Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Spalone MOSFET-y w mostku H

15 Lut 2019 03:12 411 6
  • Poziom 6  
    Układ własnego projektu i wykonania, którego jedną z części jest mostek H sterowany mikrokontrolerem (0-5 V). Wrzucam od razu schemat, żeby było wiadomo o czym mowa. Jest to fragment większej całości, więc wklejony schemat jest okrojony tylko do elementów mających związek z tematem:

    Spalone MOSFET-y w mostku H
    Pobieżny opis schematu, żeby nie było wątpliwości, w jakim celu są poszczególne elementy. Od lewej: wejście zasilania 12 V, transil zabezpieczający przed skokami napięcia, kondensator magazynujący (potrzebny w innej części układu), MOSFET P zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją, rezystor i dioda Zenera zabezpieczające przed przekroczeniem napięcia na bramce, kondensator magazynujący; i część właściwa mostka: 4 główne MOSFET-y P i N, 4 diody zabezpieczające przed szpilkami, 2 MOSFET-y N sterujące MOSFET-ami P, 3 rezystory 100 Ω ograniczające szarpanie prądem, 2 rezystory 43 kΩ ściągające bramki (N) do masy, 2 rezystory 1 kΩ podciągające bramki (P) do 12 V i 2 rezystory 510 Ω tworzące dzielniki napięcia w celu zabezpieczenia bramek (P) w razie skoku napięcia na linii 12 V.

    Warto wspomnieć, że zanim stało się to co się stało, zasilanie układu było wcześniej podłączane i odłączane dziesiątki razy, a sam mostek kręcił silnikiem (RF-370C) tysiące razy (w tym testowe obciążanie do kilku amperów; PWM do 200 kHz itp.) – wszystko działało bez żadnego problemu.

    Pewnego razu (temperatura otoczenia ok. 0 stopni, cały układ zasilony od kilku godzin, silnik niepracujący od kilkunastu minut) przebieg zdarzeń był następujący: plus „stały” podany na jeden biegun silnika (tranzystor Q13), a minus PWM (20 kHz, 60%) na drugi biegun (tranzystor Q12) – silnik zaczął się kręcić, ale po kilku sekundach zatrzymał się. Nie wiem czy było to spowodowane tylko wzrostem obciążenia (co wcześniej zdarzało się wielokrotnie, więc jest to jak najbardziej możliwe) czy może już w tamtym momencie coś się uszkodziło i dlatego silnik stanął. Następnie, po kilku sekundach wyłączony został minus (Q12), po kilku kolejnych sekundach plus (Q13), a po kilku następnych odłączony został plus zasilania całego układu. Do tego momentu, przynajmniej wizualnie, jeszcze nic szczególnego się nie stało.
    Po mniej więcej minucie plus zasilania układu został z powrotem podłączony i w tym momencie tranzystor Q15 (czyli ten, który nie brał bezpośredniego udziału we wcześniejszym zasilaniu silnika, ale jest plusem PWM), zaczął świecić niczym dioda LED i obficie dymić. Zostały z niego zwęglone zwłoki (a także lekko nadpalona ścieżka źródła) i jak się później okazało, połączony z nim tranzystor Q12 również został uszkodzony, tylko w mniej spektakularny sposób – wizualnie w porządku, funkcjonalnie tak jakby jeszcze działał, ale bramka przebiła się do źródła (kilka omów).

    Na koniec przydługiego opisu, krótki pytanie: co konkretnie mogło być powodem tego co się wydarzyło?
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
  • Poziom 1  
  • Poziom 6  
    xavix napisał:
    (…) mostek kręcił silnikiem (RF-370C) tysiące razy (w tym testowe obciążanie do kilku amperów; PWM do 200 kHz itp.)

