Чому мої драйвери MOSFET підірвались на цьому H-Bridge?


9

Я побудував дискретний ланцюг H-Bridge для роботи досить потужного двигуна склоочисника 12В. Схема нижче (EDIT: дивіться тут для більшого PDF , StackExchange не дозволяє вам розширити зображення):
RM: Подивіться тут на більшій кількості зображень imgur - вони зберігаються системою, але відображаються лише при невеликих розмірах. Також доступний через "відкрити зображення в новій вкладці"

схематичний

Піднімаючи плату, я розпочав режим 100% робочого циклу (не ШІМ) і вважав його функціональним, тому я почав ШІМ один з N-канальних NOS-каналів MOSFET. Це також здавалося прекрасним, хоча спричиняло помітне нагрівання у високій стороні шоткі з боку індуктивного шипа.

Потім я розпочав ШІМ з високою та низькою сторонами MOSFET, прагнучи більш ефективно розсіювати індуктивні шипи. Це теж (з тим, що було, мабуть, надмірною кількістю мертвих часів), здавалося, нормально функціонує, тоді як діод з верхньої сторони залишається прохолодним.

Однак, запустивши його деякий час за допомогою перемикача для зміни робочого циклу в прямому ефірі, я знизив швидкість з прибл. 95% робочого циклу до 25%, що я робив кілька разів раніше. Однак з цього приводу відбувся раптовий і несподіваний високий струм, і драйвери MOSFET TC4428A підірвалися.

Це були єдині компоненти, які вибухнули - самі MOSFET - це добре, тому я виключаю будь-яку кукольну простріл з мого боку. Моє найкраще пояснення поки що - це надмірна кількість або індуктивного відкату, або (що швидше за все) занадто велика регенеративна потужність від сповільнення двигуна, щоб вирішити джерело живлення. TC4428A має найнижчий показник напруги в мості (18 В, абсолютний макс. 22 В), і я думаю, що напруга занадто швидко піднялося.

Я бігав на 12В стороні цієї плати від старомодного лінійного живлення на верстаті з відносно довгими проводами між ним та платою. Я думаю, що це насправді не здатне розвіяти підвищення напруги.

Я не думаю, що TC4428A були перевантажені з точки зору динамічного навантаження MOSFET; Я працював у ШІМ з відносно низькою швидкістю (близько 2,2 кГц), а самі MOSFET не мають особливо високого загального заряду. Вони ніби залишалися прохолодними під час роботи, і крім того, водії A та B підірвались, незважаючи на те, що тільки водій B був PWMed.

Чи здається моя гіпотеза розумною? Чи ще десь я повинен шукати? Якщо так, то чи є обгрунтоване посипання деякими грязними діодами ТВС навколо плати (на вході електроживлення та між виводами мосту) розумним способом вирішити стан перенапруги? Я не впевнений, що хочу перейти до налаштованого типу гальмувального резистора (це лише "маленький" 2,5 В 12-редукторного двигуна ...).

Оновлення:

Я розмістив телевізор на 1500 Вт через 12В термінали живлення ( SMCJ16A ); це, здається, затискає перенапругу під час гальмування трохи нижче 20 В (це показує напругу живлення; однакова форма хвилі бачиться між воротами MOSFET і 0 В):

введіть тут опис зображення

Це не дуже, і він, мабуть, занадто високий (напруга затиску SMCJ16A становить 26 В при максимальному струмі - 57А, тоді як наш TC4428A абсолютний максимум - 22 В). Я замовив деякі SMCJ13CA і розміщуватимуть один поперек живлення, а другий через клеми двигуна. Я радше боюся, що навіть з бичачим ТБ на 1,5 кВт це не триватиме; ви можете бачити, що це здається, що він затискає добрі 80 м або більше, що є тривалим періодом для ТВС. Але це, здається, залишається крутим. Звичайно, з фактичним навантаженням на вал ... можливо, я, можливо, реалізую рішення з перемиканням гальмівного резистора врешті-решт.


Ви працюєте окремими лініями електропередач для MOSFET та драйверів?
Ігнасіо Васкес-Абрамс

@ IgnacioVazquez-Abrams: драйвери управляються за допомогою напруги 5 В (на входах), але вони перемикають ті ж 12 В від того ж джерела живлення, що і самі MOSFET.
xwhatsit

1
На даний момент ми не маємо можливості дізнатися, скільки регенеративної енергії доведеться поглинати вашій системі при уповільненні, тому вам дійсно доведеться охарактеризувати це, щоб побачити, чи підійде ваша вхідна напруга поблизу 22 Вб макс, уповільнюючи двигун. Якщо так, то вам потрібен якийсь спосіб поглинати зайву енергію. Великі телевізори, резистор з компаратором і перемикачем, багато додаткової ємності і т. Д. Якщо це не проблема, тоді ви можете почати шукати в іншому місці. Після відновлення схеми я переглянув би всі вузли навколо драйвера на наявність надмірних позитивних чи негативних сплесів, а потім розпочну тестування на енергію регену.
Джон Д

