Mengemudi beban yang sangat induktif menghancurkan pengemudi MOSFET

Latar Belakang

Saya mencoba untuk menghasilkan beberapa tegangan yang relatif tinggi (> 200KV) menggunakan sistem koil pengapian. Pertanyaan ini berkaitan dengan satu tahap sistem ini yang kami coba hasilkan sekitar 40-50KV.

Awalnya generator fungsi digunakan untuk secara langsung menggerakkan MOSFET, tetapi waktu mematikannya cukup lambat (kurva RC dengan generator fungsi). Selanjutnya, driver BJT totem-tiang yang bagus dibangun yang bekerja dengan baik, tetapi masih memiliki beberapa masalah dengan musim gugur (waktu kenaikan sangat bagus). Jadi, kami memutuskan untuk membeli banyak driver gerbang MCP1402 .

Berikut adalah skematisnya (C1 adalah tutup decoupling untuk MCP1402 dan secara fisik terletak dekat dengan MCP1402):

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Tujuan dari transistor pada awalnya adalah untuk mencegah tegangan negatif yang keluar dari fungsi generator kami (sulit untuk dikonfigurasi dan mudah dikacaukan) dari mencapai MCP1402. Waktu jatuh kami yang dikirim ke MCP1402 cukup panjang (1-2uS) karena pengaturan kasar ini, tetapi tampaknya ada histeresis internal atau sesuatu yang mencegah hal ini menyebabkan masalah. Jika tidak ada dan saya benar-benar menghancurkan pengemudi, beri tahu saya. Datasheet tidak memiliki parameter input naik / turun waktu.

Berikut ini tata letak fisiknya:

Kabel biru menuju koil penyalaan dan kabel hitam menuju strip tanah di atas meja. TO92 atas adalah PNP dan TO92 bawah adalah NPN. TO220 adalah MOSFET.

Percobaan

Masalah yang baru saja mengganggu desain ini adalah kombinasi dering pada garis gerbang dan waktu sakelar yang lambat. Kami telah menghancurkan lebih banyak MOSFET dan totem tiang BJT daripada yang saya ingat.

MCP1402 tampaknya telah memperbaiki beberapa masalah: tidak ada dering, waktu jatuh cepat; itu terlihat sempurna. Berikut adalah garis gerbang tanpa koil pengapian terpasang (diukur di bagian bawah pin gerbang MOSFET, di mana kabel hijau & putih dicolokkan di atas):

Saya pikir itu tampak hebat dan saya menghubungkannya ke koil penyalaan. Yang memuntahkan sampah ini:

Ini bukan pertama kalinya saya melihat sampah ini di garis gerbang saya, tetapi ini adalah pertama kalinya saya mendapatkan gambar yang bagus. Transien tegangan tersebut melebihi Vgs maksimum IRF840.

Pertanyaan

Setelah menangkap bentuk gelombang di atas, saya dengan cepat menutup semuanya. Koil pengapian tidak menghasilkan percikan apa pun, memberi tahu saya bahwa MOSFET mengalami kesulitan mematikan secara tepat waktu. Pikiranku adalah bahwa gerbang itu memicu sendiri dari deringan dan memotong lonjakan kami.

The MOSFET itu sangat hangat, tetapi setelah pendinginan sedikit itu diperiksa dengan multimeter (impedansi tinggi antara gerbang-sumber & gerbang-drain, impedansi rendah antara sumber-drain setelah charnging gate, impedansi tinggi antara sumber-drain setelah pemakaian gerbang) . Pengemudi, bagaimanapun, tidak tarif hampir juga. Saya menghapus MOSFET dan hanya menempelkan cap pada output. Sopir tidak beralih lagi dan hanya memanas, jadi saya percaya itu akan dihancurkan.

$2\Omega$

1. Apa yang di dunia menghancurkan pengemudi? Pikir saya adalah bahwa transien gerbang besar menemukan jalan mereka kembali ke gerbang dan entah bagaimana melebihi arus balik maksimum 500mA.

2. Bagaimana saya bisa menekan dering ini dan menjaganya tetap bersih saat mengendarai beban induktif? Panjang gerbang saya sekitar 5cm. Saya memiliki beberapa pilihan ferrite yang dapat saya gunakan, tetapi saya jujur ​​tidak ingin meledakkan pengemudi gerbang lain sampai seseorang dapat menjelaskan kepada saya mengapa ini terjadi. Mengapa itu tidak terjadi sampai saya menghubungkan beban yang sangat induktif ke sana?