    Silnik ten przy nominalnym napięciu ma pobór prądu do kilkuset mA w czasie normalnej pracy i do maksymalnie 1,3 A przy zatrzymaniu. W tym przypadku wypełnienie PWM wynosiło 60%, czyli ok. 7 V, więc prąd nie przekraczał nawet 1 A, a jak wspomniałem, już w ramach wstępnych testów mostek był obciążany kilkoma amperami (długotrwale do 4 A), ponadto rzeczony silnik również zatrzymywał się wcześniej wielokrotnie, w tym również przy pełnym napięciu.
  • Poziom 43  
    Nie wiem czy to było przyczyną, ale użycie 1N4007 jest błędem, ta dioda ma trr kilka-tysiecy razy gorszy od diody pasożytniczej w IRLML0030. Taka dioda jeśli zostanie spolaryzowana w kierunku przewodzenia, będzie przewodzić jeszcze kilka-kilkadziesiąt us po zmianie polaryzacji.
  • Poziom 6  
    Zakładając że przyczyną były źle dobrane diody, pojawia się kilka pytań:

    1) Jak to możliwe, że wcześniej wielokrotnie działało bez uszkodzenia? Jak na mój, niedoświadczony w tych sprawach rozum, jeżeli źle dobrana dioda miałaby np. dopuścić do nadmiernego wzrostu napięcia, to tranzystory powinny się uszkodzić już po krótkiej chwili od pierwszego uruchomienia, a nie dopiero po kilkuset cyklach pracy. Rozumiem że coś może pracować na granicy uszkodzenia i dopiero po jakimś czasie ostatecznie się uszkodzić, ale jeżeli opisane przeze mnie warunki miałyby być tą granicą, a wcześniej testowane były znacznie wyższe prądy i częstotliwości, to wydaje się, że już wcześniej uszkodzenie powinno z pewnością nastąpić.

    2) Na wielu powszechnie dostępnych schematach mostków H widnieją diody 1N4004 i 1N4001 – czyli praktycznie te same co 1N4007. Czy więc wszystkie te schematy są błędne? Czy może tylko w przypadku mojego mostka występuje coś szczególnego, co powoduje, że te diody się do niego nie nadają?

    3) Jakie w takim razie zastosować diody, żeby spełniły swoje zadanie? Schottky'ego, transile? Jakieś konkretne symbole?

    4) I w końcu, czy wspomniane diody pasożytnicze już same w sobie nie są wystarczającym zabezpieczeniem? Diody zewnętrzne można traktować jako dodatkowe zabezpieczenie, ale przecież te wbudowane mają raczej wystarczające parametry, żeby spełnić swoją rolę – czyż nie?

    Nawiązując jeszcze do faktu, że dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia, będzie przewodzić jeszcze jakiś czas po zmianie polaryzacji – jaki ma to skutek praktyczny w tym konkretnym przypadku? Czyli na przykład pojawia się jakiś skok napięcia pochodzący z bieguna silnika, dioda zaczyna przewodzić do linii 12 V, napięcie wraca do normy, a dioda jeszcze przez moment przewodzi – co konkretnie złego dzieje się w tym momencie?
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    xavix napisał:
    1) Jak to możliwe, że wcześniej wielokrotnie działało bez uszkodzenia?
    Słaby argument, widziałem błędy projektowe które wychodziły po kilku latach, dlatego że na etapie testów czegoś nie uwzględniono, albo tranzystor który miał przekroczony prąd impulsowy o 75% i padł po 10 latach ale jednak padł. Nie napisałem że jestem pewien że dioda była przyczyną, napisałem że istnienie tej konkretnej diody w układzie sterowanym PWM jest błędem i należało by ją usunąć, albo zamienić na jakąś Schottky. Jak na razie nie przychodzi mi do głowy żadne wyjaśnienie opisanego uszkodzenia które mógł bym udowodnić, więc jak to u nas na forum w zwyczaju, piszę nie na temat, ale o właściwościach elementów które znam ;)

