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MOSFET当继电器用出现栅极对漏极低阻抗烧毁


司做了一款低压数控电源,基本指标如下:

输入12VDC

输出四路:-5V~5V,电流-40A~40A。

        由于端口有漏电流要求,采用直流继电器成本太高,就采用MOSFET代替继电器。MOSFET型号为IRF1324S-7PPbF,这款MOSFET在公司当继电器用有三年左右的经验,一直没有出任何过问题。但在这个电源上使用时,部分单板的三通道出现IRF1324S-7PPbF严重发热烧毁的现象。诡异的问题就出在这里,几千块板 老化时没有一个出现烧IRF1324S-7PPbF,客户使用三个月后陆续出现了近100个单板出现IRF1324S-7PPb严重发热烧毁的现象。

对出问题的单板进行检查发现:

①   出现问题的单板全部烧的都是三通道(每个单板四路输出,出现问题的都是第三路)。

②   所有烧IRF1324S-7PPbF的单板最后都是工作在电流输出负40A电流时。

②MOSFET发热温度估测在200℃左右,且为持续发热。单板上MOSFET下面的铜皮被烧的翘起,MOSFET本体发黑裂开,但没有炸裂的迹象。

③检查整个单板发现损坏的器件只有一个,就是这个当继电器用的IRF1324S-7PPbF,包括它的驱动电路在内,没有一个其他器件损坏,更换IRF1324S-7PPbF,单板可以正常工作,一两个月都没有问题。

④检查损坏的IRF1324S-7PPbF:有一半以上是栅极对漏极出现低阻抗(几十到几百欧姆),栅极对源极高阻,漏极对源极高阻。其中找到一两个刚发热就发现的IRF1324S-7PPbF,检查结果为:栅极对漏极出现低阻抗(几十到几百欧姆),栅极对源极高阻,漏极对源极短路。

实际使用电路如下:

电路的拓扑是一个H桥,MOSFET放在输出端口,充当继电器的功能。

注:IRF1324S-7PPbF是当继电器在用,电源开始工作后,他的驱动一直拉高,所以驱动电阻为1K的情况下也能正常导通。实测IRF1324S-7PPbF驱动电压在6V~9V之间浮动(源极电压不固定)。

 


实际检测发现三通道与其他通道相比只有一点差异



实验室故障模拟:

发现只有将IRF1324S-7PPbF的驱动拉低到门限电压附近,让它工作在线性放大区才有可能导致IRF1324S-7PPbF发热升温到200℃以上:电源输出+40A时体二极管都可以提供续流通路,MOSFET的温度会偏高但不会超过70℃;电源输出-40A时,体二极管截止,电流必须从MOSFET通过,工作在线性放大区的IRF1324S-7PPbF会严重发热,实测温度接近200℃,MOSFET下面的焊锡融化。(规格书上IRF1324S-7PPbF最高结温为175℃)。

综合上述问题现象和后续检测可以得出以下结论:

①   电路的原理没有问题(如果电路原理有问题,不会只坏三通道)

②   IRF1324S-7PPbF发热是驱动不足,工作在线性放大区导致的。

③    

 

推测损坏原理为:

        IRF1324S-7PPbF由于出现某种异常导致栅极对漏极击穿,呈现低阻抗。驱动电压被分压,栅极只有3V左右的电压,IRF1324S-7PPbF工作在线性放大区,电源输出+40A时体二极管续流,MOSFET发热但不会烧毁。电流输出-40A时,体二极管截止电流通过工作在线性去IRF1324S-7PPbF,出现严重发热。

注:

1.(IRF1324S-7PPbF门限电压为2.2~3.9V,实测4.1V以上IRF1324S-7PPbF可以导通,发热正常)

2.焊锡熔点在183℃左右,能将焊锡融化,说明IRF1324S-7PPbF发热的确到了200℃左右,热成像仪测试数据基本可靠。

 

暂时处理方法:对三通道IRF1324S-7PPbF的源极外加一层铜皮,既可以增强倒流能力,也可以增加散热。(这样处理过后,一个月左右,还是出现4个通道IRF1324S-7PPbF烧毁)

 

问题:

一直没有弄清楚的问题是IRF1324S-7PPbF为什么会出现栅极对漏极低阻抗?

IRF1324S-7PPbF损坏的原因是什么?

 

 



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2016-10-17 09:58
先赏之~
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2016-10-17 16:29
驱动电压在6V~9V之间,这个有点偏低,加之散热余量不够,MOS应该是热坏的。
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2016-10-17 20:22
@ymyangyong
驱动电压在6V~9V之间,这个有点偏低,加之散热余量不够,MOS应该是热坏的。
同一个板上四路输出,只有第三路出现烧输出MOSFET的现象,其他路驱动电压和驱动电路都是一样。在不涉及开关过冲的情况下这个驱动电压还是够的,不然就不会只烧第三通道了。
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hylylx
LV.9
5
2018-09-18 08:42
R1020没准参与了
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