logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
REKLAMA
REKLAMA
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

bonias85 25 Gru 2008 21:39 7658 20
REKLAMA
  • #1 5902747
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Witam.
    Zrobiłem układ przerywacza (coś jakby stroboskop, ale nie do końca) z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym. Maksymalne napięcie to ok 400V, a prąd przerywany to 2A.
    Schemat wygląda tak:

    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

    Układ jest sterowany z mikrokontrolera poprzez transoptor OK1. Elementy Q1 i R7 wraz z D1 odpowiedzialne są za szybkie rozładowanie ładunku bramki tanzystora mosfet. Częstotliwosc steorwania to max kilkadziesiąt Hz - nie trzeba sie zbytnio martwić o stormość napięcia.

    Zabezpieczenie składa się z bocznika R13, na którym podczas przeciążenia, odłoży się napięcie ponad 0,5V, spowoduje to otwarcie tranzystora T1 i jego zatrzaśnięcie tranzystorem T3, i tu najważniejsze ściągnięcie bramki tranzystora Q2 do masy i jego szybkie wyłączenie. Dodatkowo zostanie wysłana informacja o zwarciu poprzez OK2 do mikrokontrolera. "+" zasilania 400V jest podane na dren tranzystora sterującego, więc układ zasilany jest z odseparowanej przetwornicy 12V.
    Wszystko wygląda ok, i nawet działa dość dobrze, ale tylko przy małym napięciu - np 100V. Przy napięcie 300-400V ukłąd zabezpieczenia czasem nie zadziała - znisczeniu ulegają wszystkie tranzystory oraz transoptor OK1.

    Układ przy niższych napieciach działa więc dość dobrze, może ktoś zechce pomysł wykorzystać, natomiast jak to zrobić pewniej?
    Szybkość reakcji układu można zwiększyć zmniejszając pojemność C12, ale spaliłem resztę tranzystorów i nie bardzo chcę ryzykować kolejne.
    Proszę więc o rade, jak zrobić układ zabezpieczenia zwarciowego, jak najprostszy i skuteczny.
    Dzięki
  • REKLAMA
  • #2 5902805
    Xweldog
    Poziom 31  
    Posty: 1202
    Pomógł: 165
    Ocena: 106
    Witam
    Spróbuj zbezpieczyć DS szeregowym RC np. 100Ω/1 czy 2W z 1nF na min. 1kV.
    Taka b.zgrubna zasada doboru Uce czy ds tranzystorów końcowych mówi, że odbiornik "oddaje" przeciwnie U takie same, co Uz. To jest przybliżone, bo przepięcie zależy od Δt, nie mniej, warto to mieć na uwadze. Ponadto tu jest inna filozofia, nie wytwarzasz zasilania 400V ale je masz. Może daj MOS-a z większym Uds. Tym bardziej, że sam piszesz, że dobrze chodzi przy niższym U. Ponadto, np. Fairchild podaje dla IRF820 tylko 450V a inne firmy 500. Ale, nawet przy 500V nie masz zbyt dużego marginesu bezpieczeństwa.
  • #3 5902834
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Obciążenie jest czysto rezystancyjne. Wydaje mi się, że w chwili zwarcia, napięcia na boczniku, rośnie na tyle, że właśnie ono niszczy tranzystor od strony bramki, ale zabezpieczenie RC przetestuję też.
  • REKLAMA
  • Pomocny post
    #4 5902882
    lechoo
    Poziom 39  
    Posty: 5161
    Pomógł: 377
    Ocena: 546
    Włączenie odpowiednio dobranej indukcyjności w szereg z obciążeniem powinno spowolnić szybkość narastania prądu w chwili wystąpienia zwarcia.
  • #5 5903135
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Ok, zasymulowałem opcję z dławiekiem (moment zwarcia):
    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

    R1 + przerywacz jako tranzystor, R2 to bocznik.


    Dla L1 = 1mH narastanie prądów i napięć:

    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

    Daje mi to kilkaset mikrosekund na wyłączenie tranzystora - powinno wystarczyć.

