Короткое замыкание стока и истока MOSFET в цепи драйвера высокого напряжения

Цепь драйвера высокой стороны

Вышеприведенная схема используется для управления двигателем 48 В 1000 Вт "MY1020" с использованием конфигурации драйвера высокого напряжения. 48 Вольт достигаются с помощью 4 герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов, соединенных последовательно, а аккумулятор 12 В - от одного из 4 аккумуляторов.

Технические паспорта используемых компонентов:

Силовой МОП-транзистор: IRF3205

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf3205.pdf

Драйвер верхней и нижней стороны: IR2110

http://www.infineon.com/dgdl/ir2110.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c80333167e

Контакт 10 ( HIN ) в IR2110 подключен к контакту 9 PWM Arduino . Контакт 9 создает сигнал PWM с частотой, установленной на: 22 кГц , и записывается код для проверки схемы . Код начинается с рабочего цикла = 30%, что эквивалентно 4 вольтам, что является порогом MOSFET, и постепенно увеличивается рабочий цикл = 90%, что эквивалентно 10,8 вольт.

Код:

/* The code changes the PWM frequency of the Arduino
* and increases the gate voltage of the transistor
* from 4 Volts(30% Duty cycle) to 10.8 volts (90% Duty cycle)
* with a step of 0.5 Volts every 2 seconds. The process is repeated.
*/

#include <PWM.h>

int32_t freq= 22000; //PWM frequency = 22KHz
int x=85; // Initial Duty Cycle=30% at x=85

void setup() {
InitTimersSafe();
SetPinFrequencySafe(9, freq);

}

void loop() {
while(x<230)  // Duty cycle =90% at x=230
{ 
analogWrite(9,x); // pin 9 is connected to pin : HIN
delay(2000); // delay for 2 seconds
x+=10; // step by 0.5 Volts

}
x=85; // x is reset to 85 to repeat the process again

}

Я попробовал схему с этим кодом, и вот проблема. Двигатель начинает работать на низкой скорости, как и ожидалось, и его скорость постепенно увеличивается. Двигатель должен испытать 14 приращений скорости, так как (230-85)/10 = 14,5 = ~ 14 шагов. Примерно на 4-м шаге скорость сразу увеличилась до максимальной, как если бы двигатель закоротил на аккумулятор. Я провел проверку целостности IRF3205 с помощью мультиметра и обнаружил, что клеммы Drain и Source закорочены.

Ранее я тестировал ту же схему на небольшом 12-вольтовом двигателе, и она отлично работала в разных диапазонах рабочего цикла и частотах ШИМ.

В чем может быть проблема? Номинальное напряжение Vds MOSFET составляет 55 вольт, а аккумуляторов — 48 вольт. Может ли это быть слишком много для MOSFET, если предположить, что компоненты низкого качества продаются там, где я живу? Проблема в драйвере? Являются ли приращения напряжения затвора за время выполнения Arduino dV /dT слишком высокими?

Ради реальной картины жизни; вот тестовый стенд:

Испытательный стенд

Когда MOSFET отключается, куда девается всплеск напряжения от индуктивности двигателя?
Поместите свой прицел на MOSFET и установите триггер на 1 или 2 В выше +48 В и следите за условиями перенапряжения.
Схема проводки не обязательно должна быть похожа на логическую схему, но она требует контролируемого импеданса. Длинные провода очень индуктивны. Витые пары распределяют L, C и R так, что для быстрых импульсов это больше похоже на фиксированное сопротивление, такое как линия передачи 120 Ом. Исследуйте каждый путь прохождения сильноточных импульсов и избегайте одиночных длинных проводов. Добавьте диод обратной мощности на двигатель с униполярным управлением. Биполярное управление шунтирует напряжение выключения с устойчивым низким значением RdsOn, а не затухающим током диода, чтобы улучшить потери мощности при ускорении и торможении из-за противо-ЭДС.
Существует определенное количество теории, которую вам нужно изучить, чтобы понять это. Во-первых, ток вашего двигателя будет ограничен при ускорении значением DCR и приложенным пиковым напряжением, которое обычно в 8–10 раз превышает номинальный ток двигателя при полной нагрузке. Так что изучите это и используйте соответствующее соотношение RdsOn/DCR <5% pref <1% и держитесь подальше от кривой повреждения SOA.
1000 Вт / 48 В ^ 2 = R = 434 мОм, поэтому DCR, вероятно, составляет около 45 мОм, поэтому ваш RdsOn составляет около 8 мОм или ~ 17% нагрузки, что подразумевает процент потерь I ^ 2R, когда мощность до 10x номинальная нагрузка 1000 Вт при максимальной скорости изменение скорости. или 48 В/0,5 Ом ~ 100 А и I^2RdsOn = ?? для x us проверьте SOA
@TonyStewart.EEsince'75 Что касается силового диода, я не могу найти его там, где я живу, который удовлетворяет требуемому току. Можно ли подключить несколько обратноходовых диодов параллельно? например: (SR360 3A - Барьерный выпрямитель SCHOTTKY 60 В) pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/formosa/SR350.pdf
да, но как это решает проблемы, которые я поднял
@TonyStewart.EEsince'75 Это решает только проблему скачков напряжения. Учитывая длину проводов, попробую еще укоротить. У меня было ограничение на это, так как на перфорированной плате есть хрупкие паяные соединения, и я боялся, что они сломаются на коротких длинах проводов. У меня есть некоторые предварительные знания о теории линий передачи. Я ограничу выходную мощность этого двигателя примерно до 600 Вт. Причина, по которой я выбрал этот двигатель, заключается в том, что он имеет максимальную эффективность в данный момент и для моего применения; это моя забота
@TonyStewart.EEsince'75 У меня нет предварительных знаний о расчетах DCR. попробую их сделать.
измерить двигатель с помощью цифрового мультиметра

