เหตุใดไดรเวอร์ MOSFET ของฉันจึงถูกเป่าใน H-Bridge นี้

ฉันได้สร้างวงจร H-Bridge แบบไม่ต่อเนื่องเพื่อใช้มอเตอร์ปัดน้ำฝนกระจกหน้ารถยนต์ขนาด 12V พอสมควร วงจรอยู่ด้านล่าง (แก้ไข: ดูที่นี่สำหรับPDF ที่ใหญ่กว่า StackExchange ดูเหมือนจะไม่ให้คุณขยายภาพ):
RM: ดูภาพขนาดใหญ่ของเราที่นี่ - สิ่งเหล่านี้จะถูกบันทึกโดยระบบ แต่แสดงในขนาดเล็กเท่านั้น เข้าถึงได้ผ่านทาง "เปิดภาพในแท็บใหม่"

แผนผัง

เมื่อนำบอร์ดขึ้นมาฉันเริ่มต้นด้วยโหมดรอบการทำงาน 100% (ไม่ใช่ PWM) และพบว่าใช้งานได้ดังนั้นฉันจึงเริ่ม PWMing หนึ่งใน MOSFET N-channel MOSFET ด้านล่าง สิ่งนี้ก็ดูเหมือนดีแม้ว่าจะทำให้เกิดความร้อนที่เห็นได้ชัดเจนใน schottky ด้านสูงที่ด้าน PWM'ed ของสะพานจากเข็มอุปนัย

จากนั้นฉันก็เริ่ม PWMing MOSFET ระดับสูงและต่ำในความพยายามที่จะกระจายแหลมที่เหนี่ยวนำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สิ่งนี้เช่นกัน (ด้วยสิ่งที่อาจเป็นจำนวนมากเวลาตาย) ดูเหมือนว่าจะทำงานได้ดีกับไดโอดด้านบนอยู่นิ่ง

อย่างไรก็ตามหลังจากใช้งานไปสักพักโดยใช้สวิตช์เพื่อเปลี่ยนรอบการทำงานจริงฉันก็ลดความเร็วลงจากประมาณ รอบการทำงาน 95% ถึง 25% สิ่งที่ฉันเคยทำมาหลายครั้งแล้ว อย่างไรก็ตามในครั้งนี้มีการจับกระแสสูงและฉับพลันและไดรเวอร์ TC4428A MOSFET ก็ปลิวไป

เหล่านี้เป็นองค์ประกอบเดียวที่พัด - มอสเฟตตัวเองนั้นดีดังนั้นฉันจึงตัดสินว่าการยิงผ่านฉากยิงในส่วนของฉัน คำอธิบายที่ดีที่สุดของฉันจนถึงตอนนี้ก็คือปริมาณการเหนี่ยวนำแบบเหนี่ยวนำที่มากเกินไปหรือ (น่าจะเป็น) พลังงานการสร้างพลังงานที่มากเกินไปจากมอเตอร์ช้าลงเพื่อให้แหล่งจ่ายไฟจัดการได้ TC4428A มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดภายในบริดจ์ (18V, สัมบูรณ์สูงสุด 22V) และฉันคิดว่าแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นเร็วเกินไป

ฉันกำลังวิ่งด้าน 12V ของบอร์ดนี้ออกจากแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นแบบเก่าที่มีเส้นนำค่อนข้างยาวระหว่างมันกับบอร์ด ฉันคิดว่ามันไม่สามารถกำจัดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นได้

ฉันไม่คิดว่า TC4428As โหลดมากเกินไปในแง่ของโหลดแบบไดนามิกของ MOSFET ฉันกำลัง PWMing ที่ความเร็วค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 2.2kHz) และ MOSFET เองก็ไม่มีประจุเกตรวมสูงเป็นพิเศษ ดูเหมือนว่าพวกเขาจะยังคงเย็นในระหว่างการดำเนินการและนอกจากนี้ A และ B ไดรเวอร์พัดแม้จะมีเพียงไดรเวอร์ B ที่ถูก PWMed

สมมติฐานของฉันดูสมเหตุสมผลหรือไม่? มีที่ไหนอีกบ้างที่ฉันควรมองหา? ถ้าเป็นเช่นนั้นการโปรยของ TVS ไดโอดแบบเนื้อบาง ๆ รอบบอร์ด (บนแหล่งจ่ายไฟและระหว่างขั้วเอาท์พุทบริดจ์) เป็นวิธีที่เหมาะสมในการจัดการกับสภาวะแรงดันเกินหรือไม่? ฉันไม่แน่ใจว่าฉันต้องการย้ายไปที่การตั้งค่าประเภทตัวต้านทานเบรกแบบสวิตช์ (เป็นเพียงเกียร์ 12V 12V ขนาด 2.5A หรือประมาณเท่านั้น)