1
@xwhatsit Так, додаткова ємність перейде через подачу, щоб допомогти поглинати енергію регену. І так, я би переглянув кожен штифт драйверів, щоб побачити, чи є шипи або екскурсії поза межами оцінок abs max у аркуші. Якщо водій підірвався, а FET не зробив, електричний перенапруга - найімовірніший винуватець. Ви просто повинні дізнатися, звідки вона береться.
Джон Д

1
Я думаю, що відновлювальна потужність + джерело живлення, яке не може поглинати енергію, є дуже ймовірною проблемою. Я б не покладався на ТВС для її вирішення: ТВС створений для того, щоб поглинати енергетичний пік, а не стійку потужність. Вам доведеться отримати щось, що може розвіяти цю регенеративну силу. Акумулятор акумулятора був би непоганим, або постійне навантаження (витрачає багато енергії, але, можливо, добре для лабораторних випробувань), або якийсь затискач напруги, який може розсіятися (силовий транзистор + TL431?). Ємність може допомогти, але лише для невеликих вершин: вона нічого не розвіє.
Wouter van Ooijen

Відповіді:


4

FDD6637 MOSFET-опис тут,
таблиця даних TC4428A

Незалежно від виживання MOSFET, до цих пір :-), я б додав ворота до вихідних зон до FETs, щоб затиснути напруги, пов'язані Millar від індуктивного навантаження.

Це також може вирішити вашу спостережувану проблему. Логічний аналіз говорить про те, що він не буде :-( - але ємність Мерфі і Міллара може працювати потужною магією. Драйвери TC4428 звучать чудово надійно (якщо вірити листуванню) із захистом від більшості звичайних правопорушень. Вони мають абсолютний максимум 22 В Vdd рейтинг і можливість поглинання до 500 мА зворотного струму, "примушеного" до виходу, слід очікувати затискання індуктивного зворотного зв’язку через ворота MOSFET. Але, затворні ворота коштують мало, безумовно, допомагають захистити MOSFET в таких ситуаціях, і дуже навряд чи погіршить ситуацію.


Деякі джерела живлення взагалі не приймуть зворотного струму, а інші роблять це погано.
Ви перевірили поставку, щоб побачити, як вона веде себе? Метр (краще осцилоскоп) на подачі під час гальмування може давати підказки. Дуже великий конденсатор може допомогти, але це допоможе живитись, якщо він здатний розсіювати потужність, але недостатньо швидко, але лише маскує проблему, якщо джерело по своїй суті не може поглинати енергію.

Резистор послідовно з ценером (або електричним еквівалентом) як навантаження допоможе гальмувати розсіювання (але ценер займає 12 / Нт потужності для підйому N вольт.

Наприклад, TLV431, що перемикає велике навантаження, як тільки V + перевищує, наприклад, 12,5 В, і скидає його, як тільки порядок відновиться, звучить як просте і дешеве рішення для поглинання гальмівної енергії.


У мене є "мотори склоочисників" 2 х 300 Вт (індійські, вантажні автомобілі, для використання), які я маю намір використати в прототипі найближчим часом. Має бути весело :-).


З максимумом ± 20 В на вході в джерело на N-каналі MOFSET та ± 25 В на P-каналах, самі MOSFET повинні мати справу з пекельним шипом на 12 В джерела, перш ніж вони будуть тости, і шоткі слід спочатку з’єднати стічні води прямо до джерел, максимум падіння вольта чи так правильно? Навіть при падінні 2В зі шоткі, і приєднавшись до воріт і назад через TC4428A, слід вдарити лише близько 300 мА або близько того (вони мають 7-омний перемикач опір відповідно до аркуша даних). Чи могли б телевізори через силові рейки та вихідні клеми двигуна вирішити ту саму проблему?
xwhatsit

Запускаючи це по розмаху, я побачив, як колоски досить непогано підстригаються на вольтах або близько того, тому блок живлення зміг впоратися з індуктивним пролетом від ШІМ; однак, можливо, не вдалося впоратися з регенеративною силою від уповільнення двигуна. Це просте старе лінійне живлення, тому я думаю, що ви можете бути там. Так, я гадаю, що придуревий трійник або ТВС чи три можуть бути гарною ідеєю незалежно від того, чи вона вирішує проблему (як у ваших зон, ворота заряду - це область, яку я взагалі не розглядав!). 300 Вт звучить весело: D
xwhatsit

