สาเหตุใดที่ทำให้ IGBT ล้มเหลว

ฉันเชื่อมต่อวงจรด้านล่างวงจรจุดระเบิดแบบทรานซิสเตอร์และทำงานได้สองสามนาทีจากนั้นก็หยุดทำงาน (เครื่องยนต์ดับไม่รีสตาร์ท) เมื่อหยุดทำงานฉันไม่สามารถรู้สึกอะไรเลยที่ทำให้ตื่นเต้นมากเกินไปอย่างชัดเจนบนกระดานและไม่ได้สังเกตควันใด ๆ

ฉันนำบอร์ดไปที่ห้องแล็บแล้วต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟและทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่โหนดต่าง ๆ สำหรับสวิตช์ตัวแบ่งจุดเปิดและปิด ฉันใช้โหลด 20 โอห์มแทนที่คอยล์

ฉันพบว่าTIP31เปิดอย่างถูกต้องเมื่อสวิตช์จุดเปิดเช่นนั้น$V_c=.02V$(แรงดันไฟฟ้าสะสมของ BJT / แรงดันเกตของIGBT ) และแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานของ Q1 = 0.63V ดังนั้น TIP31 จึงทำงานได้อย่างถูกต้อง IGBT ควรเป็น "ปิด" ด้วยแรงดันเกตที่ 0.02V แต่ฉันวัดการตก 4.3V สำหรับตัวต้านทานโหลด 20 โอห์ม (ซึ่งอยู่ในตำแหน่งของคอยล์ที่แสดงในแผนผัง) ซึ่งหมายความว่า IGBT กำลังทำงาน .21A ได้รับโหลด 20ohm

ฉันสามารถคาดเดาได้ว่าเหตุใด IGBT จึงล้มเหลวและฉันหวังว่าคนที่มีประสบการณ์จะทำให้ฉันมีความคิดที่ดีขึ้น ฉันต้องเข้าใจว่า IGBT นั้นเหมาะสำหรับการสลับโหลดแบบเหนี่ยวนำ ฉันเลือก IGBT ที่ไม่เหมาะสมกับแอปพลิเคชันนี้หรือไม่? มันจะทำให้ตื่นเต้นมากเกินไปและถูกไฟไหม้โดยที่ฉันไม่ทันสังเกตเห็นไหม? สิ่งสำคัญที่สุดคือการนำที่ไม่ดีเป็นโหมดความล้มเหลวทั่วไปของ IGBT หรือไม่

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันคิดว่าอาจมีสองเหตุผล อันดับแรกนี่คือทรานซิสเตอร์ที่ถูกระบุไว้สำหรับใช้ในระบบจุดระเบิดและโปรดทราบว่ามีวงจรป้องกันในตัวที่จะเปิดทรานซิสเตอร์อีกครั้ง

โดยปกติแล้วการจุดระเบิดของรถยนต์จะไม่ก่อให้เกิดแรงกระตุ้นมากกว่า 300V และเพื่อแสดงให้เห็นว่านี่เป็นอีกภาพหนึ่งที่ถ่ายจากเว็บไซต์นี้ : -

ไซต์นั้นยังอธิบายอย่างอื่นซึ่งอาจทำให้ IGBT ล้มเหลว มุมที่อยู่อาศัยคือช่วงเวลาที่ผู้ติดต่อถูกปิดก่อนที่จะเปิดเพื่อ "สร้าง" ประกายไฟ ในแผนภาพด้านบนนี่คือประมาณ 3ms (หมายเหตุส่วนที่ต่ำที่สุดของร่องรอยก่อน "firing" ในช่วงเวลานี้กระแสในขดลวด (จากแบตเตอรี่) สร้างขึ้นประมาณ 8A - 8A นี้ถือว่าเป็นปริมาณที่เหมาะสม ของกระแสเพื่อสร้างปริมาณพลังงานที่ถูกต้องเพื่อสร้างประกายที่เหมาะสม

หากคุณเพิ่มเวลาอยู่อาศัยเป็นสองเท่า (เพิกเฉยต่อความต้านทานของขดลวด) คุณจะได้ 16A - มันเป็นสิ่งที่เป็นเส้นตรงเวลาและแน่นอนว่าเบรกเกอร์จุดของคุณเป็นเพียงเบรกเกอร์ที่ล้าสมัย เกี่ยวกับมุมของการพักอาศัยและนี่หมายความว่าคุณอาจได้รับคะแนนเกิน IGBT ในปัจจุบันและมันทอดโดยที่คุณไม่รู้ตัว

นี่คือบทความอ้างอิงที่น่าสนใจในการสร้างจุดระเบิดรถยนต์ของคุณเองโดยใช้ตัวจับเวลา 555 - ฉันสงสัยว่าจะตั้งค่ามุมการมอง