ปรับปรุง:

ฉันได้วาง TVS 1500W ข้ามขั้วจ่ายไฟ 12V (เครื่องSMCJ16A ); นี่ดูเหมือนว่าจะจับแรงดันเกินระหว่างการเบรกต่ำกว่า 20 โวลต์ (นี่แสดงให้เห็นถึงแรงดันไฟฟ้าอุปทานรูปแบบของคลื่นที่เหมือนกันจะเห็นได้ระหว่างประตู MOSFET และ 0V):

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

มันไม่สวยและก็อาจจะสูงเกินไป (แรงดันไฟฟ้าของ SMCJ16A คือ 26V ที่กระแสสูงสุด - 57A ในขณะที่ TC4428A สัมประสิทธิ์สัมบูรณ์ของเราคือ 22V) ฉันได้สั่ง SMCJ13CA บางตัวและจะส่งหนึ่งข้ามแหล่งจ่ายและอีกหนึ่งข้ามขั้วมอเตอร์ ฉันค่อนข้างกลัวว่าถึงแม้จะมีทีวีขนาด 1.5kW ที่เป็นเนื้อมันก็จะไม่คงอยู่ คุณจะเห็นได้ว่าดูเหมือนว่ามันจะถูกจับได้ในระดับ 80ms หรือมากกว่านั้นซึ่งเป็นระยะเวลานานสำหรับ TVS ที่กล่าวว่าดูเหมือนว่าจะอยู่เย็น แน่นอนว่าด้วยภาระที่เกิดขึ้นจริงบนเพลา ... บางทีฉันอาจจะใช้โซลูชันตัวต้านทานเบรกแบบสวิตช์แบบสลับหลังจากทั้งหมด

— xwhatsit
แหล่งที่มา

คุณใช้สายไฟแยกต่างหากสำหรับ MOSFET และไดรเวอร์หรือไม่?

— Ignacio Vazquez-Abrams

@ IgnacioVazquez-Abrams: ไดรเวอร์ถูกควบคุมด้วย 5V (ที่อินพุต) แต่พวกเขาสลับ 12V เดียวกันจากแหล่งจ่ายไฟเดียวกับ MOSFET

— xwhatsit

ณ จุดนี้เราไม่มีวิธีที่จะรู้ว่าระบบการเผาผลาญพลังงานของคุณจะต้องดูดซับในขณะที่ชะลอตัวลงดังนั้นคุณต้องกำหนดลักษณะเพื่อดูว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของคุณเข้าใกล้ 22V abs สูงสุดหรือไม่ในขณะที่มอเตอร์ทำงานช้าลง ถ้าเป็นเช่นนั้นคุณต้องการวิธีดูดซับพลังงานพิเศษ TVS ขนาดใหญ่ตัวต้านทานพร้อมตัวเปรียบเทียบและสวิตช์ความจุเพิ่มเติมจำนวนมาก ฯลฯ หากนั่นไม่ใช่ปัญหาคุณสามารถเริ่มมองหาที่อื่นได้ หลังจากสร้างวงจรใหม่อีกครั้งฉันจะตรวจดูโหนดทั้งหมดรอบ ๆ ตัวขับเพื่อหาหนามแหลมบวกหรือลบที่มากเกินไปจากนั้นเริ่มการทดสอบหาพลังงานรีเจน

— จอห์นดี

@ xwhatsit ใช่ความจุพิเศษจะข้ามแหล่งจ่ายเพื่อช่วยดูดซับพลังงานรีเจน และใช่ฉันจะดูทุก ๆ พินของไดรเวอร์เพื่อดูว่ามี spikes หรือการทัศนศึกษานอกการจัดอันดับ abs สูงสุดในแผ่นข้อมูล หากผู้ขับขี่ระเบิดขึ้นและ FET ไม่ได้ทำงานผิดปกติทางไฟฟ้าเป็นผู้กระทำผิดมากที่สุด คุณเพียงแค่ต้องค้นหาว่ามันมาจากไหน

