이 H- 브리지에서 P 채널 MOSFET이 계속 죽는 이유는 무엇입니까?

이것이 H 브리지입니다. 한 방향으로 사용하기 시작할 때마다 사용 된 방향 다이에 속하는 P- 채널 MOSFET 및 NPN BJT가 몇 초 안에 사용됩니다. 죽인 MOSFET과 BJT는 단락을 개발하여 더 이상 다른 방향을 사용할 수 없습니다. 그들은 눈에 띄는 열이나 연기없이 죽습니다!
컨트롤러는 arduino uno이며 N 채널 MOSFET 만 PWM 신호로 구동되며 P 채널은 간단한 디지털 출력 핀에 연결됩니다. PWM 주파수는 디지털 핀 9 및 10 의 기본 490Hz입니다.(각 PWM 출력은 개별적입니다). 나는 이미 4-5 P 채널 MOSFET + BJT 쌍을 죽였으며, 양쪽에서 발생할 수 있습니다. (사용하는 방향에 따라 다릅니다.) 모터는 12V 자동차 앞 유리 와이퍼 DC 모터이며 전원 공급 장치는 12V 5A입니다. 12V 및 5V 전원 공급 장치 접지가 연결되었습니다.

두 가지 사실이있을 수 있지만 철저하게 테스트하지 않았으므로 100 % 확실하지 않습니다.

• 이전 버전에서는 R7 및 R8에 1k 저항을 사용하고 있었으며 아무런 문제가 없었습니다. 다시 시도 하겠지만 지금은 P 채널 MOSFET이 부족합니다.
• 튀긴 MOSFET + BJT 쌍을 잘라 내면 나머지 MOSFET + BJT 쌍을 죽이지 않고 다른 방향을 사용할 수 있습니다.

도와주세요, 여기에서 무슨 일이 일어나고 있는지 :)

• NPN BJT와 P 채널 MOSFET 사이에 저항을 사용해야합니까?
• 2N2222 BJT 대신 2n7000 MOSFET을 사용해야합니까?

업데이트 : 방금 와이퍼 모터 대신 12V 55W 전구로 H 브리지를 테스트했습니다. 테스트 중에 P-FET 및 NPN이 종료되었습니다. N- 채널 측은 40 % PWM 신호로 구동되었습니다. 하중이 없으면 아무런 문제가 없었습니다.

업데이트 2 : R7과 R8을 150R에서 1k로 다시 변경했습니다. 이제 구성 요소의 장애없이 브리지가 다시 작동합니다. (며칠 동안 실행하지는 않았지만 150R 저항을 사용하면 오류를 재현하는 데 몇 초 밖에 걸리지 않았습니다.) Brian이 제안한대로 GND와 + 12V 사이의 브리지에 디커플링 커패시터를 추가 할 것입니다. 모두에게 답변을 주셔서 감사합니다!

12V 전원을 어떻게 분리합니까?

하나의 가능한 고장 모드는 모터 전류를 끄는 것 (즉, PWM 속도에서)으로 인한 유도 스파이크가 플라이 백 다이오드를 통해 12V 전원으로 덤프된다는 것입니다. 그렇습니다,하지만 ...

12V 전원이 분리되지 않고 충전식 배터리가 아닌 PSU에서 공급되거나 긴 (유도 성) 케이블을 통해 공급되는 경우 실제로 12V 공급이 아니라 유도 성 스파이크 전압까지 순간적으로 구동됩니다. MOSFET 등급보다 훨씬 높을 수 있습니다 ...

빠른 오실로스코프로 12V 전원을 모니터링하십시오. 과전압 스파이크 징후가 보이면 감 결합을 증가시키지 않을 때까지 늘리십시오. (저것은 전해 저장소 커패시터뿐만 아니라 낮은 HF 임피던스를위한 0.1uF 세라믹 커패시터를 포함해야한다. 아마도 16V 또는 25V 제너 다이오드도 가능하다.)

나는 이것이 당신의 실제 문제라는 것을 모르지만, 반드시 다루어야 할 하나의 기초입니다.

R1 R2는 존재하지 않는 가장 작은 mosfets를 제외하고는 너무 크지 않기 때문에 켜는 것보다 훨씬 느리게 회전하고 있음을 의미합니다. 나는 여분의 트랜지스터를 사용하여 빠른 전원을 끄고 그만한 가치가 있습니다.

상위 P 채널 MOSFET 중 하나가 활성화되어 방향을 결정합니다. 회로에 내포 된 것처럼 두 N 채널 MOSFET에 PWM을 적용하면 H 브리지의 절반에서 슛 스루를 얻을 수 있습니다.

당신은해야합니다 두 N 채널 장치 모두에 PWM을 적용 해서는 왼쪽 상단 P 채널 장치가 활성화 된 경우 오른쪽 하단에만 적용하거나 오른쪽 상단 P 채널 장치가 활성화 된 경우 왼쪽 하단에만 적용하십시오.

