Tại sao các trình điều khiển MOSFET của tôi bị thổi trong Cầu H này?


9

Tôi đã xây dựng một mạch H-Bridge riêng biệt để chạy một động cơ gạt nước kính chắn gió 12V hợp lý. Mạch bên dưới (EDIT: xem ở đây để có tệp PDF lớn hơn , StackExchange dường như không cho phép bạn mở rộng hình ảnh):
RM: Xem hình ảnh imgur lớn hơn ở đây - chúng được lưu bởi hệ thống nhưng chỉ hiển thị ở kích thước nhỏ. Cũng có thể truy cập thông qua "hình ảnh mở trong tab mới"

sơ đồ

Đưa bo mạch lên, tôi bắt đầu với chế độ 100% chu kỳ nhiệm vụ (không phải là PWM) và thấy nó hoạt động, vì vậy tôi bắt đầu điều khiển một trong các MOSFET kênh N bên thấp. Điều này cũng có vẻ tốt, mặc dù gây ra sự gia nhiệt đáng chú ý trong schottky phía cao ở phía bên của cầu nối từ sự tăng đột biến.

Sau đó, tôi bắt đầu điều khiển các MOSFE phía cao và phía thấp trong nỗ lực làm tiêu tan các gai cảm ứng hiệu quả hơn. Điều này cũng vậy (với những gì có lẽ là quá nhiều thời gian chết), dường như hoạt động tốt, với các diode phía trên vẫn mát mẻ.

Tuy nhiên, sau khi chạy nó một lúc bằng cách sử dụng một công tắc để thay đổi chu kỳ nhiệm vụ trực tiếp, tôi đã giảm tốc độ từ khoảng. Chu kỳ thuế 95% đến 25%, điều mà tôi đã làm nhiều lần trước đây. Tuy nhiên, trong dịp này, đã có một trận hòa hiện tại cao và đột ngột, và các trình điều khiển MOS4 TC4428A đã nổ tung.

Đây là những thành phần duy nhất thổi bay các MOSFET bản thân chúng vẫn ổn, vì vậy tôi loại trừ bất kỳ muppetry bắn xuyên nào từ phía tôi. Giải thích tốt nhất của tôi cho đến nay là một lượng quá mức của kickback quy nạp, hoặc (nhiều khả năng) quá nhiều năng lượng tái tạo từ động cơ làm chậm để cung cấp năng lượng để đối phó. TC4428A có xếp hạng điện áp thấp nhất trong cầu (18V, tối đa 22V) và tôi nghĩ rằng điện áp đã tăng quá cao quá nhanh.

Tôi đã điều hành phía 12V của bo mạch này từ một nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính băng ghế dài kiểu cũ, với các dây dẫn tương đối dài giữa nó và bo mạch. Tôi tưởng tượng điều này không thực sự có khả năng làm tiêu tan sự tăng điện áp.

Tôi không nghĩ rằng TC4428As đã quá tải về tải trọng động của MOSFET; Tôi đã phát tín hiệu ở tốc độ tương đối thấp (khoảng 2,2kHz) và bản thân các MOSFET không có tổng phí cổng đặc biệt cao. Chúng dường như giữ mát trong khi hoạt động, và bên cạnh đó, trình điều khiển A và B đã thổi, mặc dù chỉ có trình điều khiển B được điều khiển.

Liệu giả thuyết của tôi có vẻ hợp lý? Có nơi nào khác tôi nên tìm kiếm? Nếu vậy, việc tự do rắc một số điốt TVS mạnh mẽ xung quanh bảng (trên đầu vào nguồn điện và giữa các đầu ra cầu) là một cách hợp lý để đối phó với tình trạng quá điện áp? Tôi không chắc chắn tôi muốn chuyển sang thiết lập loại điện trở hãm đã chuyển đổi (nó chỉ là một động cơ bánh răng 12 bit nhỏ hay 2.5mm ...).

