Я пытаюсь управлять двигателем постоянного тока (12 В, 100 Вт) с помощью MOSFET IRFP054N . Частота ШИМ 25 кГц. Вот схема:

Я знаю, что DSEI120-12A не лучший диод для этого, но сейчас у меня нет ничего лучше. 3А диоды Шоттки, которые я тоже пробовал, очень быстро нагреваются.

Вот осциллограммы (A = сток MOSFET (синий), B = привод затвора (красный)):

Меньший рабочий цикл:

Я получаю скачок напряжения при выключении MOSFET, который длится около 150 нс и имеет амплитуду макс. 60 В. Амплитуда остается, увеличиваю ли я рабочий цикл, напряжение или нагрузку на двигатель. Ширина шипа зависит от нагрузки на двигатель (вероятно, зависит от тока).

Я пытался:

• Увеличьте резистор затвора до 57 Ом для более медленного выключения MOSFET.
• Добавление диодов Шкоттки (SR3100, 3A) через двигатель и MOSFET.
• Установка различных конденсаторов через цепь постоянного тока и двигатель. Это иногда помогает при работе с низким рабочим циклом и низким напряжением, но при увеличении мощности всплеск снова появляется.

Ничто из этого не помогает полностью устранить всплеск. Интересная вещь: шип не разрушает МОП-транзистор (так как он рассчитан на 55 В), но я бы хотел сделать этот драйвер правильно.

Я ищу предложения, что еще попробовать, и почему этот всплеск ограничен до 60 В.

Обновление: я думаю, что электролитическая крышка на 1 мФ не могла поглотить скачок энергии от двигателя. Теперь я добавил пленочный конденсатор емкостью 2,2 мкФ на линию 12 В, керамическую крышку 200 нФ на двигателе и керамическую крышку 100 нФ на полевом МОП-транзисторе.

Это помогло снизить шип, хотя теперь я получаю звуки при выключении - вероятно, нужно улучшить демпфер на MOSFET. Но амплитуда напряжения намного ниже (30 - 40 В при нагрузке).

$\Omega$

Это древнее замечание по применению описывает различные виды цепей демпфирования, в том числе когда и как их использовать. Вы можете найти там вдохновение.

Попробуйте поставить один диод Шоттки прямо на двигатель, а затем другой прямо через выводы к двигателю, где они покидают печатную плату.

Это также помогает убедиться, что ваше питание хорошо обойдено на высоких частотах. Наденьте керамический колпачок на источник питания рядом с местом подачи двигателя. При вашем напряжении это может быть 10 мкФ или около того.

Не надевайте крышку на полевой транзистор, держите крышку на двигателе малой и плотно прилегайте к двигателю. Я бы не использовал более 1 нФ или около того.

Похоже, это классический случай паразитной индуктивности и согласования устройства.

Рассеянная индуктивность

Позвольте мне перерисовать вашу схему, чтобы помочь объяснить суть.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Я собираюсь сделать разумное предположение, что переменный ток поступает от сети через изолированный трансформатор, и поэтому вы можете безопасно заземлить постоянный ток (на крышке). Если это не так, у вас есть и другие проблемы.

Принятие этого разумного предположения Stray1 & Stray2 можно игнорировать.

Это оставляет Stray3 , Stray4 и Stray5

Каждый из них будет способствовать начальному выбросу, который вы видите. Такое превышение следует ожидать, когда вы принудительно коммутируете индуктивную нагрузку. и хотя некоторые из них следует ожидать, он ДОЛЖЕН быть в состоянии поддерживать пик ниже номинального напряжения устройства (номинальное напряжение на матрице).

Теперь часть этого будет артефактом во время измерения. Возьмите Stray4,5 Если вы защелкнете зонд для прицела на ЗЕМЛЕ, которая находится на конденсаторе, эта паразитная индуктивность будет влиять на напряжение, которое вы видите, когда вы начинаете коммутировать индуктивность нагрузки.

Вы начинаете отключать ток, протекающий через полевой транзистор, и, следовательно, V = Ldi / dt будет производить некоторое напряжение. Сразу то, что вы измеряете, больше не является истинным напряжением устройства.

Теперь вы можете утверждать, что вы прикрепили GND прицела к ножке полевого транзистора, и даже тогда будут некоторые отклонения, поэтому то, что вы видите, может не соответствовать истинному напряжению устройства.

На теме Stray4,5 именно эти паразитные индуктивности, обычно из-за плохой компоновки, являются основной причиной скачков напряжения при отключении. Вы пытаетесь прервать текущий поток через них, отключив FET, но у них нет пути для коммутации. Как таковые, они будут пытаться удерживать ток, протекающий через полевой транзистор.

Stray6 наряду с медленным (относительно переключения FET) будет в равной степени препятствовать коммутации тока нагрузки и, как таковой, снова приведет к увеличению потенциала источника стока.

Stray3 будет отображаться как колебание напряжения, поступающего в силовую цепь.

Seconary Ringing

на обоих ваших участках вы можете видеть некоторые вторичные звонки. Есть несколько причин для этого

1. Неадекватный привод ворот. Если мощность привода довольно слабая (или много индуктивности в выводах затвора), она не сможет удерживать устройство таким хорошим, и заряд, который будет течь из-за емкости в милларах, попытается включить устройство -> osc
2. Stray5 и Stray6 будут колебаться при обмене энергией между путями коммутации
3. Если FET намного быстрее и быстрее по сравнению с диодом, то вы можете вызвать колебания переключения, которые усиливаются Stray5 и Stray6

Решения?

1. Проверьте свой макет! короткие, толстые дорожки, возможно, даже пластинки для минимизации индуктивности. Держите расстояние между ДИОДОМ и FET к минимуму!
2. Если ваш GateDrive слаб, улучшите его
3. Если ваш GateDrive сильный, подумайте об увеличении резистора затвора, чтобы замедлить переключение
4. Если это все еще не удается, рассмотрите демпфер через FET, чтобы смягчить проблему.