Perché il mio transistor si è rotto?
Consideriamo questo dispositivo che ho costruito: è essenzialmente un alimentatore per un motore a 24V DC. L'alimentazione si accende e si spegne in base ad un opportuno segnale di controllo (che pilota un relè) che al momento non è importante in quanto è sempre stato acceso mentre il dispositivo era in funzione.
Concentriamoci sulla parte finale del circuito, con il motore, il fusibile da 10A e il transistor BUV20 .
Il motore dovrebbe richiedere una corrente media di 8A a 24V e BUV20 può fornire 50A. BUV20 viene raffreddato tramite una ventola (mostrata a sinistra nella foto) e un dissipatore metallico (con pasta termica). La tensione nominale del motore è 24V, ma ho inserito un potenziometro per stabilirne il valore (generalmente userò una tensione tra 17-20 V poiché non ho bisogno della sua velocità massima.)
Il dispositivo stava lavorando a questi valori di tensione, poi improvvisamente ha iniziato a ruotare a una velocità esagerata. Quindi, il fusibile da 10A lo ha fermato dopo alcuni secondi. (Forse poiché è un fusibile ritardato.)
Dopo questo evento, ho controllato il fusibile da 10A ed è rotto. Quindi ho misurato la resistenza del collettore-emettitore di BUV20 e ho visto che è 0.
Quindi, la mia opinione è che BUV20 si è rotto mentre stava funzionando e i suoi terminali di collettore ed emettitore sono in corto. Quindi, sono stati forniti 27Vpeak al motore, che ha iniziato a funzionare a velocità esagerata.
Quale potrebbe essere la causa di questo problema del transistor? Potrei cambiarlo con un altro BUV20, ma penso che il suo incidente potrebbe non essere casuale e potrebbe esserci un problema di progettazione. Quindi, quale potrebbe essere la causa del cortocircuito del collettore e dell'emettitore mentre il transistor funziona? Un picco del motore, un difetto del transistor ecc. Hai qualche consiglio?
AGGIORNARE:
Sotto i vostri ottimi consigli, ho apportato le seguenti modifiche al mio circuito (in rosso), con anche altri elementi aggiuntivi che ho inserito da solo:
Un condensatore da 100nF sulla rete di polarizzazione del BDX53C, per evitare rapide variazioni della tensione di polarizzazione quando si sposta il potenziometro.
Il fusibile originale ritardato da 10A è stato sostituito da un FUSIBILE ISTANTANEO DA 10A . Questo perché il fusibile ritardato si è bruciato solo dopo alcuni secondi, e quel tempo è stato sufficiente per rompere il transistor.
Un DIODO INVERSO è stato messo in parallelo alla giunzione base-emettitore del BUV20.
Parallelamente al motore è stato messo un DIODO ZENER DA 24V, 5W . Non si tratta di una protezione completa, ma segue questa logica: se BUV20 si rompe e collettore ed emettitore si accorciano (come accaduto l'ultima volta), il diodo zener mette sul motore solo 24V, e non potenzialmente 27V di picco della tensione del collettore. Questo zener non sopravviverà molto in questa condizione, ma dà tempo agli altri sistemi di protezione per l'attivazione (notare che 24V è la tensione massima del mio motore, quindi in questo tempo il motore sarà sicuro).
Un COMPARATORE che rileva un cortocircuito tra collettore ed emettitore di BUV20 a causa della sua rottura Ho progettato le resistenze in modo che, se la tensione dell'emettitore sarà superiore a 23V (non dovrebbe accadere nelle mie condizioni di funzionamento), l'uscita del comparatore diventerà bassa e una logica digitale (appunto, un sistema arduino) spegnerà il relè che alimenta il BDX53C.
Cosa ne pensate di queste misurazioni? Devo modificarli o inserire altre protezioni?
I miei obiettivi principali sono, in ordine decrescente di priorità:
- proteggere il motore
- proteggere il BUV20
- proteggere altri elementi
Risposte
quale può essere la causa di questo problema del transistor?
