MOSFET sürücülerim neden bu H-Bridge'de patladı?


9

Makul bir şekilde 12 V ön cam silecek motoru çalıştırmak için ayrı bir H-Bridge devresi inşa ettim. Devre aşağıdadır (DÜZENLEME: daha büyük bir PDF için buraya
bakın, StackExchange görüntüyü genişletmenize izin vermiyor gibi görünüyor): RM: Burada daha büyük imgur resmine bakın - bunlar sistem tarafından kaydedilir, ancak yalnızca küçük boyutta görüntülenir. "Görüntüyü yeni sekmede aç" ile de erişilebilir

şematik

Tahtayı açarak,% 100 görev döngüsü (PWM olmayan) moduyla başladım ve işlevsel buldum, bu yüzden düşük taraf N kanallı MOSFET'lerden birini PWMing'e başladım. Bu aynı zamanda iyi görünüyordu, ancak köprünün PWM'ed tarafındaki yüksek taraf schottky'de endüktif başaktan belirgin ısınmaya neden oldu.

Daha sonra indüktif ani artışları daha verimli bir şekilde dağıtmak için yüksek ve düşük taraf MOSFET'leri PWMing'e başladım. Bu da (muhtemelen aşırı miktarda ölü zamanla), üst taraftaki diyot serin kalırken iyi çalışıyor gibi görünüyordu.

Ancak, görev döngüsünü canlı olarak değiştirmek için bir anahtar kullanarak bir süre çalıştırdıktan sonra, hızı yakl. % 95 görev döngüsü% 25, ​​daha önce birkaç kez yaptığım bir şey. Ancak bu vesileyle, pop ve ani bir yüksek akım çekişi vardı ve TC4428A MOSFET sürücüleri patlamıştı.

Bunlar patlayan tek bileşenlerdi - MOSFET'lerin kendileri gayet iyi, bu yüzden benim üzerimde herhangi bir ateşleme muppetry'sini dışlıyorum. Şimdiye kadarki en iyi açıklamam, aşırı miktarda ya endüktif geri tepme ya da (daha olası) güç kaynağının başa çıkması için yavaşlayan motordan çok fazla rejeneratif güç olmasıdır. TC4428A, köprü içindeki en düşük voltaj derecesine sahiptir (18V, mutlak maksimum 22V) ve voltajın çok hızlı yükseldiğini düşünüyorum.

Bu kartın 12V tarafını, tahta ile kart arasında nispeten uzun kablolarla eski moda bir lineer tezgah üstü güç kaynağından çalıştırıyordum. Bunun voltaj artışını gerçekten dağıtamayacağını hayal ediyorum.

TC4428A'ların MOSFET'lerin dinamik yükü açısından aşırı yüklendiğini düşünmüyorum; Nispeten düşük bir hızda (2.2kHz civarında) PWMing yapıyordum ve MOSFET'lerin kendilerinin özellikle yüksek bir toplam geçit yükü yok. Operasyon sırasında serin görünüyorlardı ve ayrıca A ve B sürücüleri, sadece B sürücüsü PWMed olmasına rağmen patladı.

Hipotezim makul görünüyor mu? Bakmam gereken başka bir yer var mı? Eğer öyleyse, bazı etli TVS diyotlarının kartın etrafına (güç kaynağı girişinde ve köprü çıkış terminalleri arasında) liberal serpilmesi aşırı voltaj durumu ile başa çıkmak için makul bir yol mu? Anahtarlamalı fren direnci tipi kurulumuna geçmek istediğimden emin değilim (sadece “küçük” 2,5A ya da öylesine 12V dişli motoru ...).

Güncelleme:

12V besleme terminallerine (bir SMCJ16A ) 1500W TVS yerleştirdim ; bu, frenleme sırasında aşırı voltajı 20V'un altına sıkıştırıyor gibi görünüyor (bu, besleme voltajını gösterir; MOSFET kapıları ve 0V arasında özdeş bir dalga formu görülür):

resim açıklamasını buraya girin

Hoş değil ve muhtemelen hala çok yüksek (SMCJ16A'nın sıkıştırma gerilimi maksimum akımda 26V'dir - 57A, TC4428A mutlak maksimumımız 22V'dir). Ben bazı SMCJ13CAs sipariş ettik ve bir kaynağı, diğeri motor terminalleri arasında yer alacaktır. Korkunç bir 1,5kW TV ile bile sürmeyeceğinden korkuyorum; bir TVS için uzun bir süre olan 80ms kadar iyi bir şekilde kenetlendiğini görebilirsiniz. Bu serin kalmak gibi görünüyor dedi. Tabii ki şaft üzerindeki gerçek yük ile ... belki de sonuçta anahtarlı bir fren direnci çözümü uyguluyorum.