    Teraz jaki dławik? Podejżewam że nie musi być to super-ferrytowy, a wystarczy nawinąć drut na jakiś żelazny rdzeń. Zanim się nasyci, to prąd zwarciowy powinien być odcięty.
  • Pomocny post
    #6 5903356
    Marian B
    Poziom 38  
    Posty: 3487
    Pomógł: 392
    Ocena: 1161
    Układ jest żle zaprojektowany. Proszę zwrócić uwagę, że w gałęzi zasilania 12V są po drodze następujące elementy półprzewodnikowe bez żadnego rezystora ograniczającego:
    +12V...KE(OK1)...D1...EB(T3)...KE(T1)...masa.
    Przy takim połączeniu elementów, przypadkowy impuls napięcia lub prądu może/musi spowodować lawinowe uszkodzenie półprzewodników.
  • #7 5903608
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Słuszna uwaga, dodatkowo przy samym przeciążeniu prąd przepływający przez T1 i T3 może byc za duży dla wymienionych elelemntów.
    Juz po wytrawieniu płytki też to zauważyłem, i wlutowałem dodatkowo za diodą D1 rezystor 470 om:
    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.
  • #8 5906462
    kulmar
    Poziom 33  
    Posty: 1934
    Pomógł: 184
    Ocena: 381
    Wlutowanie rezystora szeregowego 470 ohm jeszcze pogarsza sprawę, ponieważ wzrosła rezystancja źródła sterującego w obwodzie bramki. Jeśli tranzystor włącza się powoli, to zanim zadziała ogranicznik prądu w obwodzie źródła już może zostać przekroczona maksymalna moc wydzielana w złączu tranzystora. Nie podałeś parametrów obciążenia, ale przyjmijmy wartości z Twojego postu: 2A i 400V. Tzn., że przy 200V mamy 1A. Czyli 200W wydzielanej mocy w tranzystorze. Jeśli tranzystor przłącza zbyt wolno, to być może nie wytrzymuje tego przejściowego przeciążenia.

    Pozdrawiam
    Mariusz
  • #9 5908022
    Xweldog
    Poziom 31  
    Posty: 1202
    Pomógł: 165
    Ocena: 106
    Skoro masz obciążenie rezystancyjne, tym bardziej istotne są oba zbocza. Przy indukcyjnym nie musisz się martwić o rise, gdyż tranzystor włącza się praktycznie bezprądowo. Ten 470Ω z jednej strony jest potrzebny ale z drugiej, pogarsza rise. BC557 ma poprawiać fall, dla niego jest lepszy 470Ω. Usunąłbym D1 i zostawił 470Ω ale zbocznikował C przyśpieszającym rzędu 100 - 220pF. Ale, tak ogólnie, CNY są wolne i praktycznie jak anlogowe. Podejrzewam, że tu nie tyle chodzi o zbocza co MOS nie jest w pełni nasycany, masz 12V ale do bramki nie dochodzi tyle. Może pomyśl o zastąpieniu Schmidtowymi, 6N137 czy HCPL2200.
  • #10 5908831
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    O ile pamiętam zbocza na bramce mają kilka us - jak dostanę tranzystor to wrzucę oscylogram. Jest także w pełni nasycony. Z drugiej strony jak mi zbocza tu mają pomóc/zaszkodzić? Prąd przy zwarciu wychodzi daleeeko poza SOA, więc czy to będzie pełne otwarcie, czy niepełne nie zmienia sytuacji - kaput:cry:. Najsensowniejszym rozwiązaniem jest chyba ten dławik...
  • #11 5908923
    Xweldog
    Poziom 31  
    Posty: 1202
    Pomógł: 165
    Ocena: 106
    Piszesz, że się grzeje i pada. Jeżeli ma wystraczające Uds, to grzać się może tylko od zboczy i nienasycenia. Wykluczasz oba - no to od czego się grzeje ? Dlatego czepiłem się tego CNY. Ale, generalnie, może ten IRF ma poprostu za mały Id ?
  • REKLAMA
  • #12 5909021
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Eh :| Mowa cały czas o sytuacji awaryjnej - zwarciu, słowa nie ma o grzaniu. W chwili zwarcia następuje pyknięcie i koniec.
  • Pomocny post
    #13 5909764
    kulmar
    Poziom 33  
    Posty: 1934
    Pomógł: 184
    Ocena: 381
    bonias85 napisał:
    Eh :| Mowa cały czas o sytuacji awaryjnej - zwarciu, słowa nie ma o grzaniu. W chwili zwarcia następuje pyknięcie i koniec.


    Hm... Po pierwsze usunąłbym kondensator C12. Przecież zwiększa on czas reakcji zabezpieczenia na gwałtowny wzrost prądu tranzystora.

    Pozdrawiam
    Mariusz
  • REKLAMA
  • #14 5909998
    Xweldog
    Poziom 31  
    Posty: 1202
    Pomógł: 165
    Ocena: 106
    Pisałeś, że chodzi przy mniejszym, zwiększasz - aż przy pewnym "pyk". Dlatego sądziłem, że może stopniowo się nagrzewa. Bo to, czy rośnie mu temp. byłoby info. Ma dość duże Ciss, 1,6nF. By je szybko rozładować, potrzeba kopa. Tu rzeczywiście opóźnia ten C12.
  • Pomocny post
    #15 5911107
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #16 5911982
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    nemo07 napisał:

    Wszystko jasne?


