Sterownik grzałek bateria słoneczna - Uszkodzony tranzystor

Witam
Projektuję sobie sterownik sterujący grzałkami w bojlerze. Zasilane są one z baterii słonecznych. Sterownik działa poprawnie do momentu gdy nastąpi zanik zasilania w sieci a tym samym zanik zasilania sterownika, wtedy aktualnie załączony tranzystor mosfet (ten, przez który płynie prąd z baterii słonecznej do grzałki) ulega uszkodzeniu. Czy może ktoś mi poradzić czemu tak się dzieje i co można zrobić by uniknąć tego typu problemów.
Na poniższym rysunku schemat jednego klucza tranzystorowego.


Pozdrawiam

Widocznie na przewodach indukują się przepięcia, a tranzystor IRF620 dużo więcej niż 200V między drenem i źrdłem nie wytrzyma.
Spróbuj dodać transila 1,5KE200 między źródło i dren.
Miedzy źródło i bramkę zaś, dioda Zenera na 8,2 do 10V i ew. kondensatorek 4,7-10nF.

Edit:
IRF620 ma transila wbudowanego - tak przynajmniej twierdzi datasheet.
Możesz sobie darować jeszcze jednego.
Za to sprawdź, czy napięcie nieobciążonej baterii słonecznej nie przekracza 200V.
Edit 2:
Jest jeszcze możliwość, że napięcie zasilające sterownik, po wyłączeniu maleje bardzo powoli. Wówczas, przy pewnej jego wartości, rezystancja kanału MOSFET'a rośnie i zaczyna się na nim wydzielać duża moc, która go pali.
Jeśli tak jest, zmniejsz pojemność filtrującą w zasilaczu albo obciąż ją dodatkowym rezystorem, aby rozładowywała się szybciej.

Możesz też wstawić IRF740 w miejsce IRF620 - może nieco na wyrost w stosunku do obecnego ale niewielkie przepięcia będą mu niestraszne.

Zabezpieczenia na pewno się przydadzą, zwłaszcza jeśli przewody są długie - zobacz wątek: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2624876.html
W tym wypadku uszkodzenie może być spowodowane czymś innym. Po obniżeniu napięcia wyjścia procesora prawdopodobnie przechodzą w stan wysokiej impedancji co powoduje częściowe wysterowanie (lub zatkanie) BC547. To z kolei skutkuje niepełnym (lub pełnym) załączeniem tranzystora MOSFET. Nawet, jeśli MOSFET będzie w pełni załączony, to łagodny spadek napięcia 12V spowoduje wyjście z nasycenia. W tym stanie na tranzystorze wydziela się ogromna moc.
Rozwiązań jest kilka: od zmniejszenia pojemności na zasilaniu, przez wymuszone wyłączanie MOSFETa po zaniku sieci, ale najlepiej zastosować jakiś driver IR21xx - każdy się wyłącza przy obniżonym napięciu.

Dzięki za podpowiedzi.
Zastanawiam się nad wykorzystaniem ATMegi do wykrywania zaniku zasilania i wyłączenia mosfetów w czasie gdy będą pracować na energii zgromadzonej w kondensatorach filtrujących.

To nie takie proste, bo procesor poniżej pewnego napięcia zacznie szaleć albo brown-out wymusi reset. W tym stanie MOSFET będzie załączony do czasu... spadku 12V poniżej Ugs(sat). Stosunkowo wolnego spadku. Rozwiązaniem byłby driver nieodwracający i rezystor pull-down na wyjściu procesora, ale chyba łatwiej dać gotowy driver. Kiedyś w tej roli zastosowałem śmieciowy UC3843, z którego Vref zasilałem małego AVR-ka.

Pomiędzy sterownikiem a zasilaczem dałbym diodę i zanik napięcia wykrywał bym za pomocą wejścia przerwań INT0. Sądzę, że kondensator przez kilkanaście ms podtrzyma pracę procesora a to w zupełności wystarczy do wykrycia i wyłączenia mosfetów.

mandragor6 napisał:

[...] to w zupełności wystarczy do wykrycia i wyłączenia mosfetów.

Przeanalizuj co się będzie działo później.

