Điều gì gây ra thất bại IGBT này?

Tôi đã kết nối mạch bên dưới, một mạch đánh lửa được bán dẫn và nó hoạt động trong vài phút, sau đó nó ngừng hoạt động (động cơ thoát, sẽ không khởi động lại). Khi nó ngừng hoạt động, tôi không thể cảm thấy bất cứ thứ gì rõ ràng quá nóng trên bảng và không quan sát thấy bất kỳ khói.

Tôi mang bảng vào phòng thí nghiệm, nối nó với nguồn điện và kiểm tra điện áp ở các nút khác nhau để công tắc ngắt điểm được mở và đóng. Tôi đã sử dụng tải 20 ohm thay cho cuộn dây.

Tôi thấy rằng TIP31 đang bật chính xác khi công tắc điểm được mở sao cho (điện áp thu của điện áp BJT / cổng của IGBT ) và điện áp cơ sở của Q1 = .63V, do đó TIP31 có vẻ hoạt động bình thường . IGBT phải "Tắt" với điện áp cổng 0,02V, nhưng thay vào đó, tôi đo mức giảm 4,3V trên điện trở tải 20 ohm (thay cho cuộn dây được hiển thị trong sơ đồ), có nghĩa là IGBT đang tiến hành .21A cho tải 20ohm.$V_c=.02V$

Tôi chỉ có thể suy đoán tại sao IGBT thất bại và tôi hy vọng ai đó có kinh nghiệm có thể cho tôi ý tưởng tốt hơn. Tôi đã hiểu rằng IGBT rất phù hợp để chuyển đổi tải quy nạp. Tôi đã chọn một IGBT không phù hợp cho ứng dụng này chưa? Có thể nó đã quá nóng và cháy hết mà tôi không nhận ra? Quan trọng nhất, liệu dẫn truyền kém có phải là một chế độ thất bại điển hình của IGBT không?

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tôi nghĩ rằng có thể có hai lý do. Đầu tiên, đây là một bóng bán dẫn được chỉ định để sử dụng trong các hệ thống đánh lửa và lưu ý rằng nó có một mạch bảo vệ được tích hợp trong đó sẽ bật lại bóng bán dẫn (do đó tự bảo vệ) nếu điện áp ở bộ thu vượt quá 350V.

Thông thường, đánh lửa xe hơi sẽ không tạo ra nhiều hơn một mức tăng 300V và để chứng minh đây là một hình ảnh khác được chụp từ trang web này : -

Trang web đó cũng giải thích một cái gì đó khác có thể dẫn đến sự thất bại của IGBT. Góc dừng là khoảng thời gian mà các tiếp điểm được đóng trước khi mở để "tạo" tia lửa. Trên sơ đồ trên, khoảng 3ms (lưu ý phần thấp nhất của dấu vết ngay trước khi "bắn". Trong khoảng thời gian này, dòng điện trong cuộn dây (từ pin) tích tụ lên đến khoảng 8 - con số 8 này được coi là đúng của dòng điện để tạo ra lượng năng lượng chính xác để tạo ra tia lửa tốt.

Nếu bạn nhân đôi thời gian dừng của mình (bỏ qua điện trở cuộn dây), bạn sẽ nhận được 16A - đó là một thứ tuyến tính theo thời gian và nếu tất nhiên, công cụ ngắt điểm của bạn chỉ là một công cụ phá vỡ lỗi thời có thể mất nhiều thời gian, nó sẽ không quan tâm lắm về góc dừng và điều này có nghĩa là bạn có thể vượt quá xếp hạng hiện tại của IGBT và nó bị rán mà bạn không biết về nó.

Dưới đây là một bài viết tham khảo thú vị để xây dựng bộ đánh lửa ô tô của riêng bạn bằng cách sử dụng bộ đếm thời gian 555 - nó, tôi nghi ngờ sẽ đặt góc dừng.