    -Prawie :D

    Cytat:
    Primo: Q1 powinien byc na Icmax >= Bst_Q1*12V/1200Ω (R7), czyli rzedu > 1A.

    Bst_Q1?? Skąd w nim ma być Ic >1A? (poza rozładowaniem bramki tranzystora).
    Cytat:
    Secundo: zadnych rezystorow w szereg z D1!!!
    Taki rezystor (Rgate rzedu 47...100Ω) powinien byc miedzy E Q1 a bramka Q2. Jest on nieodzowny przy uzyciu zabezpieczenia bramki opartego na pomiarze spadku napiecia na rezystorze zrodlowym.

    Tak, on był dodany po wykonaniu płytki. Chciałem go dać między E Q1 a R16, ale było to juz niemożliwe. Głównym zadaniem jest zabezpieczenie tranzystora OK1, T3 i T1 podczas zatrzaśnięcia się układu (nastąpiło by zwarcie tych elemntów).
    Cytat:

    Ten na wskros niewydarzony ukladzik zatrzasku zapomnij i uzyj klasycznego tranzystora NPN (z odpowiednio duzym Icmax!),


    Niewydarzony? :cry: Z samym tranzystorem NPN próbowałem, ale działało to jakby liniowo - Q2 nie chciał się dobrze nasycic juz przy niewielkim prądzie.

    Cytat:
    Nie ma potrzeby zatrzasku hard-wired; logika sterowania powinna to robic wylaczajac OK1 w reakcji na przeciazenie.

    Chciałem mieć to uniezależnione od logiki.
  • #17 5915266
    Xweldog
    Poziom 31  
    Posty: 1202
    Pomógł: 165
    Ocena: 106
    Temat nazywa się "zabezpieczenie MOS przed zwarciem". Ale, JEDYNE co tu pewne, że pada przy zwiększonym U. MOS-y padają:
    - bo mają za małe Uds do danego układu
    - nie wytrzymują prądu ( ciągłego, pików )
    - z powodu błędów sterowania ( zbocza, niedosycenie )
    Za padaniem z powodu zbyt małego Uds IRF840 przemawia zbyt mały margines w stosunku do Uz i brak obwodów zabezpieczejących. Zapobiegać można tam, gdzie mogą powstać przepięcia tj. w obciążeniu lub zbezpieczać obiekt, który mogą zniszczyć. Przeciw przemawia, że obciążenie jest rezystancyjne, nie mniej - często różne cuda powstają w przewodach ect.
    Ten IRF powien ten prąd i ew. udary spokojnie znieść. Konfiguracja dla info o przekroczeniu prądu do miejsca, gdzie ma spowodować skutek, jest najkrótsza i najszybsza z możliwych - bipolarny npn z bazą na oporku w żródle i kolektorem w bramce. O opóźniającej tu roli C12 sam piszesz w postcie otwierającym temat.
    Złe wysterowanie daje b.oczywiste info w postaci wzrostu temp. sterowanego tranzystora - dlatego tu zdryfowałem. Ale, twierdzisz że sterowany jest prawidłowo. Może jednak szkoda, że zwiększając Uz nie sprawdzałeś temp. Czy "pyk" następuje przy zimnym / chłodnym czy może jednak tuż przed "pyk" zaczął się grzać nieproporcjonalnie do zwiększanego U. To pomogłoby uprawdopodobnić przyczyny.
  • #18 5915390
    lechoo
    Poziom 39  
    Posty: 5161
    Pomógł: 377
    Ocena: 546
    Zamiast gdybać zaczekajmy może jakie będą wyniki eksperymentów po dodaniu dławika...
  • #19 5916000
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Praca w toku...
    IRF840 jeszcze nie zakupiłem, ale wygrzebałem inny mosfet, nadający się do testów: ssp4n60as (Uds 600V, Rdson 2,5ohm, Id 4A).
    Wrzuce oscylogramy pracy układu przy przerywaniu niższym napięciem niz zakładane 400V (nie ma sondy HV).
    Układ bez C12 i zmienionym Q2 na w/w, reszta bez zmian.:

    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.
    "masa osc." na źródle Q2, CH1 - bramka Q2, CH2 - bocznik (odwrócony), obciążeniem jest rezystor 4,7ohm, prąd płynący ok 1,7A (normalna praca)
    Zbocza:
    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.
    Demon szybkości to to nie jest, ale wystarcza.