MOSFET'ler ve sürücüler için ayrı güç hatları mı kullanıyorsunuz?
Ignacio Vazquez-Abrams

@ IgnacioVazquez-Abrams: Sürücüler 5V (girişlerinde) ile kontrol ediliyor, ancak MOSFET'lerin kendileriyle aynı güç kaynağından aynı 12V'yi değiştiriyorlar.
xwhatsit

1
Bu noktada, yavaşlarken sisteminizin ne kadar rejeneratif enerji emmesi gerektiğini bilmemizin bir yolu yoktur, bu nedenle motoru yavaşlatırken giriş voltajınızın 22V abs maks'e yaklaşıp yaklaşmadığını görmek için bunu karakterize etmeniz gerekir. Eğer öyleyse, ekstra enerjiyi emmek için bir yola ihtiyacınız var. Büyük TVS, karşılaştırıcı ve anahtarlı direnç, çok fazla kapasitans, vb. Sorun değilse, başka bir yere bakmaya başlayabilirsiniz. Devreyi yeniden kurduktan sonra, aşırı pozitif veya negatif ani yükselmeler için sürücünün etrafındaki tüm düğümlere bakardım, ardından rejen enerji için test yapmaya başladım.
John D

1
@xwhatsit Evet, ilave kapasitans, yenilenen enerjiyi emmeye yardımcı olmak için arzı geçecektir. Ve evet, veri sayfasında abs max derecelendirmeleri dışında ani veya geziler olup olmadığını görmek için sürücülerdeki her iğneye bakardım. Sürücü havaya uçarsa ve FET'ler vermezse, elektriksel aşırı gerilim en olası suçludur. Sadece nereden geldiđini bulman gerek.
John D

1
Bence, gücü ememeyen rejeneratif güç + kaynağı büyük olasılıkla sorun. Çözmek için bir TVS'ye güvenmem: TVS, sürekli bir gücü değil, bir enerji zirvesini emmek için yapılır. Bu rejeneratif gücü dağıtabilecek bir şey edinmeniz gerekecek. Accu pil güzel veya kalıcı bir yük (çok fazla güç harcar, ancak laboratuvar testleri için iyi olabilir) veya dağılabilecek bir voltaj kelepçesi (güç transistörü + TL431?) Olabilir. Kapasitans yardımcı olabilir, ancak sadece küçük zirveler için: hiçbir şeyi dağıtmaz.
Wouter van Ooijen

Yanıtlar:


4

FDD6637 MOSFET veri sayfası burada
TC4428A veri sayfası burada

MOSFET'lerin hayatta kalmasına bakılmaksızın, şimdiye kadar :-), Millar bağlı voltajları endüktif yükten kenetlemek için FET'lere kaynak zeners kapısı ekledim.

Bu, gözlemlediğiniz sorunu da ele alabilir. Mantıksal analiz bunun olmayacağını göstermektedir :-( - ama Murphy ve Millar kapasitans güçlü bir sihir çalışabilir TC4428 sürücüleri en normal suçlara karşı koruma ile güzel bir şekilde sağlam (veri sayfasına inanılırsa) geliyor. çıkışa 'zorlanmış' 500 mA ters akım emme kabiliyetinin MOSFET kapıları aracılığıyla endüktif geri beslemeyi sıkıştırması beklenir.Ancak, kapı zenerlerinin maliyeti düşüktür, bu gibi durumlarda MOSFET'lerin korunmasına kesinlikle yardımcı olur ve çok işleri daha da kötüleştirme olasılığı düşük.