Cập nhật:

Tôi đã đặt một TVS 1500W trên các thiết bị đầu cuối cung cấp 12V (một SMCJ16A ); điều này dường như đang kẹp quá điện áp trong quá trình hãm xuống dưới 20V (điều này cho thấy điện áp cung cấp; một dạng sóng giống hệt nhau được nhìn thấy giữa các cổng MOSFET và 0V):

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Nó không đẹp, và có lẽ nó vẫn còn quá cao (điện áp kẹp của SMCJ16A là 26V ở mức tối đa hiện tại 57 57, trong khi tối đa tuyệt đối TC4428A của chúng tôi là 22V). Tôi đã đặt hàng một số SMCJ13CA và sẽ đặt một chiếc trên toàn bộ nguồn cung cấp, và một chiếc trên các thiết bị đầu cuối động cơ. Tôi khá sợ rằng ngay cả với một TVS 1,5kW mạnh mẽ, nó sẽ không kéo dài; bạn có thể thấy rằng nó dường như được kẹp trong 80ms hoặc lâu hơn, đó là một khoảng thời gian dài cho TVS. Điều đó nói rằng, nó dường như được giữ mát. Tất nhiên với tải thực tế trên trục ... có lẽ tôi có thể đang thực hiện một giải pháp điện trở hãm chuyển đổi.


Bạn có đang chạy các đường dây điện riêng cho MOSFE và trình điều khiển không?
Ignacio Vazquez-Abrams

@ IgnacioVazquez-Abrams: các trình điều khiển được điều khiển bằng 5V (trên đầu vào của chúng), nhưng chúng đang chuyển đổi cùng một nguồn điện 12V từ cùng một nguồn cung cấp như chính MOSFET.
xwhatsit

1
Tại thời điểm này, chúng tôi không có cách nào để biết hệ thống của bạn sẽ phải hấp thụ bao nhiêu năng lượng trong khi làm chậm, vì vậy bạn thực sự phải mô tả điều đó để xem liệu điện áp đầu vào của bạn có ở gần mức tối đa 22V trong khi làm chậm động cơ không. Nếu vậy, bạn cần một số cách để hấp thụ thêm năng lượng. TVS lớn, điện trở với bộ so sánh và công tắc, rất nhiều điện dung bổ sung, vv Nếu đó không phải là vấn đề thì bạn có thể bắt đầu tìm kiếm ở nơi khác. Sau khi xây dựng lại mạch, tôi sẽ xem xét tất cả các nút xung quanh trình điều khiển cho các xung dương hoặc âm quá mức, sau đó bắt đầu thử nghiệm để lấy lại năng lượng.
John D

1
@xwhatsit Có, điện dung bổ sung sẽ đi qua nguồn cung cấp để giúp hấp thụ năng lượng regen. Và vâng, tôi sẽ xem xét mọi pin trên trình điều khiển để xem liệu có đột biến hoặc du ngoạn ngoài xếp hạng abs max trong biểu dữ liệu. Nếu tài xế nổ tung và FET thì không, sự cố quá điện là thủ phạm có khả năng nhất. Bạn chỉ cần tìm ra nó đến từ đâu.
John D

1
Tôi nghĩ rằng năng lượng tái tạo + nguồn cung cấp không thể hấp thụ năng lượng rất có thể là vấn đề. Tôi sẽ không dựa vào TVS để giải quyết nó: TVS được tạo ra để hấp thụ đỉnh năng lượng, không phải là năng lượng bền vững. Bạn sẽ phải có được thứ gì đó có thể làm tiêu tan năng lượng tái sinh đó. Một pin accu sẽ tốt, hoặc tải vĩnh viễn (lãng phí rất nhiều năng lượng nhưng có thể tốt cho các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm) hoặc một số kẹp điện áp có thể tiêu tan (bóng bán dẫn điện + TL431?). Điện dung có thể giúp ích, nhưng chỉ đối với các đỉnh nhỏ: nó sẽ không tiêu tan bất cứ thứ gì.
Wouter van Ooijen

Câu trả lời:


4

Bảng dữ liệu FDD6637 MOSFET tại đây
Bảng dữ liệu TC4428A tại đây

Bất kể sự tồn tại của MOSFET là gì, cho đến nay :-), tôi sẽ thêm cổng vào các bộ điều khiển nguồn vào FET để kẹp các điện áp ghép Millar từ tải cảm ứng.

Điều này cũng có thể giải quyết vấn đề quan sát của bạn. Phân tích logic cho thấy nó sẽ không :-( - nhưng điện dung của Murphy và Millar có thể hoạt động được phép thuật mạnh mẽ. Trình điều khiển TC4428 nghe có vẻ mạnh mẽ (nếu bảng dữ liệu được tin tưởng) với khả năng bảo vệ chống lại hầu hết các vi phạm thông thường. Chúng có Vdd tối đa 22V tuyệt đối. đánh giá và khả năng hấp thụ tới 500 mA dòng ngược 'cưỡng bức' vào đầu ra sẽ được dự kiến ​​sẽ kẹp phản hồi cảm ứng thông qua các cổng MOSFET. Tuy nhiên, các bộ điều khiển cổng tốn ít chi phí, chắc chắn giúp bảo vệ MOSFET trong các tình huống như thế này, và rất không có khả năng làm cho mọi thứ tồi tệ hơn.


