemos la teoría del componente,
2-comprendemos el asunto y luego
3- usamos el recurso.

Si que puedes.
Incluso, es probable que el transistor se rompa, por el chicotazo de los 800 voltios, al desconectar la carga, si ésta, tienen algo de carga inductiva. Suba foto de la resistencia de carga. ¿De que material es ? Si la resistencia es o tiene alambre, tiene componente inductivo. En cuyo caso la fuerza contra electromotriz , puede llegar a varios miles de voltios al desconectar la carga. Eso implica => Transistor muerto de inmediato.
D2 , D1 y R4 son fundamentales. ademas del interno del MOS

Detalle: D1 es un zener de 15V que evita sobreexcitar (y posiblemente destruir) el gate del MOSFET. Por otro lado D2 tiene que ser rápido y como mínimo tener una capacidad de manejo de corriente pico repetitivo similar a la máxima que maneja el MOSFET (a menos que lo quieras ver volar al primer pulso flyback que aparezca). Por último R4 tiene que ser, lo suficientemente grande como para levantar al menos 15V cuando hay que encender el MOSFET y lo suficientemente chica para descargar la capacidad Vgs lo más rápido que se pueda.
No necesitas hacer la prueba a plena potencia (con los 800V y la carga de 10KW, merde!). Podes optimizar valores trabajando con valores más seguros, sobretodo si optimizas el circuito usando un osciloscopio buscando el valor óptimo de R4.
Si vas a trabajar a 100 Hz (algo completamente razonable con un MOSFET que aguanta 800 V) podes usar un optoacoplador para independizar masas. En ese caso T3 pasa a ser el transistor de salida del opto y desde ya la alimentación de 24 V del "pseudo-driver" puede (y debe) ser totalmente independiente del PLC que maneja todo el circo. Con determinados optos podes llegar a 20 Khz sin problemas, supuestamente siendo carga resistiva el MOSFET debería acompañar.
Ojo que como todos los transistores, los MOSFET se vuelven mas lentos conforme aumenta el aguante de tensión Vds.

 

[unmonje]

Detalle: D1 es un zener de 15V que evita sobreexcitar (y posiblemente destruir) el gate del MOSFET. Por otro lado D2 tiene que ser rápido y como mínimo tener una capacidad de manejo de corriente pico repetitivo similar a la máxima que maneja el MOSFET (a menos que lo quieras ver volar al primer pulso flyback que aparezca). Por último R4 tiene que ser, lo suficientemente grande como para levantar al menos 15V cuando hay que encender el MOSFET y lo suficientemente chica para descargar la capacidad Vgs lo más rápido que se pueda.
No necesitas hacer la prueba a plena potencia (con los 800V y la carga de 10KW, merde!). Podes optimizar valores trabajando con valores más seguros, sobretodo si optimizas el circuito usando un osciloscopio buscando el valor óptimo de R4.
Si vas a trabajar a 100 Hz (algo completamente razonable con un MOSFET que aguanta 800 V) podes usar un optoacoplador para independizar masas. En ese caso T3 pasa a ser el transistor de salida del opto y desde ya la alimentación de 24 V del "pseudo-driver" puede (y debe) ser totalmente independiente del PLC que maneja todo el circo. Con determinados optos podes llegar a 20 Khz sin problemas, supuestamente siendo carga resistiva el MOSFET debería acompañar.
Ojo que como todos los transistores, los MOSFET se vuelven mas lentos conforme aumenta el aguante de tensión Vds.

Dígale eso a Rodríguez, que fue el que preguntó !!!

 

[Javier.rodriguez]

Acabo de probar con el otro divisor de tensión para meter a la puerta 4V y se ha activado bien pero al desactivarlo se ha estropeado el mosfet, solo con un ciclo.

Pretendía bajar la tensión al máximo para ponerlo en saturación cumpliendo Vds>(Vgs-Vth).

 

[unmonje]

Acabo de probar con el otro divisor de tensión para meter a la puerta 4V y se ha activado bien pero al desactivarlo se ha estropeado el mosfet, solo con un ciclo.
Ver el archivo adjunto 285664Ver el archivo adjunto 285665
Pretendía bajar la tensión al máximo para ponerlo en saturación cumpliendo Vds>(Vgs-Vth).

Por lo visto, usted no lee lo que le estamos escribiendo hace rato, porque no acusa recibo.
Baje la tensión de Colector , haga que todo funcione bien primero y despues lo pone a andar a 800 voltios.
Relea el #8 donde le anticipaba lo que le podía pasar y ya le pasó.
Suba foto de las resistencias.
Ese transistor es de 330 Watts de disipación ¿ y usted quiere manejar 10KVA ? Está loco-

¿usted hizo esta cuenta ? 1200volt x 60 Ampres = 72000 watts. Le cuento que es conceptualmente incorrecta.