Bazı güç kaynakları ters akım almazken, diğerleri bunu kötü yapar.
Sarf malzemesinin nasıl davrandığını görmek için kontrol ettiniz mi? Frenleme sırasında besleme üzerindeki bir metre (daha iyi bir osiloskop) ipucu verebilir. Çok büyük bir kapasitör yardımcı olabilir, ancak bu, gücü dağıtabiliyor, ancak yeterince hızlı değilse kaynağa yardımcı olacaktır, ancak yalnızca güç kaynağı doğal olarak ememiyorsa sorunu maskeleyin.

Bir yük olarak bir zener (veya elektriksel eşdeğeri) ile seri bir direnç, fren dağılımına yardımcı olacaktır (ancak zener, N volt yükselmesi için gücün 12 / N'ini alır.

Örneğin, V + 12.5V değerini aşar aşmaz büyük bir yükte anahtarlama yapan TLV431 ve sipariş geri yüklendiğinde düşürme, frenleme enerjisini emmek için basit ve düşük maliyetli bir çözüm gibi geliyor.


Yakın gelecekte bir prototipte kullanmayı planladığım 2 x 300 Watt "silecek motorları" (Hint, kamyonlar, kullanım için) var. Eğlenceli olmalı :-).


N-kanal MOFSET'lerinde maksimum ± 20V kapıdan-kaynağa ve P-kanallarında ± 25V ile, MOSFET'lerin kendileri tost edilmeden önce 12V kaynağında bir artışla başa çıkmak zorunda kalacaklardı ve schottkys drenajları önce doğrudan kaynaklara birleştirmeli, azami bir volt düşme ile doğru mu? Schottkys ile 2V düşüşte bile ve bunun TC4428A üzerinden kapıya ve arkaya bağlanması sadece yaklaşık 300mA'ya çarpmalıdır (veri sayfasına göre 7-ohm anahtar direncine sahiptir). Elektrik raylarındaki ve motor çıkış terminallerindeki TVS'ler aynı sorunu çözer mi?
xwhatsit

Kapsamda çalışırken, sivri uçların bir voltta oldukça iyi kırpıldığını gördüm, böylece güç kaynağı PWMing'den gelen endüktif geri dönüşle başa çıkabildi; bununla birlikte, motor yavaşlamasından kaynaklanan rejeneratif güçle başa çıkmamış olabilir. Bu basit bir eski lineer tedarik, bu yüzden orada olabilirsiniz. Evet, bence zengin bir zener veya TVS veya üç, sorunu düzeltip düzeltmediğine bakılmaksızın iyi bir fikir olabilir (kapı zenerlerinizde olduğu gibi, kapı şarjının bağlanması hiç düşünmediğim bir alandır!). 300W kulağa eğlenceli geliyor: D
xwhatsit

@xwhatsit - Aşağıdakileri biliyorsunuz. Sadece yüksek sesle düşünmek - Enerji geri dönüşünü varsaymak, TVS'lerin işe yarayıp yaramayacağı, TVS'nin sürekli dağılma derecesine ve sürekli uzun vadeli dağılma yollarının olup olmadığına bağlıdır. Güç kaynağının gerçekte ve yasal olarak (aynı şey değil) rejeneratif gücü emebildiğinden emin olunması kontrol edilmelidir. | Kelepçe tahmininden emilecek olan rejeneratif gücün yaklaşık ~ 7 ~ 7 Watt (% 50 güçte enerjinin yaklaşık% 50'si) olduğu için, en kötü durum dağılımları genellikle orta aralıkta gerçekleşir. Bazı durumlarda bundan çok daha fazlası olabilir.
Russell McMahon

@xwhatsit - Gate zeners: Uzun zaman önce yaklaşık 200 Watt direnç gücüne ve yaklaşık 20 kHz PWM'ye sahip çok endüktif bir yüküm vardı. Oldukça sağlam MOSFET'ler sans kapısı zeners saniye-dakika sürdü. Gs zeners eklemek tamamen sorunu çözdü ve tamamen gerekli olmadıkça (ve belki de o zaman :-)) tasarımlar şimdi onları "doğru" olarak ekleyin. FET'e yakın monte edin. Başka bir "hile" (burada uygulanması pek mümkün değildir), ters gs schottky'nin kapı sahte salınımlarını sıkıştırmak için FET'e yakın monte edilmesidir. Negatif yarım döngüler, meşru sürüşü etkilemeden büyük sıkıştırma sağlar.
Russell McMahon