Nhiều khả năng, IGBT đã bị giết bởi cú đá cảm ứng từ cuộn dây. Hầu hết năng lượng từ sơ cấp nên đã được chuyển sang thứ cấp, nhưng luôn có một số điện cảm rò rỉ . Độ tự cảm rò rỉ này là độ tự cảm của sơ cấp không được ghép với thứ cấp, do đó trông giống như một cuộn cảm đơn giản nối tiếp với một phần của sơ cấp được ghép. Cuộn cảm này có thể gây ra đá lại nếu tắt đột ngột.

Triệu chứng bạn thấy chính xác là những gì bạn mong đợi trong tình huống này. Các bóng bán dẫn mất một lúc, nhưng cuối cùng các xung điện áp cao làm hỏng nó, do đó mạch ngừng hoạt động. Việc các bóng bán dẫn bây giờ có rò rỉ đáng kể là bằng chứng tốt về điều này. Đó là một chế độ thất bại phổ biến do các xung quá áp ngắn.

Như tôi đã nói trước đây, IGBT không phải là lựa chọn tốt nhất ở đây. Không có lý do gì bạn cần FET để điều khiển NPN bên trong IGBT cho bạn. Bạn có thể sửa đổi mạch một chút để lái NPN trực tiếp.

Bất cứ điều gì bạn sử dụng cho công tắc, nó nên được đánh giá cho điện áp khá cao, như một vài 100 V, hoặc bạn cần phải kẹp điện áp lại bằng cách nào đó.

Thêm:

Tôi đã nói điều này trong một bình luận, nhưng nó thực sự thuộc về câu trả lời. 600 V là một đánh giá hợp lý cho phần tử chuyển mạch, nhưng bạn vẫn cần một số loại kẹp. Trong hoạt động bình thường, phần lớn năng lượng trong lõi từ sẽ đi ra thứ cấp và gây ra tia lửa ở tia lửa điện. Tuy nhiên, nếu thứ cấp đã từng bị ngắt kết nối, tất cả những gì bạn có là hoạt động chính như một cuộn cảm đơn giản. Tất cả năng lượng sau đó sẽ quay trở lại vào mạch lái xe, điều này có thể dễ dàng gây ra hơn 600 V trên công tắc.

Không có kẹp, bạn đang dựa vào các đặc điểm không đáng tin cậy. Một số loại kẹp ở 550 V hoặc ít hơn là bắt buộc. Một cách để đạt được điều này là sử dụng bóng bán dẫn chuyển đổi làm kẹp. Có một cái gì đó buộc nó trở lại khi điện áp đến 500 V hoặc lâu hơn. Đó vẫn là rất nhiều điện áp đủ cao trên sơ cấp để gây ra điện áp cao cần thiết trên thứ cấp, nhưng nó bảo vệ mạch lái xe khỏi độ tự cảm rò rỉ của sơ cấp, hoặc khi thứ cấp bị ngắt hoàn toàn.

Mạch của bạn về cơ bản được đảm bảo không thành công nếu bugi bị ngắt kết nối với phụ.

IGBT cho đánh lửa được thiết kế đặc biệt để hấp thụ năng lượng trở lại từ cuộn dây khi cần thiết. Thông tin đầy đủ về https://www.onsemi.com/pub/Collonymous/AN-8208.pdf.pdf