Este transistor , solo puede disipar 330watts segun su fabricante --> 800 volt x 0,4 =320 Watts ( bienvenido al club)

Si maneja 800 voltios , no va a poder manejar mas que 0,4 Amperes. ¿entiende lo que le digo ?

Use un contactor , aunque le va a durar poco.

 

[Daniel Lopes]

Hola a todos , lo transistor MosFet dicipara en Watts la potenzia referente a la tensión de VDS sat ( tensión entre Dreno y Sourse cuando lo canal si queda totalmente cerriado y saturado) veses la curriente de Dreno que ese soporta ( desde que bien dicipado lo calientamente generado en ese momento ).
Por lo grafico aportado mas arriba pudemos veer claramente que la junción Gate y Sourse aguanta hasta 20 Voltios y es en esa condición que tenemos la minima resistencia de Dreno y Sourse possible o sea cuando lo MosFet si queda con su canal totalmente cerriado ( RDS on sat) .
Poner solamente 4 Voltios de tensión de conmando de Vgs para lo puebre MosFet NO logra cerriar totalmente su canal Dreno y Sourse nin a los palos y asi ese dicipa muuuuucha potenzia que seguramente el NO puede sorportar sin antes autoestropiarse definitivamente.
!Saludos!

Por lo visto, usted no lee lo que le estamos escribiendo hace rato, porque no acusa recibo.
Baje la tensión de Colector , haga que todo funcione bien primero y despues lo pone a andar a 800 voltios.
Relea el #8 donde le anticipaba lo que le podía pasar y ya le pasó.
Suba foto de las resistencias.
Ese transistor es de 330 Watts de disipación ¿ y usted quiere manejar 10KVA ? Está loco-

¿usted hizo esta cuenta ? 1200volt x 60 Ampres = 72000 watts. Le cuento que es conceptualmente incorrecta.

Este transistor , solo puede disipar 330watts segun su fabricante --> 800 volt x 0,4 =320 Watts ( bienvenido al club)

Si maneja 800 voltios , no va a poder manejar mas que 0,4 Amperes. ¿entiende lo que le digo ?

Use un contactor , aunque le va a durar poco.

Estimado Don unmonje , en ese caso especifico lo transitor MosFet dbe andar como una llave "on-off" y NO en su región Lineal.
Asi creo que toda la teoria arriba no si aplica en ese caso aca.
Hay 800 Vdc entre Dreno y Sourse del transistor MosFet cuando ese si queda en modo "desligado" y en ese momento NO debe circular cualquer curriente ( caso la carga sea puramente resistiva).
Ya cuando lo transistor MosFet si queda "cerriado" la tensión que si desenvolve en la junción Dreno y Sourse es la curriente circulante (800V/43,3Ohmios ) veses la resistencia RDS ON de saturación ( resistencia entre Dreno y Sourse cuando lo canal si queda conpletamente cerriado).
Para eso NO pudemos olvidar de escojer una tensión mas adecuada de VGS para lograr esa condición aclarada.
Otro punto muuucho inportante que NO puede sener olvidado : los tienpos de "Ton" y "Toff" , eses tienen que sener lo mas rapido possible para que lo transistor MosFet NO dicipe potenzia innessesaria , asi lo circuito Driver del Gate tiene que sener prolijo para "cargar" y "descargar" la junción Gate y Sourse bien rapido , o sea ese tiene que tener bajissima inpedancia de salida una ves que la junción Gate y Sourse de un transistor MosFet es practicamente un capacitor de valor generoso en la orden de los nanoFaradios.
!Saludos desde Brasil !

 

[unmonje]

Hola a todos , lo transistor MosFet dicipara en Watts la potenzia referente a la tensión de VDS sat ( tensión entre Dreno y Sourse cuando lo canal si queda totalmente cerriado y saturado) veses la curriente de Dreno que ese soporta ( desde que bien dicipado lo calientamente generado en ese momento ).
Por lo grafico aportado mas arriba pudemos veer claramente que la junción Gate y Sourse aguanta hasta 20 Voltios y es en esa condición que tenemos la minima resistencia de Dreno y Sourse possible o sea cuando lo MosFet si queda con su canal totalmente cerriado ( RDS on sat) .
Poner solamente 4 Voltios de tensión de conmando de Vgs para lo puebre MosFet NO logra cerriar totalmente su canal Dreno y Sourse nin a los palos y asi ese dicipa muuuuucha potenzia que seguramente el NO puede sorportar sin antes autoestropiarse definitivamente.
!Saludos!