    xavix napisał:
    2) Na wielu powszechnie dostępnych schematach mostków H widnieją diody 1N4004 i 1N4001 – czyli praktycznie te same co 1N4007. Czy więc wszystkie te schematy są błędne?
    A gdzie są te schematy, w internecie? czy wiadomo kto je zaprojektował kto je sprawdził, jakie mieli doświadczenie, ile układów wyprodukowano jak długo działały niezawodnie u klientów?
    W układach pracujących bez PWM taki schemat można uznać za poprawny 1N4007 nie będzie użyteczna ale nie będzie też szkodliwa.
    Dioda 1N4000X to dioda do prostowników małej częstotliwości gdzie jej długi czas wyłączania (niektórzy producenci podają nawet 30us i to jako wartość typową, a nie maksymalną) nie przeszkadza. 1N4001-5 i 1N4006-7 to nie to samo mają inną konstrukcję, tych ostatnich używałem do generowania! przepięć jako namiastkę SRD :)
    Spalone MOSFET-y w mostku H
    xavix napisał:
    3) Jakie w takim razie zastosować diody, żeby spełniły swoje zadanie? Schottky'ego, transile? Jakieś konkretne symbole?

    4) I w końcu, czy wspomniane diody pasożytnicze już same w sobie nie są wystarczającym zabezpieczeniem? Diody zewnętrzne można traktować jako dodatkowe zabezpieczenie, ale przecież te wbudowane mają raczej wystarczające parametry, żeby spełnić swoją rolę – czyż nie?

    Nie dawanie żadnych diod jest poprawnym rozwiązaniem, te w tranzystorach są wystarczająco szybkie, a jeśli już koniecznie chciał byś jakieś dać to musiały by być Schottky żeby mogły wprowadzić jakąś wykrywalną zmianę, dlatego że w diodach pn trudno ci będzie znaleźć coś szybszego niż ta w tranzystorze, no i dla tego że tylko Schottky ma na tyle niski spadek napięcia żeby przejąć cały prąd przy połączeniu równoległym.

    xavix napisał:
    Nawiązując jeszcze do faktu, że dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia, będzie przewodzić jeszcze jakiś czas po zmianie polaryzacji – jaki ma to skutek praktyczny w tym konkretnym przypadku? Czyli na przykład pojawia się jakiś skok napięcia pochodzący z bieguna silnika, dioda zaczyna przewodzić do linii 12 V, napięcie wraca do normy, a dioda jeszcze przez moment przewodzi – co konkretnie złego dzieje się w tym momencie?
    Wyłączasz dolny tranzystor, górna dioda zaczyna przewodzić prądem podtrzymywanym przez indukcyjność silnika, jeśli energii zgromadzonej w indukcyjności wystarczy to podtrzyma diodę w stanie przewodzenia do następnego cyklu kiedy załączasz dolny tranzystor i teraz tranzystor musi wytrzymać prąd zwarciowy płynący przez diodę, dioda w ciągu µs się wyłączy, ale prąd zwarciowy może być bardzo duży, dioda taka wyłącza się dosyć raptownie, co może wygenerować przepięcia trudne do "zgaszenia" jeśli transil nie jest wystarczająco blisko - przepięcia powstają na indukcyjnościach pasożytniczych które mogą być pomiędzy transilem a mostkiem.

    Oczywiście w twoim układzie prąd z indukcyjności silnika rozdziela się pomiędzy 1N4007 i diodę w tranzystorze, w jakim stosunku nie wiemy, ale na pewno jest to na korzyść mniej płynie przez "złą" diodę to mniej popłynie po zmianie polaryzacji.
  • Poziom 6  
    Dzięki za szczegółową odpowiedź, sporo mi ona rozjaśniła i rzeczywiście trudno zaprzeczyć, że te diody nie były dobrym pomysłem.
    Temat zostawiam na razie otwarty w razie gdyby ktoś może znalazł jeszcze jakiś słaby punkt.