Apa yang menyebabkan kegagalan IGBT ini?

Saya menghubungkan rangkaian di bawah ini, rangkaian pengapian yang ditransmisikan, dan itu bekerja selama beberapa menit, kemudian berhenti bekerja (mesin berhenti, tidak mau hidup kembali). Ketika berhenti bekerja, saya tidak bisa merasakan apa pun yang terlalu panas di papan, dan tidak melihat adanya asap.

Saya mengambil papan ke lab, menghubungkannya ke catu daya dan menguji tegangan di berbagai node untuk saklar pemutus titik terbuka dan tertutup. Saya menggunakan beban 20 ohm sebagai pengganti koil.

Saya menemukan bahwa TIP31 itu menyalakan benar saat poin saklar terbuka sehingga (tegangan kolektor dari BJT / gerbang tegangan dari IGBT ) dan tegangan basis Q1 = .63V, sehingga TIP31 muncul untuk menjadi bekerja dengan baik. IGBT harus "Off" dengan tegangan gerbang 0,02V, tetapi saya mengukur penurunan 4,3V pada resistor beban 20 ohm (yang menggantikan Coil seperti yang ditunjukkan dalam skema), yang berarti IGBT sedang melakukan .21A diberi muatan 20ohm.$V_c=.02V$

Saya hanya bisa berspekulasi mengapa IGBT gagal, dan saya berharap seseorang yang memiliki pengalaman dapat memberi saya ide yang lebih baik. Saya harus memahami bahwa IGBT sangat cocok untuk switching beban induktif. Apakah saya memilih IGBT yang kurang cocok untuk aplikasi ini? Mungkinkah itu terlalu panas dan terbakar tanpa saya sadari? Yang paling penting, apakah konduksi yang buruk merupakan mode kegagalan tipikal IGBT?

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saya pikir mungkin ada dua alasan. Pertama, inilah transistor yang ditentukan untuk digunakan dalam sistem pengapian dan perhatikan bahwa ia memiliki rangkaian perlindungan yang dibangun di dalam yang akan mengaktifkan transistor kembali (sehingga melindungi dirinya sendiri) jika tegangan pada kolektor melebihi 350V.

Biasanya, pengapian mobil tidak akan menghasilkan lebih dari 300V lonjakan dan untuk mendemonstrasikan ini, inilah gambar lain yang diambil dari situs ini : -

Situs itu juga menjelaskan hal lain yang mungkin mengakibatkan kegagalan IGBT. Sudut diam adalah periode waktu kontak ditutup sebelum dibuka untuk "menghasilkan" percikan. Pada diagram di atas ini adalah sekitar 3ms (perhatikan bagian terendah dari jejak sebelum "menembak". Dalam periode waktu ini, arus dalam kumparan (dari baterai) menumpuk hingga sekitar 8A - 8A ini dianggap jumlah yang tepat arus untuk menghasilkan jumlah energi yang benar untuk menghasilkan percikan yang layak.

Jika Anda menggandakan dwell-time Anda (mengabaikan resistensi kumparan) Anda akan mendapatkan 16A - itu adalah hal yang linier dan jika tentu saja poin Anda hanya merupakan pemutus kuno yang bisa mengambil trilyun ampli itu tidak akan peduli banyak tentang sudut diam dan ini berarti Anda mungkin melebihi nilai IGBT saat ini dan digoreng tanpa Anda mengetahuinya.

Berikut ini adalah artikel referensi yang menarik untuk membangun kunci kontak mobil Anda sendiri menggunakan timer 555 - itu, saya kira menetapkan sudut diam.

Kemungkinan besar, IGBT terbunuh oleh tendangan balik induktif dari koil. Sebagian besar energi dari primer seharusnya ditransfer ke sekunder, tetapi selalu ada beberapa induktansi kebocoran . Induktansi kebocoran ini adalah induktansi primer yang tidak digabungkan ke sekunder, sehingga terlihat seperti induktor biasa dalam seri dengan bagian primer yang digabungkan. Induktor ini dapat menyebabkan kickback jika dimatikan dengan tiba-tiba.

Gejala yang Anda lihat adalah persis apa yang Anda harapkan dalam situasi ini. Transistor mengambilnya sebentar, tetapi akhirnya pulsa tegangan tinggi merusaknya, sehingga rangkaian berhenti bekerja. Fakta bahwa transistor sekarang memiliki kebocoran yang signifikan adalah bukti yang baik untuk hal ini. Itu adalah mode kegagalan umum yang dihasilkan dari lonjakan tegangan pendek.

Seperti yang saya katakan sebelumnya, IGBT bukanlah pilihan terbaik di sini. Tidak ada alasan Anda membutuhkan FET untuk mengarahkan NPN di dalam IGBT untuk Anda. Anda dapat memodifikasi sedikit sirkuit untuk menggerakkan NPN secara langsung.

Apa pun yang Anda gunakan untuk sakelar, ia harus diberi nilai untuk tegangan yang cukup tinggi, seperti beberapa 100 V, atau Anda perlu menjepit tegangan tendangan baliknya.

Ditambahkan:

Saya mengatakan ini dalam komentar, tetapi jawabannya ada di sini. 600 V adalah peringkat yang masuk akal untuk elemen switching, tetapi Anda masih membutuhkan semacam penjepit. Dalam operasi normal, sebagian besar energi dalam inti magnetik akan keluar sekunder dan menyebabkan percikan pada busi. Namun, jika sekunder pernah terputus, yang Anda miliki adalah akting utama sebagai induktor biasa. Semua energi kemudian akan kembali ke sirkuit mengemudi, yang dapat dengan mudah menyebabkan lebih dari 600 V melintasi saklar.