Estimado Don unmonje , en ese caso especifico lo transitor MosFet dbe andar como una llave "on-off" y NO en su región Lineal.
Asi creo que toda la teoria arriba no si aplica en ese caso aca.
Hay 800 Vdc entre Dreno y Sourse del transistor MosFet cuando ese si queda en modo "desligado" y en ese momento NO debe circular cualquer curriente ( caso la carga sea puramente resistiva).
Ya cuando lo transistor MosFet si queda "cerriado" la tensión que si desenvolve en la junción Dreno y Sourse es la curriente circulante (800V/43,3Ohmios ) veses la resistencia RDS ON de saturación ( resistencia entre Dreno y Sourse cuando lo canal si queda conpletamente cerriado).
Para eso NO pudemos olvidar de escojer una tensión mas adecuada de VGS para lograr esa condición aclarada.
Otro punto muuucho inportante que NO puede sener olvidado : los tienpos de "Ton" y "Toff" , eses tienen que sener lo mas rapido possible para que lo transistor MosFet NO dicipe potenzia innessesaria , asi lo circuito Driver del Gate tiene que sener prolijo para "cargar" y "descargar" la junción Gate y Sourse bien rapido , o sea ese tiene que tener bajissima inpedancia de salida una ves que la junción Gate y Sourse de un transistor MosFet es practicamente un capacitor de valor generoso en la orden de los nanoFaradios.
!Saludos desde Brasil !

Don Lopez : Lo que usted dice es absolutamente cierto en lo teórico.
En la práctica puede ser una aproximación porque esos ON- OFF no siempre logran ABRIR y CERRAR a tiempo y de 330W a 10KW hay un trecho larguísimo Estos transistores segun la carga que tengan, a veces muestran un poco de rampa lineal, la suficiente para calentarlos mucho. Sobre todo cuando se lo lleva a 100 hrz o mas. Esto me pasó bastante con fuentes de switching . Cordiales saludos

 

[Daniel Lopes]

Don Lopez : Lo que usted dice es absolutamente cierto en lo teórico.
En la práctica puede ser una aproximación porque esos ON- OFF no siempre logran ABRIR y CERRAR a tiempo y de 330W a 10KW hay un trecho larguísimo Estos transistores segun la carga que tengan, a veces muestran un poco de rampa lineal, la suficiente para calentarlos mucho. Sobre todo cuando se lo lleva a 100 hrz o mas. Esto me pasó bastante con fuentes de switching . Cordiales saludos

Entonses olvidemos de ves dese transistor MosFet y quedamos con IGBT industriales y su grans dicipadores de calor .
!Saludos!

 

[Javier.rodriguez]

GRACIAS A TODOS por ayudarme a ver el problema, por lo que me habéis dicho todo apunta a que en los tránsitos (Tiempos "Ton" y "Toff") el mosfet llega a calentarse y a destruirse.
Pero hay algo que no llego a entender y es que la oscilación de excitación de puerta el autómata puede llegar a generarla hasta 100kHz y vista con el osciloscopio los tránsitos son rápidos incluso para esas frecuencias, si probando a bajas frecuencias se estropea hay algo que no logro ver.
Pasaré a los IGBT y veré si no lo quemo también.

De nuevo gracias a todos, soy nuevo en esto del foro por lo que perdonar si no lo estoy manejando bien y echáis en falta algo.

Sigo informando según realice mas pruebas.

 

[Scooter]

Es que el "driver" que usas es una M bien gorda.
Por tercera vez te digo que uses un driver medio decente y luego me cuentas.
Con los MOSFETs que has quemado te daba para veinte drivers.

 

[unmonje]

GRACIAS A TODOS por ayudarme a ver el problema, por lo que me habéis dicho todo apunta a que en los tránsitos (Tiempos "Ton" y "Toff") el mosfet llega a calentarse y a destruirse.
Pero hay algo que no llego a entender y es que la oscilación de excitación de puerta el autómata puede llegar a generarla hasta 100kHz y vista con el osciloscopio los tránsitos son rápidos incluso para esas frecuencias, si probando a bajas frecuencias se estropea hay algo que no logro ver.
Pasaré a los IGBT y veré si no lo quemo también.

De nuevo gracias a todos, soy nuevo en esto del foro por lo que perdonar si no lo estoy manejando bien y echáis en falta algo.

Sigo informando según realice mas pruebas.

Atinarle al manejo de la base de un MOSFET sin que se rompa, es como meter una canica en la boca de una botella vacía, a 3 metros de distancia.
Espero lo entiendas.
Lo que menos soportan esos transistores es :
Pasarse de tensión de base,
el ESD (descarga electrostática) en su base
la capacitancia del gate,
y la capacitancia del zener que lo proteje.
Todo eso sumado, garantiza su destrucción en base.
La inducción en el secundario o colector hará el resto.

 

[fercholes]

Buenas gente.
Si tengo unos mosfet en configuración de medio puente donde lo alimento con 150V con limitación de corriente a 1A con Disipador y ventilador y un voltaje en gate de 12V prendido y -2V apagado

En la prueba estaba funcionando en vacío de manera correcta sin embargo en un momento los mosfet se dañaron
Estos Mosfet son de 600V 60A
Por lo cual no encuentro manera de como se pudo dañar les pido que me ayuden a encontrar que posible razón se do para dañar los mosfets

Corriente limitada
Voltaje cas al 15% de su máximo
Con disipador y ventilador

Muchas gracias