"Meşru" ve "aslında" - iyi nokta. Uygulamada, bu, çok daha iyi düzenleme ve dağıtma kapasitesine sahip olması gereken çok daha yetenekli bir endüstriyel 3-faz-> 12VDC beslemesinden gerçekleştirilecektir. Ancak bunu kabul etmemeliyim. Gate zeners kesinlikle bundan sonra dahil olmak üzere değerli bir şey gibi geliyor, böyle bir durumda tüm araç kutusunu da atabilir (düşük hacimli, yıllarca dayanması gerekir).
xwhatsit

1

Sonucunuza katılıyorum, güç kaynağını aşırı voltaja getiren rejeneratif frenleme.

Yan not olarak, güç kaynağına daha fazla kapasitör eklemelisiniz: HF anahtarlama dalgalanma akımının bu kapaklar tarafından işlendiğini unutmayın, bu nedenle bu dalgalanma akımı için derecelendirilmelidir. İki 220µF'ın ...

Şimdi, sürücüleri üflemekten nasıl kaçınılır?

12V bir kurşun asit aküden geliyorsa, yeniden frenleme aküyü basitçe şarj edecektir. Akımı alabileceğini kontrol etmelisiniz, ancak eğer bu sadece motoru durdurmak (ve yokuş aşağı giden bir araç değil) ise, enerji küçük olacak ve sorun olmayacaktır.

Pil olmadan, basit bir çözüm, kaynağı izleyen bir karşılaştırıcı olacaktır. Örneğin 17V'yi aştığında, karşılaştırıcı, akımı yüksek güç direncinden çeken bir MOSFET'i açar. Ve voltaj, 15V'nin altına düştüğünde, MOSFET'i kapatır. Bu, PWM'nin ray kapasitansına ve histerezisine bağlı bir frekansta kendi başına olacaktır, bu nedenle histerezis gereklidir. Büyük bir direnç kullanmak, silikondaki gücü dağıtmaktan daha ucuz olacaktır.

Ancak bunu ücretsiz olarak da yapabilirsiniz:

Mikrodenetleyici besleme voltajını denetler. Çok yüksek olduğunda, her iki düşük taraf FET'i AÇIK konuma getirir, böylece motoru kısa devre yapar. Güç kaynağını şarj etmeyi durdurur ve bunun yerine gücü kendi iç direncinde dağıtır.

Bu durumda, elbette, daha yavaş fren yapacaktır, çünkü polarize sert fren yapmasına neden olacak 12 V yerine 0V vardır. Ancak bu çözümün hiçbir maliyeti yoktur ve basit ve kurşun geçirmezdir.


1. Veya her iki yüksek tarafı açık. 2. Tam bir kısa devreden frenleme, 12V'a şarj ederken olduğundan daha yüksek olmalıdır. 12V ters polariteye girerken beklediğiniz gibi I = (Vgenerated - Vsupply) / R_motor ve power = I ^ 2.R = (Vg-Vp) / Rm. Tamamen kısa devre yapıldığında (her durumda Vdson ~ = 0 olduğu varsayılarak) P = Vgenerated ^ 2 / Rm, her zaman daha yüksektir. | Hayır?
Russell McMahon

1. Her iki yüksek tarafı ON da çalışır, evet. Durdurulan durumun her iki motor kablosunda 0V olmasını tercih ederim, birinin gücü kapatmadan kablolarla uğraşması durumunda, şeyleri kısaltmak için daha az şans ... 2. Hmmm ... beni şüphe ediyorsun; ) Emin değilim, (Vg-Vp) yerine (Vg + Vp) olmalı mı?
peufeu

Sert kısa vadenin 12V'a attığından daha hızlı durduğunu kabul ediyor musunuz? (Yukarıya bakın)
Russell McMahon

Biraz bir ikilem var: motorun ters yönde uygulanan voltajla daha fazla frenleme torku üreteceğini varsayıyordum, ancak tork akıma bağlı ve motorun kısa devre yapması en fazla akımı üretiyor, bu yüzden evet, ben yanlıştı sanırım, sana katılıyorum (şu anda matematiği kontrol etmek için çok tembelim ...)
peufeu
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.