이 IGBT 실패의 원인은 무엇입니까?

아래의 회로, 트랜지스터 점화 회로를 연결하고 몇 분 동안 작동 한 다음 작동을 멈췄습니다 (엔진 종료, 다시 시작되지 않음). 작동이 멈췄을 때 보드에서 과열되어 연기가 발생하지 않는 것을 느낄 수 없었습니다.

보드를 실험실로 가져 와서 전원 공급 장치에 연결하고 포인트 브레이커 스위치가 열려 있고 닫혀 있는지 다양한 노드의 전압을 테스트했습니다. 코일 대신 20ohm 부하를 사용했습니다.

I는 것을 발견 TIP31이 되도록 점 스위치가 열려있을 때 정확하게 턴온 된 합니다 (BJT /의 게이트 전압의 콜렉터 전압 IGBT 와 Q1의베이스 전압 = .63V)는 상기 TIP31 나타나있을하도록 제대로 작동합니다. IGBT는 게이트 전압이 0.02V 인 상태에서 "끄기"상태 여야하지만 대신 20 옴 부하 저항 (회로도에 표시된 코일 대신)에서 4.3V 강하를 측정하고 있습니다. 이는 IGBT가 작동 중임을 의미합니다. 20ohm 부하시 .21A.$V_c=.02V$

IGBT가 실패한 이유 만 추측 할 수 있으며 경험이있는 사람이 더 나은 아이디어를 줄 수 있기를 바랍니다. IGBT가 유도 성 부하 스위칭에 매우 적합하다는 것을 알고있었습니다. 이 응용 프로그램에 적합하지 않은 IGBT를 선택 했습니까? 눈치 채지 않고 과열되어 타 버릴 수 있었습니까? 가장 중요한 것은 전도 불량이 IGBT의 일반적인 고장 모드입니까?

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

두 가지 이유가 있다고 생각합니다. 먼저, 점화 시스템에 사용하도록 지정된 트랜지스터가 있으며 수집기의 전압이 350V를 초과하면 트랜지스터를 다시 켜는 보호 회로가 내장되어 있습니다.

일반적으로 자동차 점화 장치는 훨씬 더 300V 스파이크보다 더 생성하고 여기를 입증하는 것은에서 촬영 한 다른 사진입니다하지 않습니다 이 사이트 : -

이 사이트는 또한 IGBT의 실패를 초래할 수있는 다른 것을 설명합니다. 드웰 각도는 스파크를 발생시키기 위해 열리기 전에 접점이 닫히는 시간입니다. 위의 다이어그램에서 이것은 약 3ms입니다 ( "발화"직전 트레이스의 가장 낮은 부분에 유의하십시오.)이 기간 동안 코일의 배터리 (배터리에서)는 약 8A까지 축적됩니다.이 8A는 올바른 양으로 간주됩니다 적절한 스파크를 생성하기 위해 올바른 양의 에너지를 생성하기 위해

체류 시간을 두 배로 늘리면 (코일 저항 무시) 16A를 얻을 수 있습니다. 이는 시간 선형적인 것입니다. 물론 포인트 브레이커는 가젤 리언 암페어를 사용할 수있는 구식 브레이커 일뿐입니다. 드웰 각도에 관한 것입니다. 이것은 아마도 당신이 IGBT의 현재 등급을 초과했을 것입니다.

다음 은 555 타이머를 사용하여 자신의 자동차 점화를 만드는 흥미로운 참조 기사입니다. 드웰 각도가 설정되어있는 것 같습니다.

IGBT는 코일의 유도 반동에 의해 사망했을 가능성이 높습니다. 1 차측으로부터의 대부분의 에너지는 2 차측으로 전달되어야하지만, 항상 약간의 누설 인덕턴스가 있습니다. 이 누설 인덕턴스는 2 차에 결합되지 않은 1 차의 인덕턴스이므로 결합 된 1 차의 일부와 직렬로 연결된 일반 인덕터처럼 보입니다. 이 인덕터는 갑자기 꺼지면 반동을 일으킬 수 있습니다.

증상은이 상황에서 정확히 예상되는 것입니다. 트랜지스터는 잠시 동안 걸리지 만 결국 고전압 펄스가 손상되어 회로 작동이 중지됩니다. 트랜지스터가 현재 상당한 누설 전류를 가지고 있다는 사실이 이것의 좋은 증거입니다. 이는 짧은 과전압 스파이크로 인한 일반적인 고장 모드입니다.

이전에 말했듯이 IGBT는 최선의 선택이 아닙니다. IGBT 내부에서 NPN을 구동하기 위해 FET가 필요한 이유는 없습니다. 회로를 약간 수정하여 NPN을 직접 구동 할 수 있습니다.

스위치에 사용하는 것이 무엇이든, 몇 100V와 같이 상당히 높은 전압으로 평가되거나 킥백 전압을 어떻게 든 클램핑해야합니다.

추가 :

나는 이것을 주석으로 말했지만 실제로 대답에 여기에 속합니다. 600V는 스위칭 소자에 적합한 정격이지만 여전히 일종의 클램프가 필요합니다. 정상적인 작동에서는 자기 코어의 대부분의 에너지가 2 차로 나가고 스파크 플러그에서 스파크가 발생합니다. 그러나 2 차측의 연결이 끊어진 경우에는 1 차측이 일반 인덕터 역할을합니다. 그러면 모든 에너지가 구동 회로로 다시 들어와 스위치에 대해 600V 이상을 쉽게 유발할 수 있습니다.