편집-또한 P 채널 MOSFET이 거꾸로 있습니다.

나에게 눈에 띄는 것은 FET에 플라이 백 다이오드가 없다는 것입니다. 모터는 유도 성 부하이므로 전류가 변경 될 때 FET 전체에 고전압을 매우 쉽게 생성 할 수 있습니다 (인덕터에서 V = L dI / dT). 이 전압은 FET에서 소스-드레인 접점의 항복 등급을 쉽게 초과 할 수 있습니다.

이를 해결하기 위해 다이오드는 일반적으로 접점과 병렬로 배치되어 전압을 다음과 같이 확인합니다.

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

이것은 FET 양단의 전압을 "클램프"합니다.

R1과 R2에 대해 @Autistic이 옳습니다.이 배열은 P 피트에서 스위칭 시간이 매우 느려질 것입니다. BJT + Pullup 대신 전용 P Fet 드라이버 차지 펌프 사용을 고려할 수 있습니다.

일부 위생 검사

운전 신호를 확인할 수 있습니까? 어떤 FET를 켜거나 끄는 것이 매우 중요합니다.

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

다음을 시도하십시오 :

• 모든 PWM 중지
• 부하를 차단
• 코드에서 p1 n1 꺼짐, 500ms 대기, p1 off n1 꺼짐 100ms (데드 타임), p1 off n1 꺼짐 500ms, p1 off n1 꺼짐 100 ms (데드 타임) 이것은 디버그하기 쉬운 테스트 신호를 생성합니다.
• 이제 h- 브릿지의 p1 n1 출력은 GND에서 12V로 훌륭하게 전환됩니다. 스코프를 사용하여 테스트하거나 작은 전구도 사용할 수 있습니다 . 전구를 GND와 p1 n1 출력 사이에 연결하십시오-p1이 양호하도록 깜박 여야합니다. 12V 및 p1 n1 출력에 연결하십시오-깜박이면 n1이 양호합니다.
• 범위가있는 경우 p1 및 n1이 상호 전도성이 아닌지 확인하십시오. 이 신호를 확인하면 100ms 데드 타임에서 깨끗한 GND, 깨끗한 12V 및 일부 부동 GND 이외의 다른 값을 볼 수 없습니다.
• 스코프가 없으면 500ms와 같이 상당히 큰 데드 타임을 설정할 수 있습니다.
• 이제 전구 대신 모터를 연결하면 전구처럼 작동하고 느려집니다. 이것은 fets가 정상인지 검증합니다.

문제

• 위의 PWM 배열에 매우주의하십시오. 당신은 당신의 fets를 매우 쉽게 튀길 수 있습니다. N 쪽을 전환하는 동안 P 쪽을 켤 수 있으므로 단락을 줄입니다 (작거나 커짐-전원의 품질에 따라 20 % PWM으로 유지 될 수 있음).

일반적으로 마이크로 컨트롤러에는 데드 밴드 제어 기능이있는 전용 4 출력 PWM 드라이버가 있습니다. 4 개의 PWM 신호는 4 개의 피트를 구동 할 수 있으며,이 신호는 동기화되고 반전되며 데드 타임이 고려됩니다. 자세한 내용은 PIC 마이크로 컨트롤러의 PWM을 참조하십시오. http://www.ermicro.com/blog/wp-content/uploads/2009/01/picpwm_03.jpg

Arduino는 이러한 목적으로 제작되지 않았으므로 올바른 PWM 신호를 생성하기 위해 몇 가지 기본 로직을 사용하고자 할 수 있습니다. 목표는 n1과 p1뿐만 아니라 n2와 p2도 항상 상보 적으로 구동되도록하는 것입니다. 더 많은 BJT를 사용하여 얻을 수 있습니다 : http://letsmakerobots.com/files/YG_H-Bridge1.jpg 다음 당신은 당신이 드라이브를 PWM 할 수있는 두 개의 핀이 있습니다.

당신은 오히려 다음과 같이 몇 가지 논리 게이트를 사용할 수 있습니다 : https://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2012/03/26/so-which-pwm-technique-is-best-part-2 그리고 정방향 / 역방향의 깨끗함과 속도를 구동하는 하나의 PWM 핀이 있습니다.

이 기사는 확인할 가치가 있습니다 : http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridge_drivers/

오른쪽 아래 N-FET에 PWM을 적용 할 때 왼쪽 상단 P-FET를 켰습니까?

P-FET 방향을 다시 확인해야합니다. P-FET가 거꾸로되어 P-FET 바디 다이오드가 작동 할 때 과도한 전력 손실이 발생하는 것 같습니다. 고장 상태에서 P-FET의 전압을 측정하십시오. 2N2222가 켜졌을 때 FET에 약 0.6V가 표시되면 P-FET가 반전 된 것입니다. 또한 오류 상태에서 P-FET 게이트 전압을 점검하여 0.2V 미만으로 표시되는지 확인하십시오.

회로에서 모터를 제거해도 여전히 고장 전류가 보입니까?