Dodałem kilka elementów dla ułatwienia tłumaczenia.
Ja widzę to tak:
po wykryciu zniku zasilania uK wyłącza MOSFETA (na bramce stan niski), następnie załącza tranzystor BD139 i rozładowuje kondensator C2, a tym samym jeśli wystąpią wachania na wyjściu procesora nic nie dadzą bo nie będzie już napięcia którym było by można załączyć MOSFET.

Jeśli źle rozumuje proszę o poprawę, wolę posłuchać mądrych rad niż wymienić kolejny tranzystor

Logiczne, chociaż trochę przekombinowane. Problem w tym, że stabilizatory nie lubią, niektóre nawet bardzo, gdy napięcie na ich wyjściu jest wyższe od tego na wejściu.

Gdy dokupię MOSFETa przetestuję i dam znać czy zdało to egzamin.

Nie czytasz - może się to skończyć usmażeniem 78L05 i procesora. Zobacz:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm340-n.pdf strona 11 "SHORTING THE REGULATOR INPUT".

Rzeczywiście, pominałem tą uwagę.

A jeśli zrezygnuję z kondensatora C1 (lub zastąpię go jak sugerują w nocie katalogowej poniżej 10uF) zostawiając C2 o pojemności conajmniej 1000uF. I właśnie ten zacznę rozładowywać po wystapieniu zaniku zasilania. Procesor powinien pracować poprawnie do 3V (ATMega8L) a jest już to napięcie poniżej, którego nie załączy się MOSFET. Na schemacie jest IRF640, ale docelowo ma być IRFB4332 i dla tego, wg. charakterystyk ( www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfb4332pbf.pdf str.3, FIG.3) przy temp. ok 25st jest to conajmniej 4V.

Kombinujesz. Na przykład dobrze byłoby włączyć watch-doga. Czy tranzystor ma przeżyć do piewszego "zawieszenia" programu? Takie rzeczy rozwiązuje się sprzętowo.

Połącz bramkę ze źródłem tranzystora rezystorem o wartości 4k7. W momencie gdy tranzystor przestanie być wysterowany, zwarcie to zapewni że tranzystor będzie blokował napięcie między drenem a źródłem.

Zrób podwójne zasilanie sterownika, z sieci i z baterii słonecznej.

Dzięki za podpowiedzi.

Zgadzam się w pełni, że rozwiązania sprzętowe są najpewniejsze, ale wiązać się to bedzie ze znaczną rozbudową układu ( 3 tranzystory mosfet = 3 zabezpieczenia).
Narazie spróbuję rozwiązania programowego na uK.

Problem jest prosty do rozwiązania. Należy wykonać układ bufora sterującego MOSFET-em, który przy spadku napięcia poniżej 10 V zmieni stan wyjścia na zero V oraz zablokuje jego sterowanie. Sterowanie powrotne bufora możliwe po osiągnięciu 11 V ( po załączeniu zasilania ne wyjściu sterującym tranzystor ciągle zero woltów aż do osiągnięcia 11 V). Histereza 1 V wystarczająca.
Powolne zmiany napięcia na bramce tranzystora powodują uszkodzenia termiczne struktury (patrz karta katalogowa, moc strat).

Witam
Przedstawię pokrótce sposób jaki doszedłem do obecnego rozwiązanie, które na chwile obecną się sprawdza.
Próbowałem driverów do tranzystorów mosfet MC34152 niestety i one nie zabezpieczyły przed uszkodzeniem po zaniku zasilania sieciowego.
Rozwiązaniem okazało się prawidłowe wykrywanie zaniku zasilania przez uK i wyłączenie tranzystorów zanim napięcie zaniknie całkowicie. Problemem był zasilacz impulsowy, który przez dłuższą chwilę jeszcze trzymał napięcie a czego nie był w stanie wykryć uK.
Zasilacz transformatorowy dawał poprawnie wykryć zanik zasilania ale przy seryjnym załączaniu tranzystorów ładunek jaki był potrzebny do ich otwarcia powodował spadki napięcia i wykrywanie zaniku zasilania (nawet z kondensatorem powyżej 2000uF).

Ostatecznie podłączyłem ogniwa z baterii laptopa jako podtrzymanie zasilania i od kilku tygodni układ pracuje poprawnie.

Dziękuję wszystkim za zainteresowanie i sugestie.