Một số nguồn cung cấp năng lượng sẽ không có dòng điện ngược lại và những người khác làm rất tệ.
Bạn đã kiểm tra nguồn cung để xem nó hoạt động như thế nào chưa? Một mét (tốt hơn là một máy hiện sóng) trên cung trong khi phanh có thể cung cấp manh mối. Một tụ điện rất lớn có thể giúp ích, nhưng điều này sẽ giúp cung cấp nếu nó có thể tiêu tán năng lượng nhưng không đủ nhanh, nhưng chỉ che giấu vấn đề nếu nguồn cung vốn không có khả năng hấp thụ năng lượng.

Một điện trở mắc nối tiếp với zener (hoặc tương đương điện) làm tải sẽ giúp hãm tản (nhưng zener mất 12 / Nths công suất cho N volt tăng.

Ví dụ, TLV431 chuyển đổi trong một tải lớn ngay khi V + vượt quá 12,5V và giảm xuống ngay khi trật tự được khôi phục nghe có vẻ như là một giải pháp đơn giản và chi phí thấp để hấp thụ năng lượng phanh.


Tôi có 2 "300 động cơ gạt nước" (Ấn Độ, xe tải, để sử dụng) mà tôi dự định sẽ sử dụng trong một nguyên mẫu trước mắt. Có lẽ vui :-).


Với nguồn tối đa ± 20V trên các MOFSET kênh N và ± 25V trên các kênh P, chính các MOSFET sẽ phải đối phó với sự tăng vọt của nguồn cung cấp 12V trước khi chúng được nướng, và các schottkys Nên kết nối các cống thẳng vào các nguồn trước, với mức giảm tối đa của một volt hay sao? Ngay cả khi giảm 2V với các schottkys, và khi nó được ghép vào cổng và quay lại qua TC4428A, chỉ nên đạt khoảng 300mA hoặc hơn (chúng có điện trở chuyển đổi 7 ohm theo bảng dữ liệu). TVSes trên đường ray điện và thiết bị đầu cuối động cơ sẽ giải quyết vấn đề tương tự?
xwhatsit

Chạy nó trên phạm vi, tôi đã thấy các gai được cắt khá độc đáo ở một volt hoặc hơn, do đó, nguồn cung cấp có thể đối phó với flyback cảm ứng từ PWM; tuy nhiên, nó có thể đã không thể đối phó với sức mạnh tái tạo từ động cơ chậm lại. Đây là một nguồn cung cấp tuyến tính cũ đơn giản, vì vậy tôi nghĩ rằng bạn có thể ở ngay đó. Đúng 300W nghe có vẻ vui: D
xwhatsit

@xwhatsit - Bạn biết những điều sau đây. Chỉ cần suy nghĩ thành tiếng - Giả sử hoàn trả năng lượng là vấn đề, liệu TVS có hoạt động hay không phụ thuộc vào xếp hạng tiêu tán liên tục của TVS và liệu có đường dẫn tiêu tan dài hạn liên tục hay không. Kiểm tra rằng việc cung cấp năng lượng thực sự và hợp pháp (không phải điều tương tự) có thể hấp thụ năng lượng tái tạo nên được kiểm tra. | Không thể đoán được là năng lượng tái tạo được hấp thụ lên tới khoảng ~~~ 7 Watts (khoảng 50% năng lượng với 50% năng lượng) vì trường hợp tiêu tan tồi tệ nhất thường xảy ra ở khoảng giữa. Nó có thể nhiều hơn thế trong một số trường hợp.
Russell McMahon

@xwhatsit - Các khóa cửa: Từ lâu tôi đã có một tải cảm ứng mạnh với công suất điện trở khoảng 200 Watts và khoảng 20 kHz PWM. Khá nhiều MOSFET rắn sans cổng z kéo dài vài giây đến vài phút. Việc thêm các trình điều khiển gs đã khắc phục hoàn toàn vấn đề và tôi thêm chúng "đúng lúc" vào các thiết kế trừ khi hoàn toàn chắc chắn chúng không cần thiết (và thậm chí có thể sau đó :-)). Gắn kết gần với FET. Một "mánh khóe" khác (không thể áp dụng ở đây) là gs schottky được gắn gần FET để kẹp các dao động giả cổng. Nửa chu kỳ tiêu cực có được kẹp lớn mà không ảnh hưởng đến ổ đĩa hợp pháp.
Russell McMahon