- È stato generato troppo calore e le parti interne del transistor hanno subito la fusione.
Non hai menzionato la quantità di dissipazione di calore che hai applicato al transistor, quindi questo è un forse definitivo.
- L'emf di ritorno dal motore CC ha superato la polarizzazione inversa per la giunzione base-emettitore.
Questo è valutato a -7 volt quindi sii consapevole di questo. Prova a mettere un diodo inverso tra la base e l'emettitore. Metterei anche un condensatore da 100 nF attraverso il motore perché se il potenziometro emettesse una leggera balbuzie e producesse una tensione di richiesta che cambia notevolmente all'emettitore, la back-emf generata dall'induttanza del motore sarà alta (potenzialmente centinaia di volt).
Metti anche un condensatore da 100 nF su R2 (per mantenere stabile l'uscita del potenziometro).
Controlla anche che il BDX53C non abbia sofferto - questo potrebbe essere un altro indizio - forse il BDX53 è esploso (a causa della tensione di base-emettitore inversa (è valutato solo a 5 volt) e, a sua volta, ha distrutto il transistor di uscita BUV20.
Di solito il carico si trova sul lato del collettore quando viene commutato. Ora ci sono più perdite poiché il carico viene guidato con una configurazione del follower dell'emettitore.
Un'altra cosa è che il tesoro sta collegando direttamente la base del transistor di potenza per fornire tensione senza alcuna limitazione di corrente. È possibile che l'accensione del transistor di potenza abbia superato Vbe e Ib del transistor di potenza e si sia rotto.
Inoltre, nulla impedisce che il contraccolpo induttivo distrugga il transistor di potenza quando il carico è spento.
Due ovvie potenziali cause di guasto (supponendo un adeguato dissipatore di calore sul transistor. Poiché per progettazione è presente Vbe * 3 o almeno 2 V attraverso il transistor, si sta sprecando molta potenza qui, almeno 16 W a 8 A. In effetti anche alle condizioni nominali , 25V in, motore 17V, corrente 8A, stai dissipando 64W nel transistor. Con Theta (jc) = 0.7C / W, la giunzione è 45C più calda della custodia del transistor, che è più calda del dissipatore di calore (sconosciuto) .. . ottenere l'immagine? Ed è a 8A ... ma vedi sotto)
Tensioni di rottura inverse durante i picchi induttivi. Questo potrebbe essere un guasto inverso dell'emettitore base ... solo pochi V come sottolinea Andy. Un diodo inverso su BE trasmette il problema solo al transistor del driver. Mettine uno anche all'alimentazione e nota che devono essere diodi veloci, non 1N4007.
Corrente eccessiva (combinata con Vce> 2V e la curva SOA nella scheda tecnica del transistor). Presumi che il motore prenda solo 8A, ma quando il transistor va in corto circuito, il fusibile da 10A si brucia. Quindi chiaramente la corrente del motore supera i 10A. All'avviamento, un motore da 8A può anche superare i 50A: verificare la sua corrente di stallo nel datasheet. Ci vorrà momentaneamente questo e, se eccessivamente caricato, richiederà più della sua corrente nominale durante il funzionamento.
Quindi potrebbe essere necessario momentaneamente più di 50 A (pop!) O potrebbe essere sufficiente durante il funzionamento che, combinato con il Vce piuttosto alto (dal driver o dal fatto che si tratta di un regolatore lineare), il SOA viene superato.
E non c'è una curva SOA (Safe Operating Area) in quella scheda tecnica, né specifiche di ripartizione secondaria, quindi ... come determinare la violazione SOA?
Misurare l'avvio e la corrente operativa effettiva per determinare se questi potrebbero essere il problema.
Potrebbe essere meglio quindi passare semplicemente a un controller del motore PWM, risparmiando molta energia, piuttosto che riparare questo.