Почему у меня сломался транзистор?

Давайте рассмотрим это устройство, которое я построил: по сути, это источник питания для двигателя постоянного тока на 24 В. Электропитание включается и выключается в соответствии с соответствующим сигналом управления (который приводит в действие реле), что не имеет значения в данный момент, так как оно всегда было включено во время работы устройства.

введите описание изображения здесь

Остановимся на завершающей части схемы, с двигателем, предохранителем на 10А и транзистором БУВ20 .

Двигатель должен потреблять средний ток 8А при 24В, а BUV20 может обеспечить 50А. BUV20 охлаждается через вентилятор (показан слева на картинке) и металлический радиатор (с термопастой). Номинальное напряжение двигателя составляет 24 В, но я вставил потенциометр, чтобы определить его значение (обычно я буду использовать напряжение между 17-20 В, так как мне не нужна его максимальная скорость.)

Устройство работало при этих значениях напряжения, потом вдруг начало вращаться с завышенной скоростью. Затем предохранитель на 10А остановил его через несколько секунд. (Возможно, потому что это предохранитель с задержкой.)

После этого события проверил предохранитель на 10А, он перегорел. Затем я измерил сопротивление коллектор-эмиттер БУВ20 и увидел, что оно равно 0.

Итак, мое мнение, что БУВ20 сломался во время работы, и его выводы коллектора и эмиттера закоротило. Таким образом, 27Vpeak были предоставлены двигателю, который начал работать с завышенной скоростью.

Что может быть причиной проблемы с этим транзистором? Я могу поменять его на другой БУВ20, но я думаю, что его авария может быть не случайной, а может быть проблема в конструкции. Итак, что может быть причиной короткого замыкания коллектора и эмиттера при работе транзистора? Всплеск двигателя, дефект транзистора и т. д. Есть ли у вас какие-либо советы?

ОБНОВЛЯТЬ:

введите описание изображения здесь

По вашим замечательным советам я сделал следующие изменения в своей схеме (выделено красным), а также другие дополнительные элементы, которые я поставил сам:

  1. КОНДЕНСАТОР емкостью 100 нФ в цепи смещения BDX53C, чтобы избежать быстрых изменений напряжения смещения при перемещении потенциометра.

  2. Первоначальный предохранитель с задержкой на 10А был заменен ПРЕДОХРАНИТЕЛЕМ МГНОВЕННОГО ЗАДЕРЖАНИЯ НА 10А . Это потому, что предохранитель с задержкой сгорел только через несколько секунд, и этого времени было достаточно, чтобы сломать транзистор.

  3. ОБРАТНЫЙ ДИОД подключен параллельно переходу база-эмиттер BUV20.

  4. Параллельно двигателю подключен стабилитрон 24 В, 5 Вт . Это не полная защита, но следует такой логике: при обрыве БУВ20 и укорачивании коллектора и эмиттера (как это произошло в прошлый раз) стабилитрон выдает на двигатель только 24В, а не потенциально 27В пикового напряжения коллектора. Этот стабилитрон долго не выдержит в таком состоянии, но даст время другим системам защиты сработать (учтите, что 24В - это максимальное напряжение моего мотора, так что в это время мотор будет в безопасности).

  5. КОМПАРАТОР , обнаруживающий короткое замыкание между коллектором и эмиттером БУВ20 из-за его обрыва. Резисторы я сконструировал таким образом, что при напряжении на эмиттере более 23В (это не должно происходить в моих условиях эксплуатации) выход компаратора станет низким и цифровая логика (точнее, система Arduino) отключит реле, питающее BDX53C.

Что вы думаете об этих измерениях? Должен ли я изменить их или вставить другие средства защиты?

Мои основные цели в порядке убывания приоритета:

  1. защита двигателя
  2. защита БУВ20
  3. защита других элементов
Двигатели являются индуктивной нагрузкой, поэтому при включении/выключении могут возникать опасные пики напряжения. Я хотел бы видеть обратноходовой диод параллельно двигателю, чтобы контролировать эти пики. Но почему вы не используете решение типа переключателя/ШИМ для управления скоростью двигателя? Ваш дизайн выглядит очень "винтажным" в этом отношении.
Спасибо за ваши советы. Я использовал потенциометр, так как это было быстрое решение, но в будущем я заменю его на ШИМ-решение. Насчет обратноходового диода, как его выбрать? Как я могу выбрать его последовательное сопротивление?
Это не очень хорошая схема по многим причинам. Но вы просто хотите знать, почему он ломается. У вас есть подсказки, хорошие, уже здесь. Но позвольте мне задать вопрос. Вы пытались преобразовать это в более простую схему, а затем проанализировать ее? Возможно ли, что у вас может закончиться бета-версия? Предположим на мгновение, что это возможно, как отреагирует на это индуктивность двигателя?
@jonk Я понимаю, что это не очень хорошая схема. Это один из моих первых источников питания, так что я не эксперт. Что посоветуете, чтобы не закончилась бета?
Я бы даже не рассматривал эту схему. Поэтому я не могу сказать вам, что бы я сделал, чтобы исправить бета-версию. Я просто просил вас представить, что может произойти, если бета начнет схлопываться (она не фиксирована по отношению к току коллектора). делать), то индуктор вдруг окажется в безвыходной ситуации. Как вы думаете, как он отреагирует?
Если затем ток должен уменьшиться, единственной возможной реакцией индуктивности двигателя является изменение приложенного напряжения. Только так ток может снизиться, чтобы соответствовать доступной бета-версии. Но реверс означает, что эмиттер BUV20 дергается в отрицательную сторону. Это создает очень большой VCE при высоком токе, чрезвычайно высокое мгновенное рассеивание, чрезвычайно быстрый нагрев внутреннего точечного перехода без времени распространения на корпус.
Отрицательным напряжением будет то, что необходимо для подачи достаточного базового тока через вашу делительную сеть для удовлетворения модифицированных бета-потребностей. Этого может быть вполне достаточно, чтобы щелкнуть перекрестки. Я, вероятно, хотел бы сначала применить постоянное напряжение, но с постепенным ограничением тока, которое берет верх. Мягкая реакция, которая позволяет двигателю достигать своего рабочего тока без внезапных изменений напряжения. Или использовать ШИМ, как уже было сказано.
Заметьте, я не предполагал, что вы выключили что-то. Это уже проблема без этой дополнительной проблемы. Добавление этой проблемы только усложняет ее. Двигатели, особенно двигатели на 8 А при 24 В и около 200 Вт, не так уж и просты в управлении. Ваша схема далеко не в своей лиге.

Ответы (3)

что может быть причиной проблемы с этим транзистором?

  1. Выделялось слишком много тепла, и внутренности транзистора расплавились.

Вы не упомянули количество теплоотвода, которое вы применили к транзистору, так что это вполне возможно.

  1. Обратная ЭДС от двигателя постоянного тока превышала обратное смещение перехода база-эмиттер.

Это рассчитано на -7 вольт, так что имейте в виду. Попробуйте поставить обратный диод между базой и эмиттером. Я бы также поместил конденсатор на 100 нФ на двигатель, потому что, если потенциометр слегка заикается и создает сильно меняющееся напряжение на эмиттере, обратная ЭДС, генерируемая индуктивностью двигателя, будет высокой (потенциально сотни вольт).

Поместите также конденсатор емкостью 100 нФ на резистор R2 (чтобы выход потенциометра оставался стабильным).

Также убедитесь, что BDX53C не пострадал - это может быть еще одной подсказкой - возможно, BDX53 вышел из строя (из-за обратного напряжения база-эмиттер (оно рассчитано только на 5 вольт) и, в свою очередь, разрушил выходной транзистор BUV20.

