ทำไม MOSFET P-channel ของฉันถึงตายใน H-bridge นี้

นี่คือ H-bridge ของฉัน: ทุกครั้งที่ฉันเริ่มใช้มันในทิศทางเดียว P-channel MOSFET และ NPN BJT ซึ่งเป็นทิศทางที่ใช้จะตายในไม่กี่วินาที MOSFET ที่ถูกฆ่าและ BJT กำลังพัฒนาไฟฟ้าลัดวงจรเพื่อให้ฉันสามารถใช้ทิศทางอื่นได้ไม่มาก พวกมันตายโดยไม่เห็นความร้อนหรือควัน!
คอนโทรลเลอร์เป็น arduino uno และมีเพียง N-channel MOSFETs ที่ขับเคลื่อนด้วยสัญญาณ PWM ช่อง P-นั้นเชื่อมต่อกับพินเอาท์พุทแบบดิจิตอลที่เรียบง่าย ความถี่ PWM เป็นค่าเริ่มต้น 490Hz สำหรับพินดิจิตอล 9 และ 10(เอาต์พุต PWM แต่ละรายการเป็นรายบุคคล) ฉันได้ฆ่าไปแล้ว 4-5 P- ช่อง MOSFET + BJT มันอาจเกิดขึ้นได้ทั้งสองข้าง (ขึ้นอยู่กับทิศทางที่ฉันใช้ก่อน) มอเตอร์เป็นมอเตอร์ปัดน้ำฝนในรถยนต์ 12V DC, แหล่งจ่ายไฟคือ 12V 5A แหล่งจ่ายไฟ 12V และ 5V เชื่อมต่ออยู่

มีสองสิ่งที่อาจเป็นจริงได้ แต่ฉันไม่แน่ใจ 100% เพราะฉันไม่ได้ทดสอบอย่างละเอียด:

• ในรุ่นก่อนหน้าฉันใช้ตัวต้านทาน 1k สำหรับ R7 และ R8 และฉันไม่มีปัญหาใด ๆ ฉันจะลองอีกครั้ง แต่ตอนนี้ฉันใช้ MOSFET ต่ำ P-channel แล้ว ..
• เมื่อฉันตัด MOSFET + BJT ที่ทอดออกไปฉันสามารถใช้ทิศทางอื่นได้โดยไม่ต้องฆ่า MOSFET + BJT ที่เหลืออยู่

โปรดช่วยฉันสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่ :)

• ฉันควรใช้ตัวต้านทานระหว่าง NPN BJT และ P-channel MOSFET หรือไม่
• ฉันควรใช้ 2n7000 MOSFET แทน 2N2222 BJT หรือไม่

UPDATE: ฉันเพิ่งทดสอบ H-bridge ด้วยหลอดไฟ 12V 55W แทนมอเตอร์ปัดน้ำฝน P-FET และ NPN ถูกฆ่าระหว่างการทดสอบ ด้าน N-channel ขับเคลื่อนด้วยสัญญาณ PWM 40% หากไม่มีการโหลดจะไม่มีปัญหาใด ๆ

UPDATE2: ฉันเปลี่ยน R7 และ R8 กลับเป็น 1k จาก 150R ตอนนี้บริดจ์กำลังทำงานอีกครั้งโดยไม่มีส่วนประกอบใด ๆ ล้มเหลว (ฉันไม่ได้ทำงานมาหลายวัน แต่ด้วยตัวต้านทาน 150R ทำให้เกิดความผิดพลาดขึ้นใหม่ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้น) ฉันจะเพิ่มตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนบนสะพานระหว่าง GND และ + 12V อย่างไรก็ตามไบรอันแนะนำ ขอบคุณสำหรับคำตอบสำหรับทุกคน!

คุณจะแยกอุปทาน 12V เป็นอย่างไร?

หนึ่งในโหมดความล้มเหลวที่เป็นไปได้คือการเหนี่ยวนำแหลมจากการปิดกระแสมอเตอร์ (เช่นที่อัตรา PWM) จะถูกเทลงในแหล่งจ่ายไฟ 12V ผ่านทางไดโอด flyback ใช่ว่าควรจะเกิดขึ้น แต่ ...

หากแหล่งจ่ายไฟ 12V ไม่ได้แยกออกจากกันและมีแหล่งที่มาจาก PSU ไม่ใช่แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้หรือมีแหล่งที่มาจากสายเคเบิลยาว (อุปนัย) มันไม่ได้เป็นแหล่งจ่ายไฟ 12V จริง ๆ ซึ่งอาจสูงกว่าการจัดอันดับของ MOSFET ...

ตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟ 12V ด้วยออสซิลโลสโคปที่รวดเร็ว ถ้ามันแสดงสัญญาณของแรงดันไฟฟ้าเกินให้เพิ่มการแยกตัวของมันจนกว่าจะไม่ (นั่นควรรวมตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1uF สำหรับความต้านทาน HF ต่ำเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าและอาจเป็นไดโอดซีเนอร์ 16V หรือ 25V ในกรณีที่ ... )

ฉันไม่รู้ว่านี่เป็นปัญหาที่แท้จริงของคุณ แต่มันเป็นฐานเดียวที่คุณต้องครอบคลุม

R1 R2 นั้นใหญ่เกินไปสำหรับทุกคน แต่ mosfets ที่ไม่มีขนาดเล็กที่สุดซึ่งหมายความว่าพวกมันจะเปลี่ยนช้ากว่าที่พวกมันเปิดอยู่นั่นหมายความว่าแม้ว่าคุณจะคิดว่าคุณได้รวมเวลาตายที่สมเหตุสมผลแล้วก็ตาม กิน fets ฉันใช้ทรานซิสเตอร์พิเศษเพื่อทำการปิดอย่างรวดเร็วมันคุ้มค่า

หนึ่งในช่องทาง P บนสุดของ MOSFET นั้นทำงานอยู่ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดทิศทาง เมื่อคุณใช้ PWM กับทั้ง N Channel MOSFETs (ตามนัยในวงจรของคุณ) คุณจะได้รับการยิงผ่านครึ่งหนึ่งของสะพาน H

คุณต้องไม่ใช้ PWM กับอุปกรณ์ N channel ทั้งสอง - ใช้เฉพาะที่ด้านล่างขวาเมื่อเปิดใช้งานอุปกรณ์ช่อง P ด้านบนซ้ายหรือใช้เฉพาะที่ด้านล่างซ้ายเมื่อเปิดใช้งานอุปกรณ์ช่อง P ด้านบนขวา

แก้ไข - นอกจากนี้ช่อง P ของคุณ MOSFETs จะกลับหัวกลับหาง

สิ่งหนึ่งที่โดดเด่นสำหรับฉันคือการขาดไดโอด flyback ข้าม FET ของคุณ เนื่องจากมอเตอร์ของคุณเป็นโหลดแบบอุปนัยก็สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงได้อย่างง่ายดายทั่ว FET ของคุณเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า (V = L dI / dT ในตัวเหนี่ยวนำ) แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้สามารถให้คะแนนการแยกย่อยของทางแยกที่ระบายแหล่งใน FET ของคุณได้อย่างง่ายดาย

ในการแก้ปัญหานี้ไดโอดมักจะวางขนานกับทางแยกเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้ในเช็คเช่น:

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

"แคลมป์" นี้แรงดันไฟฟ้าข้าม FET

@Autistic นั้นถูกต้องเกี่ยวกับ R1 และ R2 - ข้อตกลงนี้จะนำไปสู่การสลับเวลาช้ามากใน P fets คุณอาจพิจารณาใช้ปั๊มชาร์จไดรฟ์เวอร์ P Fet โดยเฉพาะแทน BJT + Pullup

ตรวจสอบสติบางอย่าง

คุณสามารถตรวจสอบสัญญาณการขับขี่ได้หรือไม่? มันสำคัญมากที่ FET จะเปิดหรือปิด

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

ลองดังต่อไปนี้:

