Почему мои МОП-транзисторы с P-каналом продолжают умирать в этом Н-мосте?

Так что это мой H-мост: Каждый раз, когда я начинаю использовать его в одном направлении, P-канал MOSFET и NPN BJT, принадлежащие используемому направлению, умирают за считанные секунды. У убитого MOSFET и BJT возникает короткое замыкание, поэтому я больше не могу использовать другое направление. Они умирают без заметного тепла или дыма!
Контроллер является Arduino Uno, и только N-канальные МОП-транзисторы работают с ШИМ-сигналом, а P-каналы подключены к простым выводам цифрового выхода. Частота ШИМ по умолчанию составляет 490 Гц для цифровых выводов 9 и 10.(каждый выход ШИМ индивидуален). Я уже убил 4-5 пар P-канала MOSFET + BJT, это может произойти с обеих сторон. (Это зависит от того, какое направление я использую первым.) Двигатель 12 В постоянного тока с электродвигателем стеклоочистителя, источник питания 12 В 5A. 12 В и 5 В заземления подключены.

Есть две вещи, которые могут быть правдой, но я не уверен на 100%, так как я не проверил это полностью:

• в предыдущей версии я использовал резисторы 1К для R7 и R8, и у меня не было никаких проблем. Я попробую это снова, но у меня заканчиваются МОП-транзисторы с каналом P-типа ..
• Когда я вырезаю жареную пару MOSFET + BJT, я могу использовать другое направление, не убивая оставшуюся пару MOSFET + BJT.

Пожалуйста, помогите мне, что здесь происходит :)

• Должен ли я использовать резистор между NPN BJT и P-канальным MOSFET?
• Должен ли я использовать 2n7000 MOSFET вместо 2N2222 BJT?

ОБНОВЛЕНИЕ: Я только что протестировал H-мост с лампочкой 12 В 55 Вт вместо мотора стеклоочистителя. P-FET и NPN были убиты во время испытания. Сторона N-канала управлялась сигналом 40% ШИМ. Без нагрузки проблем не было.

ОБНОВЛЕНИЕ 2: Я изменил обратно R7 и R8 на 1k с 150R. Теперь мост снова работает без сбоев компонентов. (Я не запускал его в течение нескольких дней, но с резисторами 150R воспроизведение неисправности заняло всего несколько секунд.) В любом случае, я добавлю несколько развязывающих конденсаторов на мост между GND и + 12 В, как предложил Брайан. Спасибо за ответы всем!

Как вы развязываете питание 12 В?

Один из возможных режимов отказа состоит в том, что индуктивные выбросы при отключении тока двигателя (т.е. при частоте ШИМ) сбрасываются в питание 12 В через диоды обратного хода. Да, это должно было случиться, но ...

Если источник 12 В не отсоединен и питается от блока питания, а не от перезаряжаемой батареи или питается от длинного (индуктивного) кабеля, это на самом деле не источник питания 12 В, а на мгновение приводимый к напряжению индуктивного пика. Что может быть намного выше рейтинга MOSFET ...

Контролируйте питание 12 В с помощью быстрого осциллографа. Если он показывает признаки пиков перенапряжения, увеличивайте его развязку до тех пор, пока это не произойдет. (Это должно включать керамические конденсаторы 0,1 мкФ для низкого ВЧ-сопротивления, а также конденсатор электролитического резервуара. И, возможно, стабилитрон 16 В или 25 В на всякий случай ...).

Я не знаю, что это ваша настоящая проблема, но это одна база, которую вы ДОЛЖНЫ покрыть.

R1 R2 слишком велики для всех, кроме самых маленьких несуществующих полушарий. Это означает, что они поворачиваются гораздо медленнее, чем включаются. Это означает, что даже если вы думаете, что включили какое-то разумное мертвое время, вы все равно будете стрелять и Я использую дополнительный транзистор для быстрого выключения, оно того стоит.

Один из верхних МОП-транзисторов канала Р активен - это определяет направление. Когда вы применяете ШИМ к обоим полевым МОП-транзисторам с каналом N (как подразумевается в вашей схеме), вы получаете перестрелку на одной половине H-моста.

Вы должны НЕ применять ШИМ для обоих N каналов устройств - только применять его в правом нижнем углу , когда верхний левый P устройства канал активируется или только применить его к нижней левой стороне, когда в правом верхнем углу устройства P канал активируется.

РЕДАКТИРОВАТЬ - также, ваши МОП-транзисторы канала P перевернуты.

