Prowadzenie silnie indukcyjnych ładunków niszczy sterownik mosfet

tło

Próbuję wygenerować stosunkowo wysokie napięcie (> 200 kV) za pomocą układu cewek zapłonowych. To pytanie dotyczy jednego etapu tego systemu, który staramy się wygenerować gdzieś w okolicach 40-50KV.

Pierwotnie generator funkcji był używany do bezpośredniego sterowania MOSFET-ami, ale czas wyłączenia był dość wolny (krzywa RC z generatorem funkcji). Następnie zbudowano ładny sterownik BJT z biegunem totemowym, który działał dobrze, ale nadal miał pewne problemy z czasami opadania (czas narastania był świetny). Postanowiliśmy więc kupić kilka sterowników bramek MCP1402 .

Oto schemat (C1 jest ogranicznikiem odsprzęgającym dla MCP1402 i jest fizycznie zlokalizowany w pobliżu MCP1402):

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Celem tranzystorów na początku jest zapobieganie przedostawaniu się ujemnych napięć z naszego generatora funkcji (jest to trudne do skonfigurowania i łatwe do zepsucia) przed dotarciem do MCP1402. Nasze czasy opadania wysyłane do MCP1402 są dość długie (1-2uS) z powodu tego surowego układu, ale wydaje się, że istnieje wewnętrzna histereza lub coś, co zapobiega temu powodowaniu problemów. Jeśli nie ma i faktycznie niszczę kierowcę, daj mi znać. Arkusz danych nie ma żadnych wejściowych parametrów czasu narastania / opadania.

Oto fizyczny układ:

Niebieski drut przechodzi do cewki zapłonowej, a czarny przewód do paska uziemienia na stole. Górny TO92 to PNP, a dolny TO92 to NPN. TO220 to MOSFET.

Eksperyment

Problemem, który właśnie nękał ten projekt, było połączenie dzwonienia na linii bramki i powolnych czasów przełączania. Zniszczyliśmy więcej tranzystorów MOSFET i BJT z biegunem totemu, niż pamiętam.

Wydawało się, że MCP1402 rozwiązał niektóre problemy: brak dzwonienia, szybkie czasy opadania; wyglądało idealnie. Oto linia bramki bez dołączonej cewki zapłonowej (mierzona na dole kołka bramki MOSFET, gdzie powyżej znajduje się zielono-biały przewód):

Pomyślałem, że to wygląda świetnie, więc podłączyłem cewkę zapłonową. Które wyrzuciły te śmieci:

To nie jest pierwszy raz, kiedy widzę te śmieci na mojej bramie, ale po raz pierwszy mam ładne zdjęcie. Te nieustalone napięcia przekraczają maksymalne Vg IRF840.

Pytanie

Po przechwyceniu powyższego przebiegu szybko wszystko zamknąłem. Cewka zapłonowa nie wytworzyła żadnych iskier, co mówi mi, że MOSFET miał trudności z wyłączeniem się w odpowiednim czasie. Myślę, że brama sama się wyzwoliła z dzwonienia i odcięła nasz skok di / dt.

MOSFET był niesamowicie ciepły, ale po nieco ochłodzeniu sprawdził się za pomocą multimetru (wysoka impedancja między źródłem i odpływem bramy, niska impedancja między źródłem odpływu po bramie węgielnej, wysoka impedancja między źródłem odpływu po bramie rozładowczej) . Kierowca nie wypadł jednak tak dobrze. Usunąłem MOSFET i po prostu zatknąłem korek na wyjściu. Kierowca już się nie przełączał i po prostu się rozgrzał, więc uważam, że jest zniszczony.

$2\Omega$

1. Co na świecie zniszczyło kierowcę? Myślę, że duże transjenty bramkowe znalazły drogę powrotną do bramki i jakoś przekroczyły maksymalny prąd wsteczny 500mA.

2. Jak mogę wyłączyć to dzwonienie i utrzymać go w czystości podczas napędzania obciążenia indukcyjnego? Długość mojej bramy wynosi około 5 cm. Mam wybór ferrytów, których mógłbym użyć, ale szczerze mówiąc, nie chcę wysadzić innego sterownika bramy, dopóki ktoś nie wyjaśni mi, dlaczego tak się stało. Dlaczego tak się nie dzieje, dopóki nie podłączę do niego wysoce indukcyjnego obciążenia?