— John D

ฉันคิดว่าแหล่งจ่ายไฟสำหรับการปฏิรูป + ที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อาจเป็นปัญหา ฉันจะไม่พึ่งพา TVS สำหรับการแก้ปัญหา: TVS ทำขึ้นเพื่อดูดซับพลังงานสูงสุดไม่ใช่พลังงานที่ยั่งยืน คุณจะต้องได้รับสิ่งที่สามารถกระจายพลังการปฏิรูปที่ แบตเตอรี accu จะดีหรือโหลดถาวร (เปลืองพลังงานมาก แต่อาจดีสำหรับการทดสอบในห้องปฏิบัติการ) หรือแคลมป์แรงดันไฟฟ้าบางตัวที่สามารถกระจายได้ (เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ + TL431) ความจุอาจช่วยได้ แต่สำหรับยอดเล็ก ๆ : มันจะไม่กระจายอะไรเลย

— Wouter van Ooijen

คำตอบ:

FDD6637 MOSFET แผ่นข้อมูลที่นี่
TC4428A แผ่นข้อมูลที่นี่

โดยไม่คำนึงถึงการอยู่รอดของ MOSFETs จนถึงตอนนี้ :-) ฉันจะเพิ่มประตูไปสู่แหล่ง zeners ไปยัง FETs เพื่อจับ Millar แรงดันไฟฟ้าคู่จากโหลดอุปนัย

นี่อาจแก้ไขปัญหาที่คุณสังเกตเห็น การวิเคราะห์เชิงตรรกะแสดงให้เห็นว่ามันจะไม่ :-( - แต่ความจุของ Murphy และ Millar สามารถใช้เวทย์มนตร์ที่ทรงพลังไดร์เวอร์ TC4428 ฟังดูดีมาก (ถ้าต้องเชื่อว่าแผ่นข้อมูล) พร้อมการป้องกันความผิดปกติส่วนใหญ่พวกเขามีค่าสูงสุด 22V Vdd การจัดอันดับและความสามารถในการดูดซับกระแสย้อนกลับสูงสุดถึง 500 mA จะถูกบังคับให้ป้อนเข้ากับเอาต์พุตซึ่งคาดว่าจะสามารถป้อนกลับข้อเสนอแนะอุปนัยผ่านประตู MOSFET ได้ แต่ประตู zazer มีค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อยช่วยปกป้อง MOSFET ในสถานการณ์เช่นนี้ ไม่น่าจะทำให้สิ่งเลวร้ายลง

แหล่งจ่ายไฟบางตัวจะไม่ใช้กระแสย้อนกลับเลย
คุณได้ตรวจสอบอุปกรณ์สิ้นเปลืองเพื่อดูว่ามันทำงานอย่างไร? เมตร (ออสซิลโลสโคปที่ดีกว่า) บนตัวจ่ายกำลังขณะเบรกอาจให้เบาะแส ตัวเก็บประจุที่มีขนาดใหญ่มากอาจช่วยได้ แต่สิ่งนี้จะช่วยให้แหล่งจ่ายถ้ามันสามารถกระจายอำนาจ แต่ไม่เร็วพอ แต่ปกปิดเพียงปัญหาถ้าแหล่งจ่ายนั้นไม่สามารถดูดซับพลังงานได้

ตัวต้านทานในซีรีส์ที่มีซีเนอร์ (หรือเทียบเท่าไฟฟ้า) ในขณะที่โหลดจะช่วยในการกระจายเบรก (แต่ซีเนอร์ใช้กำลัง 12 / Nths ของกำลังไฟสำหรับ N โวลต์ที่เพิ่มขึ้น

เช่นการสลับ TLV431 ในโหลดขนาดใหญ่ทันทีที่ V + เกินกว่า 12.5V และวางลงทันทีที่คำสั่งซื้อถูกกู้คืนเสียงเหมือนโซลูชันที่เรียบง่ายและราคาไม่แพงเพื่อดูดซับพลังงานเบรก

ฉันมี "มอเตอร์ปัดน้ำฝน" 2 x 300 วัตต์ (อินเดีย, รถบรรทุก, สำหรับการใช้งาน) ซึ่งฉันตั้งใจจะใช้ในต้นแบบในอนาคตอันใกล้ ควรจะสนุก :-).

— Russell McMahon
แหล่งที่มา

ด้วยขนาดสูงสุด± 20V gate-to-source บน N-channel MOFSETs และ± 25V บน P-channel, MOSFETs เองจะต้องจัดการกับขุมพลังที่น่ากลัวของแหล่งจ่ายไฟ 12V ก่อนที่จะเป็นขนมปังปิ้งและ schottkys ควรจับคู่ท่อระบายน้ำเข้ากับแหล่งที่มาก่อนด้วยการลดลงของโวลต์หรือไม่ แม้จะมีการลดลงที่ 2V กับ schottkys และการที่เชื่อมต่อเข้ากับเกตและกลับผ่าน TC4428A ควรตีที่ประมาณ 300mA หรือมากกว่านั้น (มีความต้านทานสวิทช์ 7 โอห์มตามแผ่นข้อมูล) TVSes บนรางไฟและขั้วเอาท์พุทมอเตอร์จะแก้ปัญหาเดียวกันได้หรือไม่?