    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.
    CH1 - bramka - CH2 - dren, jak widać trochę przesadziłęm z tym obciążeniem czysto rezystancyjnym, i indukcyjność przewodów (a one będą) i rezystora (druciak) robi swoje - konieczny jest snubber

    Jeszcze gorzej podczas przeciążenia/zwarcia:
    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.
    CH1 - bocznik R13, CH2 - dren Q2 :( . Widoczny jest raptowne odcięcie przy ok 0,7V na boczniku (dalej to raczej zakłócenie), oraz potężny pik na drenie Q2. Obciążeniem jest dalej 4,7ohm, zasilanie 25V (przy zwarciu jest troche szybsza reakcja). Sytuację poprawia dwójnik RC między zaciskami przerywacza:

    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

    jego wartości troche z kapelusza: R=4,7ohm, C = 10nF, 1kV.

    Takie połączenie jest absolutnie złe (wykonane testowo, w chwili włączenia Q2 ten dwójnik RC pracuje na zwarcie całości) i zrobię to tak:
    Zabezpieczenie mosfeta przed zwarciem - słabo działa.

    wartości jeszczę dobiorę.

    Dopiero przy zapanowaniu nad tym przepięciem będę mógł dalej testować układ.
  • Pomocny post
    #20 5916202
    Xweldog
    Poziom 31  
    Posty: 1202
    Pomógł: 165
    Ocena: 106
    Układ ogranicznia prądu MOS-owi za pomocą npn robiłem jakiś czas temu. Z tym, że kolektor dałem bezpośrednio w bramkę. Ponieważ zależało mi na max szybkości działania a miałem kilka szt. średniej mocy kilku GHz-owych tranzystorów nadawczych LT ( w metalowej obudowie jak BC211, nie pamiętam nr ), dałem takiego. I co ? Okazało się, że to miało ochotę się wzbudzać. Powstawały zalążki generatora ( przenalizujcie, jak ). Ten C12 wnosi niewielkie opóźnienie rzędu kilku setek ns, ale - jeżli tu powstaje ten sam nr jak kiedyś mi - powienien przeciwdziałać. Może nie tym, co widać na oscyloskopie, ale spróbój z nim.
  • #21 5916570
    bonias85
    Poziom 12  
    Posty: 105
    Ocena: 3
    Przetestowałem nowy układ (C1 = 10nF, R3 - 2k2, i jak na razie działa). Z pewnością nie jest to układ poprawny i zabezpieczający na 100%, ale w tej chwili raczej wystarczający. Obyło się bez dodatkowego dławika. Poprawiony schemat i płytkę postaram się wrzucić, może ktoś skorzysta :).

Podsumowanie tematu

✨ Dyskusja dotyczy problemów z zabezpieczeniem tranzystora MOSFET przed zwarciem w układzie przerywacza pracującym przy napięciu do 400V i prądzie do 2A. Układ wykorzystuje bocznik do wykrywania przeciążenia, które powoduje zatrzaśnięcie tranzystorów T1 i T3 oraz szybkie rozładowanie bramki MOSFET-a Q2. Problemy obejmują uszkodzenia tranzystora przy zwarciu, niewystarczający margines napięciowy MOSFET-ów (np. IRF820, IRF840), oraz błędy w projektowaniu obwodu sterowania, takie jak brak rezystorów ograniczających prąd w gałęzi 12V i nieoptymalne rozmieszczenie rezystorów w obwodzie bramki. Proponowane rozwiązania to zastosowanie szeregowgo RC na dren–źródło MOSFET-a, dodanie dławika (np. 400µH do 1mH) w szereg z obciążeniem w celu ograniczenia narastania prądu zwarciowego, usunięcie kondensatora C12 opóźniającego reakcję zabezpieczenia, oraz poprawa układu zatrzasku i sterowania tranzystorami bipolarnymi. Wskazano, że MOSFET powinien mieć większe Uds (np. 600V w SSP4N60AS) i być w pełni nasycony, a sygnał sterujący bramką musi być szybki i odpowiednio dopasowany. Testy oscyloskopowe wykazały konieczność stosowania snubbera ze względu na indukcyjność przewodów i obciążenia. Ostatecznie autor zastosował kondensator 10nF i rezystor 2,2kΩ w układzie sterowania, co poprawiło działanie zabezpieczenia bez konieczności stosowania dławika. Dyskusja podkreśla znaczenie odpowiedniego doboru elementów, poprawnej topologii układu zabezpieczającego oraz konieczność testów praktycznych dla potwierdzenia skuteczności ochrony MOSFET-a przed zwarciem.
REKLAMA