Tanpa penjepit, Anda mengandalkan karakteristik yang tidak dapat diandalkan. Dibutuhkan semacam penjepit pada 550 V atau kurang. Salah satu cara untuk mencapai ini adalah dengan menggunakan saklar transistor sebagai penjepit. Minta sesuatu untuk dinyalakan kembali ketika tegangan mencapai 500 V atau lebih. Itu masih banyak tegangan cukup tinggi pada primer untuk menyebabkan tegangan tinggi yang diperlukan pada sekunder, tetapi melindungi sirkuit penggerak dari induktansi kebocoran primer, atau ketika sekunder terputus sama sekali.

Sirkuit Anda pada dasarnya dijamin gagal jika busi dicabut dari saluran sekunder.

IGBT untuk pengapian dirancang khusus untuk menyerap kembali energi dari koil saat dibutuhkan. Info lengkap tentang https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf

IGBT tujuan umum tidak dirancang untuk aplikasi khusus ini

Jawaban di atas tentang masalah sampai pada masalah. Masalahnya adalah bahwa ketika mesin berjalan pada kecepatan rendah, titik-titik ditutup untuk waktu yang "lama".
Biasanya kumparan otomotif akan jenuh secara magnetis dalam waktu sekitar 4 milidetik. Setelah itu, ia menjadi resistor yang mengukur sebagian kecil dari ohm. Pada kecepatan rendah, poin ditutup lebih lama dari 4 msec. Dengan asumsi 12V ke koil dan .5 ohm untuk resistansi koil, Anda mendapatkan E / R = I atau 12 / .5 = 24 amp. Jadi masalahnya adalah bagaimana membatasi tegangan waktu dirasakan melintasi kumparan, atau membatasi arus dengan cara lain. Cara mudah (yang umum dalam sistem pengapian "Kettering") adalah dengan memasang resistor pembatas arus secara seri dengan koil. Dengan begitu ketika koil menjadi jenuh secara magnetis,
Anda mungkin bisa mendapatkan "ballast resistor" Chrysler dari toko onderdil mobil, dan memasangnya secara seri dengan koil. Anda akan mendapatkan lebih sedikit percikan RPM, tetapi arus maksimum ke IGBT akan berada dalam spesifikasi.
Jika Anda meletakkan kapasitor secara paralel dengan resistor, Anda dapat melakukannya dengan lebih baik. Anda ingin nilai kapasitor memberi Anda waktu yang konstan dengan resistor di suatu tempat sekitar 4 msec. Dengan begitu, kapasitor akan mengisi daya saat koil mendekati saturasi. Ketika mesin berjalan pada RPM tinggi, Anda akan melihat hampir 12 V melintasi gelung sebagai titik terbuka, memberi Anda percikan yang baik. Pada kecepatan rendah, titik-titik akan menutup, IGBT akan melakukan, kapasitor akan terisi penuh, dan banyak dari tegangan akan jatuh melintasi resistor. Ini berarti bahwa tegangan melintasi kumparan dan arus di kumparan primer akan rendah, menghasilkan lebih sedikit percikan (delta saat ini) sebagai titik / IGBT terbuka. Kemungkinan besar ini masih akan cukup untuk menjalankan mesin. Cara lain untuk melakukan hal-hal adalah mengubah sirkuit drive menjadi satu tembakan dengan menggandeng kapasitif baik basis TIP31 atau gerbang / dasar perangkat drive. Dengan cara itu Anda dapat menghasilkan pulsa di sekitar 4 msec.
Ini bekerja sangat baik pada kecepatan rendah, tetapi pada kecepatan tinggi percikan akan sangat terlambat. Pada 3600 RPM, satu revolusi adalah sekitar 16 msec. Jika Anda 4 msec terlambat untuk menembak, itu 1/4 revolusi. Anda dapat mengonfigurasikan sirkuit dengan sakelar, sehingga Anda mulai dengan drive yang digabungkan secara kapasitif, dan beralih ke drive langsung untuk operasi kecepatan penuh. Mungkin tidak akan sulit untuk mengisi sirkuit tangki yang akan beralih secara otomatis ketika putaran mesin mencapai beberapa RPM yang dipilih. John

Apakah Anda menggunakan heatsink yang tepat untuk IGBT? Dalam lembar data harus disebutkan watt panas yang dihasilkan. Kemudian Anda dapat menghitung kebutuhan yang diperlukan untuk mendinginkan IGBT berdasarkan misalnya lembar data produsen Semikron IGBT (gunakan google). Mereka biasanya membutuhkan pendinginan yang cukup besar terutama ketika arus mendekati batas.

Setelah memutus IGBT, ia bisa berfungsi entah bagaimana tetapi jelas tidak benar (semacam tegangan atau arus dapat ada di atas / melalui komponen). Itu cukup biasa dengan banyak perangkat semikonduktor.

Untuk Stop IGBT, Anda perlu -15V (matikan sinyal), No GND.

Fly-back (kickback) di primer dapat ditangani dengan dioda schottkey berukuran sesuai di belitan. (katoda ke 12V dan anoda ke kolektor IGBT). Tegangan balik dari dioda (atau tumpukan dioda) harus mentolerir tegangan transien maksimum dan perlu dinilai untuk arus sisi primer maksimum ditambah ruang kepala.