— xwhatsit

ฉันเห็นว่ามีหนามแหลมถูกตัดออกค่อนข้างโวลต์ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟจึงสามารถจัดการกับ flyback อุปนัยจาก PWMing ได้ อย่างไรก็ตามมันอาจไม่สามารถรับมือกับพลังงานการปฏิรูปจากการชะลอตัวของมอเตอร์ มันเป็นเสบียงเชิงเส้นแบบง่าย ๆ ดังนั้นฉันคิดว่าคุณน่าจะอยู่ตรงนั้น ใช่ฉันคิดว่าซีเนอร์อ้วนหรือ TVS หรือสามอาจเป็นความคิดที่ดีโดยไม่คำนึงว่ามันจะแก้ไขปัญหาได้หรือไม่ (เช่นเดียวกับประตูของคุณ เสียง 300W สนุก: D

— xwhatsit

@xwhatsit - คุณรู้ดังต่อไปนี้ แค่คิดออกมาดัง ๆ - ถ้าสมมติว่าการคืนพลังงานกลับมาเป็นปัญหาหรือไม่ว่า TVS จะใช้งานได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับคะแนนการกระจายอย่างต่อเนื่องของ TVS และมีเส้นทางการกระจายในระยะยาวอย่างต่อเนื่องหรือไม่ การตรวจสอบว่าแหล่งจ่ายไฟเป็นจริงและถูกต้องตามกฎหมาย (ไม่เหมือนกัน) ที่สามารถดูดซับพลังงานการสร้างใหม่ได้ | ปิดการคาดเดาข้อมือคือพลังการปฏิรูปที่จะดูดซับได้มากถึงประมาณ ~~~ 7 วัตต์ (ประมาณ 50% ของพลังงานที่พลังงาน 50%) เนื่องจากการกระจายของกรณีที่เลวร้ายที่สุดมักจะเกิดขึ้นในช่วงกลาง มันอาจจะมากกว่านี้ในบางกรณี

— รัสเซลแม็คมาฮอน

@xwhatsit - ตัวตัดประตู: นานมาแล้วฉันมีโหลดอุปนัยอย่างมากโดยมีกำลังต้านทาน 200 วัตต์และประมาณ 20 kHz PWM MOSFETs ที่ค่อนข้างแน่นจะแซนเตอร์ z ประตูเป็นเวลานานไม่กี่วินาที การเพิ่ม zsers zs ช่วยแก้ไขปัญหาทั้งหมดและฉันเพิ่ม "ตามที่เหมาะสม" ให้กับการออกแบบในตอนนี้เว้นแต่จะแน่ใจว่าพวกเขาไม่จำเป็นต้องใช้อย่างเต็มที่ (และอาจ :-) แล้ว) ติดกับ FET "เคล็ดลับ" อีกอย่าง (ไม่น่าจะสมัครที่นี่) คือ reverse gs schottky ติดกับ FET เพื่อหนีบออสซิลเลชั่นเก๊ รอบครึ่งเชิงลบได้รับการยึดขนาดใหญ่โดยไม่ส่งผลกระทบต่อไดรฟ์ที่ถูกกฎหมาย

— รัสเซลแม็คมาฮอน

“ ถูกต้องตามกฎหมาย” กับ“ จริง” - เป็นจุดที่ดี ในทางปฏิบัติสิ่งนี้จะถูกเรียกใช้จากแหล่งอุตสาหกรรมที่มีความสามารถมากกว่า 3 เฟส -> 12VDC ซึ่งควรมีความสามารถในการควบคุมและการกระจายที่ดีขึ้นมาก อย่างไรก็ตามฉันไม่ควรทำเช่นนี้เพื่อรับสิทธิ์ ประตู zeners เสียงเหมือนบางสิ่งบางอย่างที่คุ้มค่ารวมทั้งจากนี้ไปและอาจโยนกล่องเครื่องมือทั้งหมดที่อยู่ในสถานการณ์เช่นนี้ (ระดับเสียงต่ำต้องใช้เวลานานหลายปี)

— xwhatsit

ฉันเห็นด้วยกับข้อสรุปของคุณมันเป็นเบรกที่ปฏิรูปที่ overvolts แหล่งจ่ายไฟ

ในฐานะที่เป็นหมายเหตุด้านข้างคุณควรเพิ่มตัวเก็บประจุเพิ่มเติมในแหล่งจ่ายไฟ: โปรดจำไว้ว่ากระแสกระเพื่อม HF ถูกจัดการโดยหมวกเหล่านี้ดังนั้นพวกเขาจึงควรได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสระลอกนี้ ฉันสงสัยว่าสอง 220µF จะเป็น ...

