Picos de voltaje al conducir el motor de CC con MOSFET de canal N

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Estoy tratando de conducir un motor de CC (12V, 100W) con MOSFET IRFP054N . La frecuencia PWM es de 25 kHz. Aquí está el esquema:

Séque DSEI120-12A no es el mejor diodo para esto, pero no tengo ninguno mejor ahora 3A Los diodos Schottky, que también probé, se calientan muy rápido.

Aquí hay formas de onda de alcance (A = drenaje MOSFET (azul), B = unidad de puerta (rojo)):

Ciclodetrabajomáspequeño:

Estoy recibiendo un pico de voltaje en el apagado MOSFET que dura aproximadamente 150 ns y tiene una amplitud máxima. 60 V. La amplitud permanece ya sea que aumente el ciclo de trabajo, el voltaje o la carga en el motor. El ancho del pico depende de la carga en el motor (probablemente depende de la corriente).

Lo he intentado:

  • Aumentar la resistencia de la puerta a 57Ω para un apagado MOSFET más lento.
  • Adición de diodos Schkottky (SR3100, 3A) a través del motor y MOSFET.
  • Colocación de varios condensadores a través del enlace de CC y el motor. Esto a veces ayuda cuando se opera con un ciclo de trabajo bajo y bajo voltaje, pero cuando se aumenta la potencia, el pico está nuevamente presente.

Ninguna de estas cosas ayuda a eliminar completamente la espiga. Lo interesante: el pico no destruye el MOSFET (ya que está clasificado para 55 V), pero me gustaría hacer este controlador correctamente.

Estoy buscando sugerencias sobre qué más probar y por qué este pico está limitado a 60 V.

Actualización: Creo que la tapa electrolítica de 1 mF no pudo absorber el pico de energía del motor. Ahora he agregado un capacitor de película de 2.2 uF en la línea de 12 V, tapa de cerámica de 200 nF en el motor y tapa de cerámica de 100 nF en el MOSFET.

Esto ayudó a disminuir el pico, aunque ahora tengo un timbre al apagar, probablemente necesito mejorar el amortiguador en MOSFET. Pero la amplitud de voltaje es mucho menor (30 - 40 V en carga).

    
pregunta Simon G.

3 respuestas

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Intente colocar un diodo Schottky justo en el motor, luego otro justo a través de los cables del motor donde dejan el PCB.

También ayuda a asegurarse de que su suministro esté bien evitado en altas frecuencias. Coloque una tapa de cerámica a través del suministro cerca de donde se encuentra la alimentación al motor. A su voltaje, eso podría ser de 10 µF o menos.

No coloque una tapa en el FET, manténgala pequeña en el motor y colóquela físicamente cerca del motor. No usaría más de 1 nF o menos.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Me parece que lo que necesitas es un amortiguador de voltaje a través del MOSFET. Una forma fácil de hacerlo es simplemente conectar un condensador en serie + resistencia a través del MOSFET. Supongo que un valor de aproximadamente 2.7 nF (aproximadamente 3x de capacitancia del MOSFET) y una resistencia de 100 \ $ \ Omega \ $ sería la correcta.

Esta antigua nota de aplicación describe los diversos tipos de circuitos de supresión, incluido cuándo y cómo usalos, usalos a ellos. Puede que encuentres algo de inspiración allí.

    
respondido por el Edward
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Este parece ser un caso clásico de inductancia perdida & dispositivo de coincidencia.

Inductancia perdida

Permítame volver a dibujar su circuito para ayudar a explicar el punto.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Voy a hacer una suposición razonable de que la CA proviene de la red eléctrica a través de un transformador aislado & por lo tanto, puede conectar a tierra el DC- (en la tapa). Si este no es el caso, también tiene otras inquietudes con las cuales lidiar.

Aceptando esta suposición razonable Stray1 & Stray2 puede ignorarse.

Esto deja a Stray3 , Stray4 y Stray5

Cada uno de estos contribuirá al sobrepasado inicial que está viendo. Se debe esperar un exceso de este tipo, ya que está conmutando a la fuerza una carga inductiva. y si bien es de esperar algo, DEBE administrarse para mantener el pico por debajo de la tensión nominal del dispositivo (tensión nominal en la matriz).

Ahora, parte de él será un artefacto durante la medición. Tome Stray4,5 Si engancha su sonda de alcance a la TIERRA que está en el condensador, esta inductancia parásita contribuirá a la tensión que está viendo cuando comience a conmutar la inductancia de la carga.

Usted comienza a cortar el flujo de corriente a través del FET y, por lo tanto, V = Ldi / dt producirá algo de voltaje. Inmediatamente, lo que está midiendo ya no es el verdadero voltaje del dispositivo.

Ahora puede indicar que ha recortado el GND del alcance a la pata del FET, incluso entonces habrá algunos desvíos, por lo que es posible que lo que esté viendo no sea el verdadero voltaje del dispositivo.

Sobre el tema de Stray4,5 son estas inductancias parásitas, generalmente debido a un diseño deficiente, las que son la causa principal de los excesos de tensión en el apagado. Está intentando interrumpir el flujo de corriente a través de ellos apagando el FET, pero no tienen un camino para conmutar. Como tales, intentarán mantener la corriente que fluye a través del FET.

Stray6 junto con un lento (en relación con la conmutación FET) impedirá igualmente la conmutación de la corriente de carga y, como tal, dará como resultado un aumento del potencial Drain-Source.

Stray3 aparecerá como una oscilación en el voltaje que ingresa al circuito de alimentación.

Timbre Secundario

en tus dos parcelas puedes ver algunos timbres secundarios. Hay varias causas para esto

  1. Unidad de puerta inadecuada. Si la capacidad de la unidad es bastante débil (o una gran cantidad de inductancia en los cables de la puerta), no podrá mantener el dispositivo fuera tan bien y la carga que fluirá debido a la capacitancia millar intentará encender el dispositivo - > osc
  2. Stray5 y Stray6 oscilarán como intercambios de energía entre las rutas de conmutación
  3. Si el FET es mucho más rápido & Más ágil en comparación con el diodo, entonces puede causar oscilaciones de conmutación que se ven agravadas por Stray5 y Stray6

Soluciones?

  1. ¡Comprueba tu diseño! Pistas cortas y gruesas, tal vez incluso láminas para minimizar la inductancia. ¡Mantenga la distancia entre el DIODO y el FET al mínimo!
  2. SI tu GateDrive es débil, mejora esto
  3. SI su GateDrive es fuerte, considere aumentar la resistencia de su compuerta para reducir la velocidad al apagar
  4. SI que aún falla, considere un amortiguador en el FET para mitigar el problema.
respondido por el JonRB

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