Một cách hợp pháp Trong thực tế, điều này sẽ được điều hành từ nguồn cung cấp 3 pha-> 12VDC công nghiệp có khả năng hơn nhiều, có khả năng điều tiết và tiêu tán tốt hơn nhiều. Tuy nhiên tôi không nên coi đây là điều hiển nhiên. Các khóa cửa chắc chắn nghe giống như một cái gì đó đáng giá kể từ bây giờ, cũng có thể ném toàn bộ hộp công cụ vào nó trong tình huống như thế này (âm lượng thấp, cần phải tồn tại trong nhiều năm).
xwhatsit

1

Tôi đồng ý với kết luận của bạn, đó là hệ thống phanh tái tạo vượt qua nguồn cung cấp năng lượng.

Một lưu ý phụ, bạn nên thêm nhiều tụ điện vào nguồn điện: hãy nhớ dòng gợn chuyển mạch HF được xử lý bởi các nắp này, vì vậy chúng nên được đánh giá cho dòng điện gợn này. Tôi nghi ngờ hai 220 TIẾNG sẽ là ...

Bây giờ, làm thế nào để tránh thổi các trình điều khiển?

Nếu nguồn điện 12V xuất phát từ pin axit chì, phanh hãm sẽ chỉ sạc pin. Bạn nên kiểm tra xem nó có thể lấy dòng điện không, nhưng nếu điều này chỉ đơn giản là dừng động cơ (và không phải là một chiếc xe đang xuống dốc) thì năng lượng sẽ nhỏ và nó sẽ ổn.

Không có pin, một giải pháp đơn giản sẽ là một bộ so sánh theo dõi nguồn cung. Khi vượt quá, giả sử, 17V, bộ so sánh sẽ bật một MOSFET có dòng điện thông qua một điện trở công suất cao. Và khi điện áp xuống dưới, giả sử, 15V, nó sẽ tắt MOSFET. Điều này sẽ điều khiển PWM trên nó với tần số phụ thuộc vào điện dung và độ trễ của đường ray, do đó độ trễ là bắt buộc. Sử dụng một điện trở lớn sẽ rẻ hơn so với tiêu thụ năng lượng trong silicon.

Tuy nhiên, bạn cũng có thể làm điều đó miễn phí:

Bộ vi điều khiển giám sát điện áp cung cấp. Khi nó quá cao, nó đặt cả FET bên thấp thành ON, do đó làm chập mạch động cơ. Nó ngừng sạc nguồn điện và thay vào đó làm tiêu hao năng lượng trong điện trở bên trong của chính nó.

Trong trường hợp này, động cơ sẽ phanh chậm hơn, tất nhiên, vì nó có 0V trên nó thay vì 12 V với cực tính sẽ khiến nó phanh cứng. Nhưng giải pháp này không tốn kém gì, và nó đơn giản và chống đạn.


1. Hoặc cả hai bên cao để trên. 2. Phanh từ mức ngắn hoàn toàn nên cao hơn so với khi sạc trở lại vào 12V. Khi lái xe vào phân cực ngược 12V I = (Vgenerated - Vsupply) / R_motor và power = I ^ 2.R = (Vg-Vp) / Rm như bạn mong đợi. Khi được rút ngắn hoàn toàn (giả sử Vdson ~ = 0 trong mọi trường hợp) P = Vgenerated ^ 2 / Rm luôn cao hơn. | Không?
Russell McMahon

1. Cả hai bên cao cũng sẽ làm việc, vâng. Tôi muốn điều kiện dừng là có 0V trên cả hai dây động cơ, trong trường hợp ai đó làm rối dây điện mà không tắt nguồn, ít có cơ hội rút ngắn mọi thứ ... 2. Hmmm ... bạn đang khiến tôi nghi ngờ; ) Tôi không chắc chắn, nên là (Vg + Vp) thay vì (Vg-Vp)?
peufeu

Bạn có đồng ý rằng hard short cho điểm dừng nhanh hơn so với khi đổ vào 12V không? (Xem ở trên)
Russell McMahon

Chà, tôi có một vấn đề nan giải: Tôi cho rằng động cơ sẽ tạo ra mô-men xoắn mạnh hơn với điện áp đặt theo hướng ngược lại, nhưng mô-men xoắn phụ thuộc vào dòng điện, và ngắn mạch động cơ tạo ra dòng điện nhất, vì vậy, tôi Tôi đoán là sai, tôi đồng ý với bạn (Tôi quá lười để kiểm tra toán vào lúc này ...)
peufeu
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.