เป็นไปได้มากว่า IGBT นั้นจะถูกฆ่าโดยการเหนี่ยวนำกลับจากขดลวด ส่วนใหญ่ของพลังงานจากหลักควรจะได้รับการถ่ายโอนไปยังรอง แต่มีอยู่เสมอบางเหนี่ยวนำการรั่วไหล การเหนี่ยวนำการรั่วไหลนี้คือการเหนี่ยวนำของหลักที่ไม่ได้คู่กับรองดังนั้นดูเหมือนว่าตัวเหนี่ยวนำธรรมดาในซีรีส์ที่มีส่วนหนึ่งของหลักที่เป็นคู่ ตัวเหนี่ยวนำนี้สามารถทำให้เกิดการ kickback หากปิดทันที

อาการที่คุณเห็นคือสิ่งที่คุณคาดหวังในสถานการณ์นี้ ทรานซิสเตอร์ใช้เวลาสักครู่ แต่ในที่สุดพัลส์ไฟฟ้าแรงสูงก็สร้างความเสียหายแก่มันดังนั้นวงจรหยุดทำงาน ความจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์ในปัจจุบันมีการรั่วไหลอย่างมีนัยสำคัญเป็นหลักฐานที่ดีในเรื่องนี้ นั่นคือโหมดความล้มเหลวทั่วไปที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเกินที่สั้น

อย่างที่ฉันพูดไว้ก่อนหน้านี้ IGBT ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดที่นี่ ไม่มีเหตุผลใดที่คุณต้องการ FET ในการขับเคลื่อน NPN ภายใน IGBT ให้คุณ คุณสามารถปรับเปลี่ยนวงจรได้เล็กน้อยเพื่อขับ NPN โดยตรง

ไม่ว่าคุณจะใช้สวิตช์แบบใดมันควรจะได้รับแรงดันไฟฟ้าสูงพอสมควรเช่นแรงดันไฟฟ้าไม่กี่ 100 V หรือคุณจำเป็นต้องยึดแรงดันกลับ

ที่เพิ่ม:

ฉันพูดสิ่งนี้ในความคิดเห็น แต่มันเป็นของจริงในคำตอบ 600 V เป็นระดับที่เหมาะสมสำหรับส่วนประกอบสวิตชิ่ง แต่คุณยังต้องใช้แคลมป์บางประเภท ในการทำงานปกติพลังงานส่วนใหญ่ในแกนแม่เหล็กจะออกไปเป็นพลังงานรองและทำให้เกิดประกายไฟที่ประกายไฟ อย่างไรก็ตามหากรองถูกตัดการเชื่อมต่อทั้งหมดที่คุณมีคือการทำหน้าที่หลักเป็นตัวเหนี่ยวนำธรรมดา พลังงานทั้งหมดจะกลับเข้ามาในวงจรการขับขี่ซึ่งสามารถทำให้เกิดแรงดันเกิน 600 โวลต์ต่อสวิตช์ได้อย่างง่ายดาย

หากไม่มีแคลมป์คุณจะต้องพึ่งพาคุณสมบัติที่ไม่น่าเชื่อถือ จำเป็นต้องใช้ตัวหนีบบางประเภทที่ 550 V หรือน้อยกว่า วิธีหนึ่งที่จะทำให้ได้สิ่งนี้คือการใช้ทรานซิสเตอร์สวิตช์เป็นตัวหนีบ มีบางสิ่งบางอย่างบังคับให้มันกลับมาเมื่อแรงดันไฟฟ้าได้ถึง 500 V หรือมากกว่านั้น นั่นยังคงมีแรงดันไฟฟ้าสูงพอที่จะทำให้เกิดแรงดันสูงที่จำเป็นบนตัวทุติยภูมิ แต่มันจะป้องกันวงจรการขับขี่จากการเหนี่ยวนำการรั่วไหลของตัวหลักหรือเมื่อตัวที่สองถูกตัดการเชื่อมต่อทั้งหมด

วงจรของคุณรับประกันโดยทั่วไปแล้วว่าจะล้มเหลวหาก sparkplug ไม่ได้เชื่อมต่อจากชุดที่สอง

IGBT สำหรับการจุดระเบิดได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อดูดซับพลังงานกลับมาจากขดลวดเมื่อจำเป็น ข้อมูลแบบเต็มบน https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf

วัตถุประสงค์ทั่วไป IGBT ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับแอพพลิเคชั่น specifc นี้

