Що спричинило цей збій IGBT?

Я підключив схему нижче, транзисторну схему запалювання, і вона працювала пару хвилин, потім вона перестала працювати (двигун вийшов з ладу, не перезапустився). Коли вона перестала працювати, я не відчував нічого, що явно перегрілося на дошці, і не спостерігав диму.

Я взяв дошку в лабораторію, підключив її до джерела живлення і перевірив напруги на різних вузлах, щоб перемикач точок був відкритим і закритим. Я використав навантаження 20 Ом замість котушки.

Я виявив, що TIP31 включається правильно, коли перемикач точок був відкритим таким, що$V_c=.02V$(напруга колектора BJT / напруга затвора IGBT ) і базова напруга Q1 = .63V, тому TIP31, здається, працює належним чином. IGBT повинен бути "Вимкнено" з напругою на затворі 0,02 В, але замість цього я вимірюю падіння 4,3 В через резистор навантаження 20 Ом (який знаходиться замість котушки, показаної на схемі), тобто IGBT проводить .21А дано навантаження 20ом.

Я можу лише міркувати, чому IGBT провалився, і я сподіваюся, що хтось, хто має досвід, може дати мені кращу думку. Я мав розуміти, що IGBT дуже добре підходять для індуктивного перемикання навантаження. Я вибрав IGBT, який погано підходив для цієї програми? Чи міг він просто перегрітися і вигоріти, не помітивши мене? Найголовніше, що погана провідність є типовим режимом відмов IGBT?

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Я думаю, що може бути дві причини. По-перше, ось транзистор, який визначений для використання в системах запалювання, і зауважте, що в ньому є вбудована схема захисту, яка поверне транзистор (таким чином захистивши себе), якщо напруга на колекторі перевищує 350 В.

Зазвичай, запалювання автомобіля не генерує набагато більше шипа 300 В і продемонструє це ось інша картина, зроблена з цього сайту: -

Цей сайт також пояснює щось інше, що, можливо, призвело до збою IGBT. Кут затримки - це період часу, коли контакти закриваються перед відкриттям, щоб "генерувати" іскру. На діаграмі вище це приблизно 3 мс (зверніть увагу на найнижчу частину сліду безпосередньо перед "стрільбою". У цей проміжок часу струм у котушці (від батареї) накопичується приблизно до 8А - цей 8А вважається правильною кількістю струму для створення правильної кількості енергії для отримання гідної іскри.

Якщо ви подвоїли час свого перебування (ігноруючи опір котушки), ви отримаєте 16A - це лінійна річ, і якщо, звичайно, ваш вимикач очок був просто старомодним вимикачем, який міг би забрати газільйон ампер, це не мало би хвилювало про кут зупинки, і це означає, що ви, мабуть, перевищили поточний рейтинг IGBT, і він смажиться, не знаючи про це.

Ось цікава довідкова стаття щодо побудови власного запалювання автомобіля за допомогою таймера 555 - він, я думаю, встановлює кут затримки.

Швидше за все, IGBT був убитий індуктивним відкатом з котушки. Більша частина енергії з первинної повинна була бути передана вторинній, але завжди є деяка індуктивність витоку . Ця індуктивність витоку - це індуктивність первинного, що не з'єднана з вторинною, тому схожа на звичайний індуктор послідовно з частиною первинної, яка з'єднана. Цей індуктор може спричинити віддачу, якщо його вимкнути різко.

Симптом, який ви бачите, саме те, що ви очікували в цій ситуації. Транзистор забирає його деякий час, але з часом імпульси високої напруги пошкоджують його, тому схема припиняє роботу. Те, що транзистор зараз має значну витоку, є хорошим свідченням цього. Це звичайний режим відмов, що виникає внаслідок коротких сплесків напруги.

Як я вже говорив, IGBT - це не найкращий вибір. Немає ніяких причин, щоб вам потрібен FET, щоб керувати NPN всередині IGBT для вас. Ви можете трохи змінити схему, щоб безпосередньо управляти NPN.

Що б ви не використовували для вимикача, його слід оцінювати за досить високу напругу, як кілька 100 В, або вам потрібно якось затиснути напругу відштовхування.

Додано:

Я сказав про це в коментарі, але це дійсно належить тут у відповіді. 600 В - це прийнятна оцінка для перемикаючого елемента, але вам все одно потрібний якийсь затискач. При нормальній роботі більша частина енергії в магнітному ядрі вийде вторинною і викличе іскру на свічці запалювання. Однак якщо вторинне було коли-небудь відключене, все, що ви маєте, - це первинна дія в якості простого індуктора. Вся енергія потім повернеться в ланцюг руху, що може легко викликати більше 600 В через комутатор.