Спасибо за ваши советы. Я бы сказал, что проблема не в нагреве, так как транзистор после аварии был не ахти. Так что поменяю на другой БУВ20 и поставлю конденсатор и обратный диод. Затем я снова протестирую устройство. Что касается обратного диода, как я могу выбрать его и его последовательное сопротивление, если я сейчас не знаю возможных значений обратной ЭДС?
Вы должны быть в состоянии уйти с диодом 1N400x между базой и эмиттером.
Отлично спасибо. Почему мне не нужно последовательное сопротивление?
Резистор какой серии?
Последовательный резистор для обратного диода.
Ему он не нужен - он будет проходить через базу и эмиттер и не нуждается в резисторе. Может быть, если у вас есть хитрая идея, вы должны нарисовать схему и дать мне посмотреть?
@ Kinka-Byo Если вы нашли, что этот ответ решил вашу проблему, вы должны принять его как правильный ответ.
Отлично, последний вопрос: почему я должен ставить диод между базой и эмиттером, а не параллельно двигателю (что я вижу в Интернете, это обычная конфигурация). Что, если я поставлю диод между базой и эмиттером и еще один диод параллельно двигателю? Будет ли это безопаснее?
@ Kinka-Byo, есть несколько способов сделать это, и мои рекомендации по базе и эмиттеру напрямую касаются того, почему я думаю, что транзистор сломался. Вы можете обнаружить, что вам нужны оба метода. Опять же, если придумаете схему, выкладывайте, я посмотрю.
@Andy aka Извините за это разъяснение, но как мне подключить обратный диод? Анод к базе и катод к эмиттеру?
Чтобы защитить базовый эмиттер транзистора NPN от чрезмерного обратного смещения, анод подключается к эмиттеру. Помните, что вам могут понадобиться и другие средства защиты, и я посоветовал вам нарисовать схему и показать ее мне.
@Энди, он же Спасибо еще раз. Я внес свои изменения в вопрос с моей окончательной схемой. Что вы думаете обо всех этих системах защиты?
@ Kinka-Byo Я бы, наверное, поставил 100 нФ на двигатель, чтобы уловить любые сбои. Я не уверен, что стабилитрон рассчитан только на 5 Вт и 24 вольта. Напряжение питания может быть 27 вольт и при полном приводе стабилитрон может сгореть.
Идеально, большое спасибо!

Обычно при переключении нагрузка находится на стороне коллектора. Теперь потери больше, так как нагрузка работает с конфигурацией эмиттерного повторителя.

Другое дело, что дарлингон напрямую подключает базу силового транзистора к напряжению питания без какого-либо ограничения тока. Возможно, при включении силового транзистора превышено значение Vbe и Ib силового транзистора, и он сломался.

Также ничто не мешает индуктивной отдаче разрушить силовой транзистор при отключении нагрузки.

Две очевидные потенциальные причины отказа (при условии адекватного теплоотвода на транзисторе. Поскольку по конструкции транзистор имеет напряжение Vbe * 3 или не менее 2 В, вы тратите здесь много энергии, не менее 16 Вт при 8 А. Фактически, даже при номинальных условиях). , 25 В, двигатель 17 В, ток 8 А, вы рассеиваете 64 Вт на транзисторе.При Theta (jc) = 0,7 C / Вт переход на 45 C теплее, чем корпус транзистора, который теплее, чем (неизвестно) радиатор .. .Получить картинку?И это на 8А...но см.ниже)

  1. Обратные напряжения пробоя во время индуктивных всплесков. Это может быть обратный пробой база-эмиттер ... всего несколько V, как указывает Энди. Обратный диод через BE только передает проблему обратно на управляющий транзистор. Подсоедините один к источнику питания и обратите внимание, что это должны быть быстрые диоды, а не 1N4007.

  2. Чрезмерный ток (в сочетании с Vce>2V и кривой SOA в техническом описании транзистора). Вы предполагаете, что двигатель потребляет только 8 А, но когда транзистор замыкается, предохранитель на 10 А перегорает. Таким образом, ток двигателя превышает 10 А. При запуске двигатель на 8 А может даже превысить 50 А: проверьте его номинальный ток останова в таблице данных. Он будет потреблять это на мгновение, а при чрезмерной нагрузке будет потреблять ток больше, чем его номинальный ток во время работы.

Таким образом, на мгновение он может потреблять более 50 А (всплеск!) или может потреблять достаточно во время работы, что в сочетании с довольно высоким Vce (либо из-за драйвера, либо из-за того, что это линейный регулятор) SOA превышен.

И в этом техническом описании нет ни кривой безопасной операционной зоны (SOA), ни спецификаций вторичной разбивки, так что... как определить нарушение SOA?

Измерьте пусковой и фактический рабочий ток, чтобы определить, может ли это быть проблемой.

Возможно, будет лучше просто перейти на ШИМ-контроллер двигателя, сэкономив много энергии, а не чинить этот.

Спасибо за ваш ответ. Можете ли вы сказать мне, почему контроллер двигателя pwm должен решать эти проблемы? Если я управляю базовым напряжением БУВ20 с помощью ШИМ-сигнала, почему это должно решить эти проблемы?
Потому что он потребляет примерно на 60 Вт меньше энергии в ваших номинальных условиях, работая на транзисторе намного холоднее, и он будет разработан с учетом приводных двигателей. Если вы используете ШИМ на базе BUV20, сделайте его переключателем нижнего плеча. Энергосбережение вы получите, но о защите все равно придется позаботиться самостоятельно.
Почему у меня сломался транзистор?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v