Co spowodowało awarię IGBT?

Podłączyłem obwód poniżej, tranzystorowy obwód zapłonowy i działał on przez kilka minut, a następnie przestał działać (silnik wyłączył się, nie uruchomił się ponownie). Kiedy przestał działać, nie czułem niczego, co wyraźnie przegrzało się na płycie i nie zauważyłem dymu.

Zabrałem płytkę do laboratorium, podłączyłem ją do źródła zasilania i przetestowałem napięcia w różnych węzłach pod kątem otwarcia i zamknięcia wyłącznika punktowego. Zastosowałem obciążenie 20 omów zamiast cewki.

Zauważyłem, że TIP31 włącza się poprawnie, gdy przełącznik punktów jest otwarty, tak że (napięcie kolektora BJT / napięcie bramki IGBT ) i napięcie podstawowe Q1 = 0,63 V, więc TIP31 wydaje się działać poprawnie . IGBT powinien być „wyłączony” przy napięciu bramki 0,02 V, ale zamiast tego mierzę spadek 4,3 V na rezystorze obciążenia 20 omów (który jest w miejscu cewki pokazanej na schemacie), co oznacza, że ​​IGBT przewodzi .21A przy obciążeniu 20 omów.$V_c=.02V$

Mogę jedynie spekulować, dlaczego IGBT nie powiodło się, i mam nadzieję, że ktoś, kto ma doświadczenie, da mi lepszy pomysł. Miałem zrozumieć, że IGBT bardzo dobrze nadają się do indukcyjnego przełączania obciążenia. Czy wybrałem IGBT, który był nieodpowiedni dla tej aplikacji? Czy mógł się właśnie przegrzać i wypalić bez mojej uwagi? Co najważniejsze, czy złe przewodzenie jest typowym trybem awarii IGBT?

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

Myślę, że mogą być dwa powody. Po pierwsze, oto tranzystor przeznaczony do stosowania w układach zapłonowych i zauważ, że ma on wbudowany obwód ochronny, który włączy tranzystor z powrotem (chroniąc się w ten sposób), jeśli napięcie na kolektorze przekroczy 350 V.

Zwykle zapłon samochodu nie wygeneruje znacznie więcej niż 300 V skoku i aby to zademonstrować, oto kolejne zdjęcie zrobione z tej strony:

Strona ta wyjaśnia również coś innego, co mogło spowodować awarię IGBT. Kąt przebywania to czas, w którym styki są zamknięte przed otwarciem w celu „wygenerowania” iskry. Na powyższym schemacie jest to około 3ms (zwróć uwagę na najniższą część śladu tuż przed „odpaleniem”). W tym czasie prąd w cewce (z akumulatora) wzrasta do około 8A - ten 8A jest uważany za właściwą ilość prądu, aby wygenerować odpowiednią ilość energii, aby wytworzyć przyzwoitą iskrę.

Jeśli podwoiłeś swój czas przebywania (ignorując rezystancję cewki), dostaniesz 16A - to kwestia liniowo-czasowa i jeśli oczywiście twój łamacz punktów byłby po prostu staromodnym przerywaczem, który mógłby wziąć wzmacniacze gazillionowe, nie miałoby to większego znaczenia o kącie przebywania, a to oznacza, że ​​prawdopodobnie przekroczyłeś obecną ocenę IGBT i jest smażony bez Twojej wiedzy.

Oto ciekawy artykuł referencyjny na temat budowania własnego zapłonu samochodu za pomocą timera 555 - podejrzewam, że ustawia kąt przebywania.

Najprawdopodobniej IGBT został zabity przez indukcyjne odrzut od cewki. Większość energii z pierwotnego powinna była zostać przeniesiona do wtórnej, ale zawsze występuje pewna indukcyjność upływowa . Ta indukcyjność upływu jest indukcyjnością pierwotnego, który nie jest sprzężony z wtórnym, więc wygląda jak zwykły induktor połączony szeregowo z częścią pierwotnego sprzężonego. Ten induktor może spowodować odrzut, jeśli zostanie nagle wyłączony.

Objaw, który widzisz, jest dokładnie tym, czego można się spodziewać w tej sytuacji. Tranzystor zajmuje mu trochę czasu, ale w końcu impulsy wysokiego napięcia uszkadzają go, więc obwód przestaje działać. Dobrym tego dowodem jest fakt, że tranzystor ma teraz znaczny upływ prądu. Jest to typowy tryb awarii wynikający z krótkich skoków przepięcia.

Jak powiedziałem wcześniej, IGBT nie jest tutaj najlepszym wyborem. Nie ma powodu, dla którego potrzebujesz FET do napędzania NPN wewnątrz IGBT. Możesz nieco zmodyfikować obwód, aby bezpośrednio sterować NPN.

Cokolwiek użyjesz do przełącznika, powinno ono być przystosowane do dość wysokiego napięcia, na przykład kilku 100 V, w przeciwnym razie musisz jakoś zmniejszyć napięcie odbicia.

Dodany:

Powiedziałem to w komentarzu, ale tak naprawdę należy to do odpowiedzi. 600 V to rozsądna wartość dla elementu przełączającego, ale nadal potrzebujesz pewnego rodzaju zacisku. Podczas normalnej pracy większość energii w rdzeniu magnetycznym wydostaje się na wtórną i powoduje iskrę na świecy zapłonowej. Jeśli jednak wtórne zostało kiedykolwiek odłączone, jedyne, co masz, to pierwotne działanie jako zwykły induktor. Cała energia wróciłaby do obwodu sterującego, co z łatwością może spowodować ponad 600 V w poprzek przełącznika.