@xwhatsit - Ви знаєте наступне. Поміркування вголос - якщо припустити повернення енергії - питання, чи буде функціонувати ТВС, залежить від рейтингу постійної дисипації ТВС та від того, чи існують безперервні довгострокові шляхи розсіювання. Слід перевірити, чи джерело живлення фактично та законно (не те саме) здатне поглинати регенеративну потужність. | Немає думки, що регенераційна потужність, яку потрібно поглинати, становить приблизно ~ ~ ~ 7 Вт (близько 50% енергії при 50% потужності), оскільки найгірші випадки розсіювання часто трапляються в середньому діапазоні. В деяких випадках це може бути набагато більше, ніж це.
Рассел Макмахон

@xwhatsit - Зонд воріт: Давно у мене було сильно індуктивне навантаження з резистивною потужністю близько 200 Вт і близько 20 кГц ШІМ. Досить солідні MOSFETs без затворів ворота тривали від секунд до хвилин. Додавання gs zeners повністю вирішило проблему, і я додаю їх «як правильно» до дизайнів зараз, якщо не переконатись, що вони не потрібні (а можливо, навіть тоді :-)). Гора поблизу від БНТ. Інший "трюк" (навряд чи тут застосовується) - це зворотний gs schottky, встановлений близько до FET, щоб затиснути ворота хибними коливаннями. Негативні півцикли отримують масивне затискання, не впливаючи на законний привід.
Рассел Макмахон

"Законно" проти "фактично" - хороший пункт. На практиці це здійснюватиметься від набагато більш спроможного промислового трифазного> 12В постійного струму, яке повинне бути здатне значно покращити регулювання та розсіювання. Однак я не повинен сприймати це як належне. Зворотні ворота, безумовно, звучать як щось варте, включаючи з цього моменту, а також можуть кинути на нього цілий набір інструментів у такій ситуації (малооб'ємна, потрібно тривати роками).
xwhatsit

1

Я згоден з вашим висновком, саме регенеративне гальмування перекручує джерело живлення.

В якості бічної примітки слід додати більше конденсаторів на джерело живлення: пам’ятайте, що ВЧ комутаційний пульсаційний струм обробляється цими ковпаками, тому їх слід оцінювати за цей пульсаційний струм. Сумніваюся, два 220 мкФ були б ...

Тепер, як уникнути дуття водіїв?

Якщо 12В походить від свинцево-кислотної батареї, гальмування regen просто зарядить акумулятор. Ви повинні перевірити, що це може сприйняти струм, але якщо це просто для того, щоб зупинити мотор (а не транспортний засіб, який йде вниз), енергія буде невеликою, і це буде нормально.

Без акумулятора простим рішенням буде компаратор, що контролює живлення. Коли вона перевищує, скажімо, 17В, компаратор вмикає MOSFET, який подає струм через резистор високої потужності. А коли напруга опускається нижче, скажімо, 15В, вона вимикає MOSFET. Це дозволить отримати ШІМ самостійно з частотою, що залежить від ємності та гістерезису рейки, тому необхідний гістерезис. Використання великого резистора буде дешевше, ніж розсіювання сили в кремнію.

Однак ви також можете зробити це безкоштовно:

Мікроконтролер контролює напругу живлення. Коли він занадто високий, він встановлює як низький бік FET, щоб увімкнути, таким чином, коротке замикання двигуна. Він припиняє заряджати джерело живлення і замість цього розсіює живлення у власному внутрішньому опорі.

У цьому випадку мотор буде гальмувати повільніше, звичайно, оскільки у нього 0В попереду замість 12В з полярністю, яка призведе до того, що він гальмуватиме сильно. Але це рішення нічого не коштує, і воно просте і куленепробивне.


1. Або обидві високі сторони на. 2. Гальмування з повного короткого повинен бути вище, ніж при зарядці назад у 12В. Під час руху в 12В зворотної полярності I = (згенерований - Vsupply) / R_motor, а потужність = I ^ 2.R = (Vg-Vp) / Rm, як ви очікували. При повному скороченні (якщо Vdson ~ = 0 у всіх випадках) P = вироблений ^ 2 / Rm, який завжди вище. | Ні?
Рассел Макмахон

1. Обидві високі сторони ON також будуть працювати, так. Я б вважав за краще зупинений стан мати 0В на обох провідних двигунах, якщо хтось заплутається з проводами, не вимикаючи живлення, менше шансів укоротити речі ... 2. Хммм ... ти змушуєш мене сумніватися; ) Я не впевнений, чи повинен це бути (Vg + Vp) замість (Vg-Vp)?
peufeu

Чи згодні ви з тим, що жорсткий шорт дає швидшу зупинку, ніж при скиданні в 12В? (Див. Вище)
Рассел Макмахон

Ну, у мене є дилема: я вважав, що мотор буде створювати більше гальмівного моменту з напругою, поданою у зворотному напрямку, але крутний момент залежить від струму, а коротке замикання мотора виробляє найбільш струм, так що так, я помилявся, мабуть, я погоджуся з вами (на даний момент я лінивий перевірити математику ...)
peufeu
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.