Одна вещь, которая выделяется для меня - это отсутствие диодов с обратной связью на ваших полевых транзисторах. Поскольку ваш двигатель является индуктивной нагрузкой, он может очень легко генерировать высокое напряжение на ваших полевых транзисторах при изменении тока (V = L dI / dT в индуктивности). Эти напряжения могут легко превышать номинальное значение разрыва соединения исток-сток в ваших полевых транзисторах.

Чтобы решить эту проблему, диод обычно помещают параллельно переходу, чтобы контролировать напряжение следующим образом:

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

Это «зажимает» напряжение на FET.

@Autistic прав насчет R1 и R2 - это расположение приведет к очень медленному времени переключения на P-fets. Вы можете рассмотреть возможность использования специального зарядного насоса для водителя P Fet вместо BJT + Pullup.

Некоторые проверки вменяемости

Можете ли вы проверить дорожные сигналы? Очень важно, какой FET включен или выключен.

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

Попробуйте следующее:

• остановить любой ШИМ
• отключить любую нагрузку
• Диск из вашего кода: p1 на n1 выключен, подождите 500 мс, p1 выключен n1 на 100 мс (мертвое время), p1 выключен n1 на 500 мс, p1 на n1 выключен на 100 мс (мертвое время) и повторите. Это создает тестовый сигнал, который легко отлаживать.
• теперь выход p1 n1 h-моста должен переключаться с GND на 12V. Используйте прицел, чтобы проверить это, или вы можете использовать небольшую лампочку. Подключите лампу между GND и выходом p1 n1 - она ​​должна мигать, чтобы p1 был в порядке. Подключите его к выходу 12 В и p1 n1 - он должен мигать, чтобы n1 был в порядке.
• если у вас есть область, проверьте, если p1 и n1 не являются перекрестными. При проверке этого сигнала вы не увидите никаких других значений, кроме чистого заземления, чистого 12 В и некоторого плавающего заземления в течение 100 мс времени простоя.
• если у вас нет области видимости, вы можете установить довольно большое мертвое время, например, 500 мс - это не повредит :), но может спасти вашу P fet.
• Теперь подключите мотор вместо лампочки, он будет работать и замедляться / останавливаться, как лампочка. Это подтверждает, что все в порядке.

Проблема

• Будьте очень осторожны с расположением PWM выше. Вы можете очень легко жарить свои ноги. Вы можете включить сторону P, в то время как вы переключаете сторону N, поэтому вы делаете шорты (меньше или больше - он может выжить с 20% ШИМ в зависимости от качества вашего источника питания).

Как правило, микроконтроллеры имеют выделенный ШИМ-драйвер с 4 выходами и контролем зоны нечувствительности. 4 ШИМ-сигнала могут управлять 4-мя фетами, и эти сигналы синхронизируются и инвертируются, а также учитывается мертвое время. См. PWM микроконтроллеров PIC для получения дополнительной информации. http://www.ermicro.com/blog/wp-content/uploads/2009/01/picpwm_03.jpg

Поскольку Arduino не предназначен для этой цели, вы можете использовать некоторую базовую логику для получения правильных сигналов ШИМ. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что n1 и p1 всегда являются дополнительными, а также n2 и p2. Вы можете получить его, используя еще несколько BJT: http://letsmakerobots.com/files/YG_H-Bridge1.jpg Тогда у вас есть два контакта, которые вы можете использовать для ШИМ.

Вы можете предпочесть использовать некоторые логические элементы, например: https://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2012/03/26/so-which-pwm-technique-is-best-part-2 и тогда у вас есть чистый вперед / назад, плюс один PWM-вывод, который управляет скоростью.

Возможно, стоит проверить эту статью: http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridge_drivers/

Вы уверены, что включаете верхний левый P-FET, когда применяете ШИМ к нижнему правому N-FET?

Вы должны дважды проверить свою ориентацию P-FET. Кажется, что P-FET работает в обратном направлении, и вы получаете чрезмерное рассеивание мощности, когда диод корпуса P-FET проводит. Измерьте напряжение на P-FET при ваших условиях неисправности. Если вы видите около 0,6 В на полевом транзисторе, когда 2N2222 включен, то P-FET перевернут. Также проверьте напряжение затвора P-FET во время неисправности, чтобы убедиться, что оно видит менее 0,2 В.

Вы по-прежнему видите ток повреждения, если вы отключите двигатель от цепи?