Ответы (1)

55 В — это опасно низкий номинал Vds при напряжении питания 48 В.
Если возможно, выберите Vdsmax при двойном Vsupply и по крайней мере попробуйте на 25% +, а лучше больше. Вероятно НЕ главная проблема, а второстепенная.

Отсутствие антипикового диода было бы достаточно легко, чтобы вызвать выход из строя полевого транзистора, если это необходимо только для целей индуктивного поглощения пиков.

НО в этом приложении у него есть еще одна более важная роль. При управлении двигателем постоянного тока ток двигателя должен иметь средства циркуляции, когда переключатель FET выключен.

В более распространенных случаях, когда используется для подавления всплесков, диод может иметь номинал ниже Iнагрузки, поскольку диод проводит ток только в течение небольшого % цикла. Посмотрите в листе технических данных диода для снижения номинальных характеристик при не 100% рабочем цикле.

Хотя это было бы «испытывать удачу», возможно, что

Полевой транзистор хороший, НО обратите внимание, что при 20 А + таблица данных Рис. 1 показывает, что, когда полевой транзистор в холодном состоянии, Vds = скажем, 0,15 А = 3 Вт, рассеяние при 20 А,
но когда горячий (переход 175 ° C) Vds ~ = близко к 0,3 В, и это ТИПИЧНЫЕ и кривые не для наихудшего случая, графики И примечания для импульсов 20 мкс. В реальных ситуациях Rdson иногда в 2 раза больше Rdson при 25C и обычно на 10-20% больше.
Скажем, 0,4 В x 20 А = 8 Вт.

Ваш тестовый радиатор находится в диапазоне 10–20 °C/Вт, поэтому температура полевого транзистора может повыситься, скажем, на 8 Вт x 10–20 = 80–160 °C по сравнению с окружающей средой.
Было ли жарко на практике?

Rthjc составляет 0,75 C/Вт, так что это не проблема при хорошем теплоотводе.

Ваш комментарий об управлении полевым транзистором, похоже, отражает непонимание того, как будет работать схема. Ты говоришь:

«Код начинается с рабочего цикла = 30%, что эквивалентно 4 вольтам, что является порогом MOSFET, и постепенно увеличивает рабочий цикл = 90%, что эквивалентно 10,8 вольт».

Если вы имели в виду то, что «видит» ДВИГАТЕЛЬ, это примерно правильно, НО фраза «что является порогом MOSFET» предполагает, что вы думаете, что Vgate является аналоговым уровнем. Это не. Если бы это было так, то полевой транзистор не был бы полностью улучшен при низких % рабочих циклов ШИМ, а Rdson был бы высоким, а рассеяние было бы огромным 0 в течение небольшого периода.

Это НЕ то, что происходит.

Каждый выходной импульс PWM +ve подает полный импульс затвора на МОП-транзистор - здесь номинально 12 В, но, вероятно, в диапазоне 19-12 В. Полевой транзистор полностью включается при любом % рабочего цикла ШИМ, где Ton равно >> времени включения полевого транзистора.
Двигатель «видит» среднее напряжение около V+_motor x PWM%, но затвор FET всегда видит Vdrive max или 0.

Это было бы более верно для напряжения затвора, если бы был конденсатор gs и ШИМ был сглажен до постоянного тока. В этом случае полевой транзистор будет работать в линейном режиме и испытывать очень большие потери при низком % ШИМ, поскольку Vgsdc низкий, а Rdson высокий и ...!

.

Корпус полевого транзистора не будет проводить, потому что индуктивная обратная ЭДС при выключении отрицательна ( ниже земли). Это увеличивает Vds и заряжает повышающие конденсаторы до более высокого напряжения. Через несколько циклов добавочное напряжение станет достаточно большим, чтобы взорвать полевой транзистор (если сначала не взорвется драйвер!).
@BruceAbbott Да, вы, конечно, правы. Я мысленно расширил случай для рециркуляционного диода тока двигателя, не задумываясь. Никогда не думать хорошо :-).
Короткое замыкание стока и истока MOSFET в цепи драйвера высокого напряжения
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v