Dlaczego moje tranzystory MOSFET umierają w tym mostku H?

Oto mój mostek H: Za każdym razem, gdy zaczynam go używać w jednym kierunku, M-kanał M-kanałowy P i NPN BJT, które należą do użytego kierunku, giną w ciągu kilku sekund. Zabity MOSFET i BJT rozwijają zwarcie, więc nie mogę już używać innego kierunku. Umierają bez zauważalnego ciepła ani dymu!
Kontroler jest żarłocznym uno i tylko N-kanałowe tranzystory MOSFET są napędzane sygnałem PWM, a kanały P są podłączone do prostych cyfrowych styków wyjściowych. Częstotliwość PWM to domyślna częstotliwość 490 Hz dla pinów cyfrowych 9 i 10(każde wyjście PWM jest indywidualne). Już zabiłem parę 4-5 kanałów MOSFET + BJT, to może się zdarzyć po obu stronach. (Zależy to od tego, którego kierunku używam jako pierwszy.) Silnik to silnik prądu stałego wycieraczki przedniej szyby 12 V, napięcie zasilania wynosi 12 V 5 A. Podłączone są uziemienia zasilania 12V i 5V.

Są dwie rzeczy, które mogą być prawdą, ale nie jestem w 100% pewien, ponieważ nie przetestowałem tego dokładnie:

• w poprzedniej wersji korzystałem z rezystorów 1k dla R7 i R8 i nie miałem żadnych problemów. Spróbuję jeszcze raz, ale teraz brakuje MOSFETÓW z kanałem P. Teraz ...
• kiedy wycinam smażoną parę MOSFET + BJT, mogę użyć innego kierunku bez zabijania pozostałej pary MOSFET + BJT.

Proszę o pomoc, co się tutaj dzieje :)

• Czy powinienem używać rezystora między NPN BJT a M-kanałowym kanałem P?
• Czy powinienem używać MOSFET 2n7000 zamiast 2N2222 BJT?

AKTUALIZACJA: Właśnie przetestowałem mostek H z żarówką 12 V 55 W zamiast silnika wycieraczek. P-FET i NPN zostały zabite podczas testu. Strona kanału N była napędzana 40% sygnałem PWM. Bez obciążenia nie miałoby to żadnego problemu.

AKTUALIZACJA 2: Zmieniłem R7 i R8 na 1k z 150R. Teraz most działa ponownie bez awarii komponentów. (Nie uruchamiałem go przez kilka dni, ale z rezystorami 150R odtworzenie usterki zajęło tylko kilka sekund.) Dodam kilka kondensatorów odsprzęgających na mostku między GND i + 12V, jak sugerował Brian. Dzięki za odpowiedzi dla wszystkich!

Jak odłączasz zasilanie 12V?

Jednym z możliwych trybów awarii jest to, że impulsy indukcyjne powodowane przez wyłączenie prądu silnika (tj. Przy częstotliwości PWM) są zrzucane do zasilania 12V za pośrednictwem diod flyback. Tak, to powinno się zdarzyć, ale ...

Jeśli zasilanie 12 V nie jest odłączone i pochodzi z zasilacza, a nie z akumulatora, lub jest zasilane długim (indukcyjnym) kablem, tak naprawdę nie jest to zasilanie 12 V, ale chwilowo doprowadzane do tego indukcyjnego napięcia skoku. Co może być znacznie powyżej oceny MOSFET ...

Monitoruj zasilanie 12 V za pomocą szybkiego oscyloskopu. Jeśli wykazuje oznaki skoków przepięcia, zwiększaj jego odsprzęganie, aż nie będzie. (Powinno to obejmować ceramiczne kondensatory 0,1 uF dla niskiej impedancji HF, a także kondensator ze zbiornikiem elektrolitycznym. Możliwe też, że dioda Zenera 16 V lub 25 V na wszelki wypadek ...).

Nie wiem, czy to jest twój rzeczywisty problem, ale jest to jedna baza, którą MUSISZ pokryć.

R1 R2 są zdecydowanie za duże dla wszystkich oprócz najmniejszych nieistniejących mosfetów. Oznacza to, że obracają się znacznie wolniej niż się włączają. Oznacza to, że nawet jeśli uważasz, że uwzględniłeś rozsądny czas martwy, nadal będziesz strzelać i jeść fety. Używam dodatkowego tranzystora, aby szybko wyłączyć, warto.

Jeden z górnych MOSFETów kanału P jest aktywny - określa kierunek. Kiedy zastosujesz PWM do obu tranzystorów MOSFET w kanale N (jak sugeruje twój obwód), dostaniesz strzelanie do połowy mostka H.

NIE wolno stosować PWM do urządzeń z dwoma kanałami N - stosować tylko w prawym dolnym rogu, gdy aktywowane jest górne lewe urządzenie P LUB LUB stosować tylko w dolnym lewym rogu, gdy aktywowane jest prawe górne kanał P.

EDYCJA - również MOSFETy z kanału P są do góry nogami.