3. Nad pierwotną cewką zapłonową nie ma diody zwrotnej. To była świadoma decyzja, aby uniknąć ograniczenia skoków napięcia, ale może być źle poinformowana. Czy w ogóle ograniczenie pierwotnego skoku napięcia pokrywką diody w drugim skoku napięcia? Jeśli nie, chętnie postawiłbym jeden, aby uniknąć konieczności stosowania droższych tranzystorów MOSFET 1200 V. Zmierzyliśmy napięcie dren-źródło przy około 350 V (rozdzielczość ~ 100 nS), ale było to z wolniejszym sterownikiem bramki, więc było mniej di / dt.

4. Mamy wybór 1200 V IGBT, które można wykorzystać (po prostu siedzą tutaj na moim biurku). Czy mieliby takie same problemy jak MOSFET-y napędzające tego rodzaju obciążenia? Wydaje się, że Fairchild sugeruje ich użycie.

Edytować:

Właśnie wykonałem symulację LTSpice umieszczenia diody nad pierwotnym, aby chronić mój MOSFET. Okazuje się, że pokonuje cel obwodu. Oto symulowane napięcie wtórne przed (po lewej) i po (po prawej) umieszczeniu diody na pierwotnym:

Nie mogę więc użyć diody ochronnej.

Święty Karp! Próbujesz zrobić 10 sekund nsec na płycie lutowniczej bez lutowania? I nie masz diody flyback na swoim transformatorze?

Jeśli zamierzasz to robić, musisz nauczyć się szanować szybkie przełączanie i indukcyjne pasożyty. Idź do płaszczyzny uziemienia i spraw, aby wszystkie ścieżki przełączania były jak najkrótsze. Nałóż również czapkę 100 uF (tantal do wyboru) na MCP1402, aby dać diodę flyback coś do jazdy poza długimi przewodami do akumulatora.

Widzisz te regularne nierówności na fali bez obciążenia? Są to oscylacje ~ 40 MHz i nie są dobrym znakiem.

Kombinacja odwrotnej pojemności transferowej IRF840 (120pF), dv / dt napięcia drenu i raczej słabego sterownika (MCP1402) to moje najlepsze przypuszczenie.

Rozruszniki, przeczytaj kartę katalogową sterownika - na stronie 3 jest napisane, że „zabezpieczenie zatrzaskowe wytrzymujące prąd wsteczny” jest zwykle większe niż 0,5 ampera - to jest wskazówka, dlaczego to urządzenie może zawieść.

Dalej jest Q = CV lub, dq / dt = I = C dv / dt.

Myślę, że prąd w 120pF z dużą zmianą dv / dt na odpływie jest czymś więcej niż kierowca może sobie poradzić. Tuż przed pogorszeniem się obrazu lunety widzę zmianę napięcia 10 V za około 20ns, dlatego:

I = 120pF x 10V / 20ns - to jest 60mA, ale to tylko napięcie widoczne na bramce - może być dziesięciokrotnie lub sto razy większe na odpływie, a zatem prąd może wynosić od 600mA do 6A, zmuszając się do przejścia przez odwrotny kondensator pasożytniczy do układu sterownika.

W każdym razie to moje podejrzenie. Użyłbym sterownika zdolnego do dziesięciu wzmacniaczy lub przynajmniej takiego, który poradziłby sobie z prądem wstecznym wynoszącym dziesięć wzmacniaczy.

Myślę, że Andy ma coś wspólnego z pojemnością drenu.

Ale także: zmierzyć, co to robi z zasilaniem 12V. To byłaby alternatywna ścieżka dla skoków przez sterownik bramki. Obecnie pokazujesz pojedynczy kondensator 0.1uF jako oddzielenie i podejrzewam, że to nie wystarczy. Możesz potrzebować szerokiego spektrum odsprzęgania od 10 nF do 100 uF lub więcej, a jeśli to nie wystarczy, rozważ zasilenie sterownika bramki i czułej elektroniki z filtra LC i własnego lokalnego odsprzęgnięcia.

Wystarczy umieścić kondensator MKP 220..470nF równolegle do transformatora, aby tłumić wysokie napięcie szczytowe wytwarzane przez cewkę indukcyjną. Teraz przerwany prąd trafi do kondensatora, niszcząc FET.

Odbywa się to we wszystkich telewizorach CRT i monitoruje poziomy poziom wyjściowy.