Без затискача ви покладаєтесь на ненадійні характеристики. Необхідний якийсь затискач при 550 В або менше. Один із способів досягти цього - використовувати транзистор комутатора як затискач. Нехай щось увімкнеться, коли напруга потрапить до 500 В або близько того. Це все ще достатньо висока напруга на первинній, щоб викликати необхідну високу напругу на вторинній, але вона захищає привідний ланцюг від індуктивності витоку первинного або коли вторинний відключається взагалі.

В основному ваша схема гарантовано вийде з ладу, якщо свічка запалювання коли-небудь відключиться від вторинної.

IGBT для запалювання спеціально розроблені для того, щоб поглинати енергію назад з котушки, коли це необхідно. Повна інформація на https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf

IGBT загального призначення не призначений для цієї програми

Відповідь вище про зупинку отримує питання. Проблема полягає в тому, що коли двигун працює на низькій швидкості, точки закриваються на "довгий" час.
Зазвичай автомобільна котушка магнітно насититься приблизно за 4 мілісекунди. Після цього він стає резистором, який вимірює частку ома. На низькій швидкості точки закриваються набагато довше, ніж 4 мсек. Припускаючи 12В до котушки і .5 Ом для опору котушки, ви отримуєте E / R = I або 12 / .5 = 24 ампер. Таким чином, проблема полягає в тому, як обмежити часову напругу відчувається по всій котушці або обмежити струм якимось іншим способом. Найпростішим способом (який був поширеним у системах запалювання "Кеттерінг") було поставити послідовно обмежувач струму з котушкою. Таким чином, коли котушка стала магнітно насиченою,
Можливо, ви можете отримати «баластний резистор» Chrysler від магазину автозапчастин і поставити його послідовно з котушкою. Ви отримаєте менше іскрових обертів, але максимальний струм для IGBT буде в межах специфікації.
Якщо ви поставите конденсатор паралельно резистору, ви можете зробити якийсь час краще. Ви хочете, щоб значення конденсатора дало вам постійну кількість часу з резистором десь 4 мсек. Таким чином, конденсатор буде заряджатися, коли котушка наближається до насичення. Коли двигун працює з високою частотою обертів, ви побачите близько 12 В по всій котушці, коли точки відкриваються, що дає гарну іскру. При низькій швидкості точки закриються, IGBT проведе, конденсатор стане повністю зарядженим, а велика частина напруги опуститься через резистор. Це означає, що напруга на котушці та струмі в первинній котушці буде низьким, що призводить до меншої іскри (дельта-струм), коли точки / ІГБТ відкриваються. Швидше за все, цього все-таки буде достатньо для роботи двигуна. Інший спосіб зробити це, щоб перетворити ланцюг приводу в один вистріл, ємнісно з'єднавши або базу TIP31, або затвор / базу приводного пристрою. Таким чином ви зможете генерувати імпульс у межах 4 мс.
Це чудово працює на низькій швидкості, але на високій швидкості іскра буде справді пізно. При 3600 об / хв один оберт становить близько 16 мс. Якщо ви запізнилися на 4 секунди, це 1/4 революції. Ви можете налаштувати ланцюг за допомогою перемикача, тому ви почнете з приводу ємнісно з'єднаних і переключитесь на прямий привід для роботи на повній швидкості. Мабуть, не буде складно зарядити ланцюг цистерни, яка зробить перемикач автоматично, коли оберти двигуна добираються до обраного оберта. Джон

Ви використовували належний радіатор для IGBT? У таблицях даних слід згадати енергію виробленого тепла. Тоді ви можете розрахувати необхідну потребу в охолодженні IGBT на основі, наприклад, таблиць даних IGBT-виробника Semikron (використовуйте google). Зазвичай вони потребують досить масового охолодження, особливо коли струми йдуть близько меж.

Після порушення IGBT це може працювати якось, але точно не належним чином (над компонентом може існувати якась напруга або струм). Це досить звичайно для багатьох напівпровідникових пристроїв.

Для зупинки IGBT вам потрібно -15 В (сигнал вимкнення), відсутність GND.

Зворотний відкат (відкат) в первинному можна обробляти за допомогою диода шоткі відповідного розміру через обмотку. (катод до 12 В і анод до колектора IGBT). Зворотне напруга діода (або стека діодів) повинно терпіти максимальну перехідну напругу і його потрібно буде оцінювати для максимального первинного бічного струму плюс головного приміщення.