Mục đích chung IGBT không được thiết kế cho ứng dụng cụ thể này

Câu trả lời ở trên về vấn đề này. Vấn đề là khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, các điểm sẽ bị đóng trong một thời gian "dài".
Thông thường một cuộn dây ô tô sẽ bão hòa từ tính trong khoảng 4 mili giây. Sau đó, nó trở thành một điện trở đo một phần của ohm. Ở tốc độ thấp, các điểm được đóng lại lâu hơn 4 msec. Giả sử 12V cho cuộn dây và 0,5 ohm cho điện trở cuộn dây, bạn nhận được E / R = I hoặc 12 / .5 = 24 amps. Vì vậy, vấn đề là làm thế nào để giới hạn điện áp thời gian được cảm nhận trên cuộn dây, hoặc để hạn chế dòng điện theo một cách khác. Cách dễ dàng (thường thấy trong các hệ thống đánh lửa "Kettering") là đặt một điện trở giới hạn dòng nối tiếp với cuộn dây. Theo cách đó, khi cuộn dây trở nên bão hòa từ tính,
Bạn có thể có được một "điện trở dằn" Chrysler từ một cửa hàng phụ tùng ô tô, và đặt nó nối tiếp với cuộn dây. Bạn sẽ nhận được ít RPM hơn, nhưng dòng tối đa tới IGBT sẽ nằm trong thông số kỹ thuật.
Nếu bạn đặt một tụ điện song song với điện trở, bạn có thể làm tốt hơn một số thời gian. Bạn muốn giá trị tụ điện mang lại cho bạn một hằng số thời gian với điện trở ở đâu đó khoảng 4 msec. Bằng cách đó, tụ điện sẽ được sạc khi cuộn dây đang đến gần bão hòa. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ RPM cao, bạn sẽ thấy gần 12 V trên cuộn dây khi các điểm mở ra, cho bạn tia lửa tốt. Ở tốc độ thấp, các điểm sẽ đóng lại, IGBT sẽ tiến hành, tụ điện sẽ được sạc đầy, và phần lớn điện áp sẽ được thả trên điện trở. Điều này có nghĩa là điện áp trên cuộn dây và dòng điện trong cuộn sơ cấp sẽ thấp, dẫn đến ít tia lửa (dòng delta) khi các điểm / IGBT mở. Nhiều khả năng điều này vẫn sẽ đủ để chạy động cơ. Một cách khác để làm việc là biến mạch ổ đĩa thành một lần bắn bằng cách ghép điện dung với đế của TIP31 hoặc cổng / đế của thiết bị ổ đĩa. Bằng cách đó bạn có thể tạo ra xung trên khoảng 4 msec.
Điều này hoạt động tuyệt vời ở tốc độ thấp, nhưng ở tốc độ cao, tia lửa sẽ thực sự muộn. Với tốc độ 3600 vòng / phút, một vòng quay là khoảng 16 ms. Nếu bạn chậm 4 phút để bắn, đó là 1/4 của một cuộc cách mạng. Bạn có thể định cấu hình mạch bằng một công tắc, vì vậy bạn bắt đầu với ổ đĩa được ghép điện dung và chuyển sang ổ đĩa thẳng để hoạt động ở tốc độ tối đa. Có lẽ sẽ không khó để sạc một mạch xe tăng sẽ tự động chuyển đổi khi tốc độ động cơ đạt đến một số RPM được chọn. John

Bạn đã sử dụng tản nhiệt thích hợp cho IGBT chưa? Trong các bảng dữ liệu nên được đề cập đến công suất nhiệt được tạo ra. Sau đó, bạn có thể tính toán nhu cầu cần thiết để làm mát IGBT dựa trên ví dụ về dữ liệu Semikron của nhà sản xuất IGBT (sử dụng google). Chúng thường cần làm mát khá lớn đặc biệt là khi dòng điện đi gần giới hạn.

Sau khi phá vỡ IGBT, nó có thể hoạt động bằng cách nào đó nhưng chắc chắn là không đúng (một số loại điện áp hoặc dòng điện có thể tồn tại trên / thông qua thành phần). Điều đó khá bình thường với nhiều thiết bị bán dẫn.

Để dừng IGBT, Bạn cần -15V (tắt tín hiệu), Không có GND.

Fly-back (kickback) trong sơ cấp có thể được xử lý với một diode schottkey có kích thước phù hợp trên cuộn dây. (cực âm đến 12V và cực dương cho bộ thu IGBT). Điện áp ngược của diode (hoặc chồng điốt) sẽ phải chịu được điện áp thoáng qua tối đa và sẽ cần được đánh giá cho dòng điện sơ cấp cực đại cộng với phòng đầu.