คำตอบข้างต้นเกี่ยวกับการอาศัยได้รับการแก้ไขปัญหา ปัญหาคือเมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่ความเร็วต่ำคะแนนจะถูกปิดเป็นเวลา "นาน"
โดยทั่วไปแล้วยานยนต์คอยล์จะอิ่มตัวด้วยสนามแม่เหล็กในประมาณ 4 มิลลิวินาที หลังจากนั้นจะกลายเป็นตัวต้านทานวัดเศษเสี้ยวของโอห์ม ที่ความเร็วต่ำคะแนนจะถูกปิดนานกว่า 4 มิลลิวินาที สมมติว่า 12V กับขดลวดและ. 5 โอห์มสำหรับความต้านทานของคอยล์คุณจะได้ E / R = I หรือ 12 / .5 = 24 แอมป์ ดังนั้นปัญหาคือทำอย่างไรจึงจะสามารถ จำกัด แรงดันเวลาที่เกิดขึ้นกับขดลวดหรือ จำกัด กระแสไฟฟ้าด้วยวิธีอื่น วิธีง่าย ๆ (ซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาในระบบจุดระเบิด "Kettering") คือการวางตัวต้านทาน จำกัด กระแสกับอนุกรมกับขดลวด ด้วยวิธีนี้เมื่อขดลวดอิ่มตัวด้วยแม่เหล็ก
คุณอาจได้รับ "ตัวต้านทานบัลลาสต์" ของไครสเลอร์จากร้านขายชิ้นส่วนรถยนต์และนำไปต่อกับขดลวด คุณจะได้รับ spark RPM น้อยกว่า แต่กระแสสูงสุดของ IGBT จะอยู่ในข้อมูลจำเพาะ
หากคุณใส่ตัวเก็บประจุควบคู่กับตัวต้านทานคุณสามารถทำได้ดีขึ้นในบางเวลา คุณต้องการค่าตัวเก็บประจุเพื่อให้คุณได้ค่าคงที่เวลาด้วยตัวต้านทานที่ประมาณ 4 มิลลิวินาที ด้วยวิธีนี้ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จขณะที่ขดลวดใกล้จะอิ่มตัว เมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่ RPM สูงคุณจะเห็น 12V ใกล้กับขดลวดเมื่อจุดเปิดออกทำให้คุณมีประกายที่ดี ที่ความเร็วต่ำคะแนนจะปิด IGBT จะดำเนินการตัวเก็บประจุจะประจุเต็มและแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่จะลดลงทั่วตัวต้านทาน ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามขดลวดและกระแสในขดลวดปฐมภูมิจะต่ำทำให้เกิดประกายไฟน้อยลง (กระแสเดลต้า) ในขณะที่จุด / IGBT เปิด เป็นไปได้มากว่านี่จะเพียงพอที่จะให้เครื่องยนต์ทำงานได้ อีกวิธีหนึ่งในการทำสิ่งต่าง ๆ ก็คือการเปลี่ยนวงจรขับเคลื่อนให้เป็นหนึ่งช็อตโดยการต่อพ่วงอย่างแน่นหนาทั้งฐาน TIP31 หรือประตู / ฐานของอุปกรณ์ขับเคลื่อน ด้วยวิธีนี้คุณสามารถสร้างการเต้นของชีพจรได้ประมาณ 4 มิลลิวินาที
ใช้งานได้ดีที่ความเร็วต่ำ แต่ด้วยความเร็วสูงประกายไฟจะช้า ที่ 3600 RPM การปฏิวัติหนึ่งรอบจะอยู่ที่ 16 มิลลิวินาที หากคุณมาช้ากว่ากำหนด 4 มิลลิวินาทีนั่นเป็นหนึ่งในสี่ของการปฏิวัติ คุณสามารถกำหนดค่าวงจรด้วยสวิตช์ดังนั้นคุณจึงเริ่มต้นด้วยไดรฟ์แบบคู่และเก็บสลับเป็นไดรฟ์แบบตรงเพื่อการทำงานเต็มความเร็ว อาจไม่เป็นการยากที่จะชาร์จวงจรรถถังที่จะทำการสลับโดยอัตโนมัติเมื่อความเร็วรอบเครื่องถึง RPM ที่เลือกไว้ จอห์น

คุณใช้ฮีทซิงค์ที่เหมาะสมกับ IGBT หรือไม่ ในเอกสารข้อมูลควรจะกล่าวถึงวัตต์ของความร้อนที่ผลิต จากนั้นคุณสามารถคำนวณความต้องการที่จำเป็นสำหรับการระบายความร้อนของ IGBT จากตัวอย่างของ IGBT ผู้ผลิต Semikron เอกสารข้อมูลทางเทคนิค (ใช้ google) พวกเขามักจะต้องการการระบายความร้อนขนาดใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกระแสเข้าใกล้ขีด จำกัด

หลังจากแบ่ง IGBT แล้วอาจทำงานได้ แต่ไม่ถูกต้อง (แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าบางชนิดอาจมีอยู่มากกว่า / ผ่านส่วนประกอบ) ค่อนข้างเป็นเรื่องปกติสำหรับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำนวนมาก

สำหรับ Stop IGBT คุณต้องมี -15V (ปิดสัญญาณ), ไม่มี GND

fly-back (kickback) ในปฐมภูมิสามารถจัดการได้ด้วยไดโอด schottkey ขนาดที่เหมาะสมในการไขลาน (แคโทดถึง 12V และขั้วบวกกับตัวเก็บ IGBT) แรงดันย้อนกลับของไดโอด (หรือสแต็คของไดโอด) จะต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวสูงสุดและจะต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสหลักด้านสูงสุดบวกห้องหัว