ตอนนี้วิธีการหลีกเลี่ยงการเป่าไดรเวอร์?

หาก 12V มาจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรดการเบรก regen จะเป็นการชาร์จแบตเตอรี่ คุณควรตรวจสอบว่ามันสามารถใช้กระแสไฟฟ้าได้ แต่ถ้าเป็นการหยุดมอเตอร์ (ไม่ใช่ยานพาหนะที่กำลังตกต่ำ) พลังงานจะเล็กและมันก็โอเค

หากไม่มีแบตเตอรี่โซลูชันที่เรียบง่ายอาจเป็นตัวเปรียบเทียบที่ตรวจสอบแหล่งจ่าย เมื่อเกิน 17V ตัวเปรียบเทียบจะเปิด MOSFET ซึ่งจะดึงกระแสผ่านตัวต้านทานพลังงานสูง และเมื่อแรงดันลดลงต่ำกว่าพูดว่า 15V มันจะปิด MOSFET PWM นี้จะเป็นเจ้าของที่ความถี่ซึ่งขึ้นอยู่กับความจุของรางและฮิสเทรีซีสดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีฮิสเทอรีซิส การใช้ตัวต้านทานขนาดใหญ่จะถูกกว่าการกระจายอำนาจในซิลิคอน

อย่างไรก็ตามคุณสามารถทำได้ฟรี:

ไมโครคอนโทรลเลอร์ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า เมื่อมันสูงเกินไปมันจะตั้งค่า FETs ทั้งฝั่งต่ำให้เป็นเปิด มันหยุดชาร์จไฟและกระจายพลังงานในความต้านทานภายในของตัวเองแทน

ในกรณีนี้มอเตอร์จะเบรกช้าลงแน่นอนเนื่องจากมี 0V ข้ามมันแทนที่จะเป็น 12V ที่มีขั้วไฟฟ้าที่จะทำให้เบรกนั้นแข็ง แต่วิธีนี้ไม่เสียค่าใช้จ่ายและมันง่ายและกันกระสุนได้

— peufeu
แหล่งที่มา

1. หรือทั้งสองด้านสูงไปบน 2. การเบรกจากระยะสั้นแบบเต็มควรสูงกว่าเมื่อชาร์จกลับเข้า 12V เมื่อขับรถเข้าสู่ขั้ว 12V กลับขั้ว I = (Vgenerated - Vsupply) / R_motor และกำลัง = I ^ 2.R = (Vg-Vp) / Rm ตามที่คุณคาดหวัง เมื่อย่อทั้งหมด (สมมติว่า Vdson ~ = 0 ในทุกกรณี) P = Vgenerated ^ 2 / Rm ซึ่งสูงกว่าเสมอ | ไม่มี?

— รัสเซลแม็คมาฮอน

1. ระดับสูงทั้งสองด้านของ ON ก็ใช้ได้เช่นกันใช่ ฉันต้องการที่จะหยุดเงื่อนไขที่จะมี 0V ทั้งสองสายมอเตอร์ในกรณีที่บางคนยุ่งกับสายไฟโดยไม่ต้องปิดไฟมีโอกาสน้อยที่จะย่อสิ่งต่าง ๆ ออกมา ... 2. อืมมม ... คุณทำให้ฉันสงสัย ) ฉันไม่แน่ใจควรเป็น (Vg + Vp) แทน (Vg-Vp) หรือไม่

— peufeu

คุณเห็นด้วยหรือไม่ว่าการใช้ช็อตสั้นให้การหยุดเร็วกว่าเมื่อทิ้งลงใน 12V หรือไม่ (ดูด้านบน)

— รัสเซลแม็คมาฮอน

ฉันมีภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก: ฉันคิดว่ามอเตอร์จะสร้างแรงบิดในการเบรกมากขึ้นโดยใช้แรงดันไฟฟ้าในทิศทางตรงกันข้าม แต่แรงบิดขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าและการลัดวงจรของมอเตอร์จะทำให้เกิดกระแสมากที่สุดดังนั้นใช่ฉัน ผิดฉันเดาฉันจะเห็นด้วยกับคุณ (ฉันขี้เกียจเกินไปที่จะตรวจสอบคณิตศาสตร์ในขณะนี้ ... )

— peufeu