3. Tidak ada dioda terbalik di atas koil penyalaan primer. Ini adalah keputusan sadar untuk menghindari pembatasan lonjakan tegangan kami, tetapi bisa salah informasi. Apakah membatasi lonjakan tegangan primer dengan dioda tutup lonjakan tegangan sekunder sama sekali? Jika tidak, saya dengan senang hati akan meletakkannya di atasnya untuk menghindari kebutuhan MOSFET 1200V yang lebih mahal. Kami telah mengukur puncak tegangan drain-to-source sekitar 350V (~ resolusi 100nS), tapi itu dengan driver gate yang lebih lambat, jadi ada lebih sedikit di / dt.

4. Kami memiliki pilihan IGBT 1200V yang dapat digunakan (mereka hanya duduk di meja saya). Apakah ini akan memiliki banyak masalah seperti MOSFET mengendarai beban semacam ini? Fairchild tampaknya menunjukkan menggunakan ini.

Edit:

Saya baru saja melakukan simulasi LTSpice menempatkan dioda di atas primer untuk melindungi MOSFET saya. Ternyata, itu mengalahkan tujuan sirkuit. Berikut ini adalah tegangan sekunder yang disimulasikan sebelum (kiri) dan setelah (kanan) menempatkan dioda melintasi primer:

Jadi, sepertinya saya tidak bisa menggunakan dioda perlindungan.

Sialan! Anda mencoba melakukan 10's dari nsec menyalakan papan tempat memotong roti tanpa solder? Dan Anda tidak memiliki dioda flyback pada transformator Anda?

Jika Anda akan melakukan hal ini, Anda harus belajar untuk menghormati pergantian cepat dan parasit induktif. Pergi ke pesawat tanah dan buat semua jalur switching Anda sesingkat mungkin. Juga, letakkan penutup 100 uF (tantalum untuk pilihan) di MCP1402 Anda untuk memberikan flyback diode sesuatu untuk dikendarai selain petunjuk lama ke baterai.

Anda melihat tonjolan-tonjolan biasa itu pada bentuk gelombang tanpa beban? Mereka ~ osilasi 40 MHz dan itu bukan pertanda baik.

Kombinasi kapasitansi transfer terbalik IRF840 (120pF), dv / dt dari tegangan tiriskan dan driver yang agak lemah (MCP1402) adalah tebakan terbaik saya.

Sebagai permulaan, baca lembar data pada driver - ia mengatakan pada halaman 3 bahwa "perlindungan latch-up menahan arus balik" biasanya lebih besar dari 0,5 amp - itu adalah petunjuk mengapa perangkat itu mungkin gagal.

Berikutnya adalah Q = CV atau, dq / dt = I = C dv / dt.

Saya berpikir bahwa arus melalui 120pF dengan perubahan besar pada dv / dt pada saluran air lebih dari yang bisa diatasi oleh pengemudi. Tepat sebelum gambar ruang lingkup buruk saya melihat sesuatu seperti perubahan 10V sekitar 20ns karena itu:

I = 120pF x 10V / 20ns - yaitu 60mA tapi itu hanya tegangan yang terlihat di gerbang - mungkin sepuluh atau seratus kali lebih besar pada saluran dan karena itu arus mungkin 600mA ke 6A memaksa jalan melalui kapasitor parasit terbalik ke dalam chip driver.

Ini adalah kecurigaan saya. Saya akan menggunakan driver yang mampu sepuluh amp atau setidaknya menemukan satu yang dapat mengatasi arus balik sepuluh amp.

Andy percaya pada sesuatu, saya percaya, dengan kapasitansi saluran pembuangan.

Tetapi juga: Ukur apa yang dilakukannya terhadap pasokan 12V. Itu akan menjadi jalan alternatif untuk paku melalui pengemudi gerbang. Saat ini Anda menunjukkan 0,1uF kapasitor tunggal sebagai decoupling, dan saya kira itu tidak cukup. Anda mungkin memerlukan spektrum luas decoupling dari 10nF hingga 100 uF atau lebih, dan jika itu tidak cukup, pertimbangkan untuk menyalakan driver gerbang dan elektronik sensitif dari filter LC dan decoupling lokal mereka sendiri.

Tempatkan 220..470nF MKP kapasitor sejajar dengan transformator untuk meredam tegangan puncak tinggi yang dihasilkan oleh kumparan induksi. Sekarang arus yang terputus akan menuju kapasitor alih-alih menghancurkan FET.

Ini dibuat di semua TV CRT dan memantau tahap output horisontal.