Bez zacisku polegasz na niewiarygodnych właściwościach. Wymagany jest pewien rodzaj cęgów przy 550 V lub mniej. Jednym ze sposobów na osiągnięcie tego jest użycie tranzystora przełączającego jako zacisku. Niech coś wymusi to z powrotem, gdy napięcie osiągnie 500 V lub mniej więcej. To wciąż wystarczająco dużo wystarczająco wysokiego napięcia na pierwotnym, aby spowodować niezbędne wysokie napięcie na wtórnym, ale chroni on obwód sterujący przed indukcyjnością upływową pierwotnego lub, gdy wtórne jest całkowicie odłączone.

Twój obwód jest zasadniczo objęty awarią, jeśli świeca zapłonowa zostanie kiedykolwiek odłączona od wtórnego.

IGBT do zapłonu są specjalnie zaprojektowane do pochłaniania energii z cewki w razie potrzeby. Pełne informacje na https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf

IGBT ogólnego przeznaczenia nie są przeznaczone do tej konkretnej aplikacji

Powyższa odpowiedź na temat rozwodzenia dotyczy tego problemu. Problem polega na tym, że gdy silnik pracuje z małą prędkością, punkty są zamykane na „długi” czas.
Zazwyczaj cewka samochodowa nasyca się magnetycznie w około 4 milisekundach. Następnie staje się rezystorem mierzącym ułamek omu. Przy niskiej prędkości punkty są zamykane na znacznie dłużej niż 4 ms. Zakładając 12 V na cewkę i 0,5 oma dla rezystancji cewki, otrzymujesz E / R = I lub 12 / .5 = 24 amperów. Problem polega na tym, jak ograniczyć odczuwalne napięcie w cewce lub ograniczyć prąd w inny sposób. Prostym sposobem (powszechnym w układach zapłonowych „Kettering”) było połączenie szeregowego rezystora ograniczającego prąd z cewką. W ten sposób, gdy cewka stała się nasycona magnetycznie,
Prawdopodobnie można uzyskać „opornik balastowy” Chryslera ze sklepu z częściami samochodowymi i połączyć go szeregowo z cewką. Otrzymasz mniej RPM iskier, ale maksymalny prąd do IGBT będzie w granicach specyfikacji.
Jeśli umieścisz kondensator równolegle z rezystorem, możesz lepiej sobie poradzić. Chcesz, aby wartość kondensatora dała ci stałą czasową z rezystorem około 4 ms. W ten sposób kondensator będzie się ładował, gdy cewka zbliża się do nasycenia. Gdy silnik pracuje przy wysokich obrotach, zobaczysz blisko cewki prawie 12 V na cewce, gdy punkty się otwierają, co daje dobrą iskrę. Przy niskiej prędkości punkty zostaną zamknięte, IGBT będzie przewodzić, kondensator zostanie całkowicie naładowany, a duża część napięcia spadnie na rezystor. Oznacza to, że napięcie na cewce i prąd w cewce pierwotnej będą niskie, co spowoduje mniej iskry (prądu delta) przy otwarciu punktów / IGBT. Najprawdopodobniej to wciąż wystarczy do uruchomienia silnika. Innym sposobem zrobienia tego byłoby przekształcenie obwodu napędowego w jeden strzał poprzez pojemnościowe połączenie podstawy TIP31 lub bramki / podstawy urządzenia napędowego. W ten sposób możesz wygenerować impuls około 4 ms.
Działa to świetnie przy niskiej prędkości, ale przy dużej prędkości iskra będzie naprawdę spóźniona. Przy 3600 RPM jeden obrót wynosi około 16 ms. Jeśli spóźnisz się o 4 ms, to 1/4 rewolucji. Obwód można skonfigurować za pomocą przełącznika, dzięki czemu można rozpocząć od napędu sprzężonego pojemnościowo i przełączyć na napęd prosty w celu uzyskania pełnej prędkości. Prawdopodobnie nie byłoby trudno naładować obwód zbiornika, który spowoduje automatyczne przełączenie, gdy prędkość obrotowa silnika osiągnie wybraną prędkość obrotową. Jan

Czy użyłeś właściwego radiatora dla IGBT? W arkuszach danych należy wymienić moc wytwarzanego ciepła. Następnie możesz obliczyć wymaganą potrzebę chłodzenia IGBT na podstawie na przykład arkuszy danych Semikron producenta IGBT (użyj google). Zwykle potrzebują dość masywnego chłodzenia, szczególnie gdy prądy zbliżają się do granic.

Po zerwaniu tranzystora IGBT może on w jakiś sposób działać, ale zdecydowanie nie działa prawidłowo (nad / przez komponent może istnieć pewien rodzaj napięcia lub prądu). Jest to dość powszechne w przypadku wielu urządzeń półprzewodnikowych.

Do zatrzymania IGBT potrzebujesz -15 V (wyłącz sygnał), bez GND.

Lotem wstecznym (odbiciem) w pierwotnym można się posługiwać diodą Schottkeya o odpowiedniej wielkości na uzwojeniu. (katoda do 12V i anoda do kolektora IGBT). Napięcie zwrotne diody (lub stos diod) będzie musiało tolerować maksymalne napięcie przejściowe i będzie musiało być oszacowane dla maksymalnego prądu strony pierwotnej plus luzu.