Jedną z rzeczy, która mnie wyróżnia, jest brak diod flyback na twoich tranzystorach polowych. Ponieważ silnik jest obciążeniem indukcyjnym, może bardzo łatwo generować wysokie napięcia na tranzystorach polowych, gdy występuje zmiana prądu (V = L dI / dT w cewce indukcyjnej). Napięcia te mogą z łatwością przekroczyć wskaźnik przebicia złącza dren-źródło w twoich tranzystorach polowych.

Aby rozwiązać ten problem, dioda jest zwykle umieszczana równolegle do złącza, aby utrzymać napięcie pod kontrolą w następujący sposób:

(Zdjęcie z: http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/mosfets-and-catch-diodes/ )

To „zaciska” napięcie na FET.

@Autistic ma rację co do R1 i R2 - takie ustawienie doprowadzi do bardzo wolnego czasu przełączania na Petach. Możesz rozważyć zastosowanie dedykowanej pompy ładującej sterownik P Fet zamiast BJT + Pullup.

Niektóre kontrole poczytalności

Czy potrafisz sprawdzić sygnały jazdy? Bardzo ważne jest, który FET jest włączony lub wyłączony.

forward: 
p1 on    p2 off 
n1 off   n2 on

backwards: 
p1 off    p2 on 
n1 on     n2 off

brake: 
p1 off    p2 off
n1 on     n2 on

Wypróbuj następujące:

• zatrzymać dowolny PWM
• odłączyć wszelkie obciążenia
• napisz z kodu jako: p1 włączony n1 wyłączony, odczekaj 500 ms, p1 wyłączony n1 wyłączony 100 ms (czas martwy), p1 wyłączony n1 włączony 500 ms, p1 wyłączony n1 wyłączony 100 ms (czas martwy) i powtórz. To daje sygnał testowy, który jest łatwy do debugowania.
• teraz wyjście p1 n1 mostka h powinno ładnie przełączyć się z GND na 12V. Skorzystaj z lunety, aby go przetestować, lub możesz również użyć małej żarówki. Podłącz żarówkę między GND a wyjściem p1 n1 - powinna migać, aby p1 był dobry. Podłącz go do wyjścia 12V i p1 n1 - powinno migać, aby n1 było dobre.
• jeśli masz zakres, sprawdź, czy p1 i n1 nie przewodzą krzyżowo. Sprawdzając ten sygnał, nie zobaczysz żadnej innej wartości niż czysty GND, czysty 12V i trochę pływającego GND w czasie martwym 100ms.
• jeśli nie masz zasięgu, możesz ustawić dość długi czas martwy, np. 500ms - to nie może zranić :), ale może uratować twój P fet.
• teraz podłącz silnik zamiast żarówki, będzie on pracował i zwalniał / zatrzymywał się jak żarówka. To sprawdza, czy fetety są w porządku.

Problem

• Zachowaj ostrożność przy powyższym ustawieniu PWM. Możesz bardzo łatwo usmażyć swoje fety. Możesz włączyć stronę P podczas przełączania strony N, dlatego robisz krótkie (mniejsze lub większe - może przetrwać z 20% PWM w zależności od jakości źródła zasilania).

Zwykle mikrokontrolery mają dedykowany 4-wyjściowy sterownik PWM z kontrolą strefy nieczułości. 4 sygnały PWM mogą sterować 4 fetami, a sygnały te są zsynchronizowane i odwrócone, a także uwzględniany jest czas martwy. Zobacz więcej PWM mikrokontrolerów PIC. http://www.ermicro.com/blog/wp-content/uploads/2009/01/picpwm_03.jpg

Ponieważ Arduino nie jest zbudowane do tego celu, możesz chcieć użyć podstawowej logiki do wytworzenia właściwych sygnałów PWM. Celem jest upewnienie się, że n1 i p1 są zawsze napędzane komplementarnie, podobnie jak n2 i p2. Możesz go uzyskać, używając kilku dodatkowych BJT: http://letsmakerobots.com/files/YG_H-Bridge1.jpg Następnie masz dwa piny, którymi możesz sterować PWM.

Wolisz użyć niektórych bramek logicznych, takich jak: https://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2012/03/26/so-which-pwm-technique-is-best-part-2 a następnie masz czyste przewijanie do przodu / do tyłu oraz jeden pin PWM, który napędza prędkość.

Ten artykuł warto sprawdzić: http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridge_drivers/

Czy na pewno włączasz lewy górny P-FET, gdy stosujesz PWM w prawym dolnym N-FET?

Powinieneś dokładnie sprawdzić swoją orientację P-FET. Wygląda na to, że P-FET jest skierowany do tyłu i dochodzi do nadmiernego rozproszenia mocy, gdy przewodzi dioda korpusu P-FET. Zmierz napięcie na P-FET w warunkach uszkodzenia. Jeśli zobaczysz około 0,6 V w poprzek FET, gdy 2N2222 jest włączony, oznacza to, że P-FET jest odwrócony. Sprawdź również napięcie bramki P-FET podczas stanu uszkodzenia, aby upewnić się, że widzi mniej niż 0,2 V.

Czy nadal widzisz prąd zwarcia, jeśli wyjmiesz silnik z obwodu?