클램프가 없으면 신뢰할 수없는 특성에 의존합니다. 550V 이하의 클램프가 필요합니다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 스위치 트랜지스터를 클램프로 사용하는 것입니다. 전압이 500V 정도가되면 다시 전원을 켜십시오. 이는 2 차측에 필요한 고전압을 유발할 수있을 정도로 1 차측에 충분한 높은 전압이지만 1 차측의 누설 인덕턴스로부터 또는 2 차측이 완전히 분리 된 경우 구동 회로를 보호합니다.

스파크 플러그가 2 차측에서 분리 된 경우 회로는 기본적으로 실패합니다.

점화 용 IGBT는 필요할 때 코일에서 에너지를 다시 흡수하도록 특별히 설계되었습니다. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf에 대한 전체 정보

범용 IGBT는이 특정 애플리케이션을 위해 설계되지 않았습니다

거주지에 대한 위의 답변이 문제에 도달합니다. 문제는 엔진이 저속으로 작동 할 때 포인트가 "긴"시간 동안 닫힌다는 것입니다.
일반적으로 자동차 코일은 약 4 밀리 초 내에 자기 적으로 포화됩니다. 그 후, 그것은 옴의 일부를 측정하는 저항이됩니다. 저속에서는 포인트가 4msec보다 훨씬 오래 닫힙니다. 코일에 12V를, 코일 저항에 대해 5ohm을 가정하면 E / R = I 또는 12 / .5 = 24 amp가됩니다. 따라서 문제는 코일에 걸리는 시간 전압을 제한하거나 전류를 다른 방식으로 제한하는 방법입니다. 쉬운 방법 ( "케터링"점화 시스템에서 일반적 임)은 전류 제한 저항을 코일과 직렬로 연결하는 것이 었습니다. 코일이 자기 적으로 포화되면
자동차 부품 상점에서 크라이슬러 "밸러스트 저항"을 구해서 코일과 직렬로 연결할 수 있습니다. 스파크 RPM은 줄어들지 만 IGBT의 최대 전류는 사양 내에 있습니다.
커패시터를 저항과 병렬로 배치하면 시간이 더 오래 걸릴 수 있습니다. 커패시터 값이 약 4msec의 저항으로 시간 상수를 얻길 원합니다. 이렇게하면 코일이 포화 상태에 가까워지면 커패시터가 충전됩니다. 엔진이 높은 RPM으로 작동하면 포인트가 열릴 때 코일을 가로 질러 12V에 가깝게 보이고 스파크가 양호합니다. 저속에서는 포인트가 닫히고 IGBT가 작동하며 커패시터가 완전히 충전되며 많은 전압이 저항에서 떨어집니다. 이것은 코일 양단의 전압과 코일 1 차측의 전류가 낮아서 점 / IGBT가 열릴 때 스파크 (델타 전류)가 줄어든다는 것을 의미합니다. 아마도 이것은 여전히 ​​엔진을 가동하기에 충분할 것입니다. 작업을 수행하는 다른 방법은 TIP31의베이스 또는 드라이브 장치의 게이트 /베이스를 용량 성 결합하여 드라이브 회로를 원샷으로 전환하는 것입니다. 이렇게하면 약 4msec의 온 펄스를 생성 할 수 있습니다.
저속에서는 잘 작동하지만 고속에서는 스파크가 실제로 늦습니다. 3600RPM에서 1 회전은 약 16msec입니다. 발사하는데 4msec 늦었다면 1/4 회전입니다. 스위치를 사용하여 회로를 구성 할 수 있으므로 용량 성 결합 된 드라이브부터 시작하여 최고 속도 작동을 위해 직선형 드라이브로 전환하십시오. 엔진 속도가 선택된 RPM에 도달하면 자동으로 스위치를 만드는 탱크 회로를 충전하는 것은 어렵지 않을 것입니다. 남자

IGBT에 적절한 방열판을 사용 했습니까? 데이터 시트에는 생성 된 열 전력이 언급되어야합니다. 그런 다음 IGBT 생산자 Semikron 데이터 시트 (Google 사용)와 같은 IGBT 냉각 요구량을 계산할 수 있습니다. 일반적으로 전류가 한계에 가까워 질 때 특히 상당히 냉각이 필요합니다.

IGBT를 끊은 후에는 어떻게 든 작동하지만 확실히 제대로 작동하지 않을 수 있습니다 (구성 요소를 통해 / 구성 요소를 통해 어떤 종류의 전압 또는 전류가 존재할 수 있음). 많은 반도체 장치에서 매우 일반적입니다.

IGBT 중지의 경우 -15V (신호 끄기), GND 없음이 필요합니다.

1 차측의 플라이 백 (킥백)은 와인딩에서 적절한 크기의 쇼트 키 다이오드로 처리 할 수 ​​있습니다. (음극은 12V, 양극은 IGBT 수집기). 다이오드 (또는 다이오드 스택)의 역 전압은 최대 과도 전압을 견뎌야하며 최대 1 차측 전류와 헤드 룸에 대해 정격이어야합니다.