• หยุด PWM ใด ๆ
• ตัดการเชื่อมต่อโหลดใด ๆ
• ขับรถจากรหัสของคุณเป็น: p1 เมื่อ n1 ปิดรอ 500ms, p1 ปิด n1 ปิด 100ms (เวลาตาย), p1 ปิด n1 ใน 500ms, p1 ปิด n1 ปิด 100 ms (เวลาตาย) และทำซ้ำ สิ่งนี้สร้างสัญญาณทดสอบซึ่งง่ายต่อการตรวจแก้จุดบกพร่อง
• ตอนนี้เอาต์พุต p1 n1 ของ h-bridge จะเปลี่ยนจาก GND เป็น 12V อย่างดี ใช้ขอบเขตเพื่อทดสอบหรือคุณสามารถใช้หลอดไฟขนาดเล็กได้เช่นกัน เชื่อมต่อหลอดไฟระหว่าง GND และเอาต์พุต p1 n1 - มันจะกะพริบดังนั้น p1 นั้นดี เชื่อมต่อกับเอาต์พุต 12V และ p1 n1 - มันจะกะพริบดังนั้น n1 จึงดี
• หากคุณมีขอบเขตให้ตรวจสอบว่า p1 และ n1 ไม่ได้ทำการข้าม การตรวจสอบสัญญาณนี้คุณจะไม่เห็นค่าอื่นใดนอกจาก Clean GND, Clean 12V และ GND แบบลอยตัวในเวลา 100ms
• หากคุณไม่มีขอบเขตคุณสามารถกำหนดเวลาตายได้ค่อนข้างมากเช่น 500ms - ไม่สามารถทำร้ายได้ :) แต่สามารถบันทึก P fet ของคุณได้
• ตอนนี้เชื่อมต่อมอเตอร์ของคุณแทนหลอดไฟมันจะทำงานและช้า / หยุดเหมือนหลอดไฟ สิ่งนี้ยืนยันได้ว่า fets นั้นโอเค

ปัญหา

• ระมัดระวังเกี่ยวกับการจัดการ PWM ด้านบน คุณสามารถทอด fets ของคุณได้อย่างง่ายดายมาก คุณสามารถเปิดด้าน P ในขณะที่คุณเปลี่ยนด้าน N ดังนั้นคุณจึงสร้างกางเกงขาสั้น (เล็กกว่าหรือใหญ่กว่า - มันสามารถอยู่รอดได้ด้วย 20% PWM ขึ้นอยู่กับคุณภาพของแหล่งพลังงานของคุณ)

โดยปกติแล้วไมโครคอนโทรลเลอร์มีไดร์เวอร์ PWM 4 เอาต์พุตเฉพาะพร้อมการควบคุมเดดแบนด์ สัญญาณ PWM 4 ตัวสามารถขับ 4 fets และสัญญาณเหล่านี้ได้รับการซิงโครไนซ์และกลับหัวรวมทั้งพิจารณาเวลาตาย ดู PWM ของไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC เพิ่มเติม http://www.ermicro.com/blog/wp-content/uploads/2009/01/picpwm_03.jpg

เนื่องจาก Arduino ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าวคุณอาจต้องการใช้ตรรกะพื้นฐานเพื่อสร้างสัญญาณ PWM ที่เหมาะสม เป้าหมายคือเพื่อให้แน่ใจว่า n1 และ p1 จะได้รับการขับเคลื่อนเสริมเสมอเช่นเดียวกับ n2 และ p2 คุณสามารถรับมันได้โดยใช้ BJT เพิ่มเติม: http://letsmakerobots.com/files/YG_H-Bridge1.jpgจากนั้นคุณมีสองพินที่คุณสามารถขับ PWM ได้

คุณอาจใช้ประตูตรรกะบางอย่างเช่นนี้: https://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2012/03/26/so-which-pwm-technique-is-best-part-2และจากนั้นคุณจะมีตัวเดินหน้า / ถอยหลังที่สะอาดพร้อมกับหมุด PWM หนึ่งอันที่ขับเคลื่อนความเร็ว

บทความนี้อาจคุ้มค่าในการตรวจสอบ: http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridge_drivers/

คุณแน่ใจหรือไม่ว่าคุณกำลังสลับที่ P-FET ซ้ายบนเมื่อคุณใช้ PWM ที่ด้านล่างขวา N-FET

คุณควรตรวจสอบการวางแนว P-FET อีกครั้ง ดูเหมือนว่า P-FET จะย้อนกลับและคุณจะได้รับพลังงานที่มากเกินไปเมื่อไดโอดตัว P-FET ทำงาน วัดแรงดันไฟฟ้าข้าม P-FET ภายใต้เงื่อนไขความผิดพลาดของคุณ หากคุณเห็นรอบ 0.6 V ทั่ว FET เมื่อเปิด 2N2222 แสดงว่า P-FET กลับด้าน ตรวจสอบแรงดันเกตประตู P-FET ในระหว่างที่เกิดความผิดปกติเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังมองเห็นน้อยกว่า 0.2 V

คุณยังเห็นกระแสไฟฟ้าผิดปกติหรือไม่ถ้าคุณถอดมอเตอร์ออกจากวงจร