Aiuta a imparare da un errore durante il collegamento di un oscilloscopio

Ho costruito questo circuito per oscurare una lampada con un segnale PWM. Aveva un problema a causa del quale il MOSFET stava diventando molto caldo. Quindi volevo sapere cosa stava succedendo sul cancello del MOSFET.

Ho spento il segnale PWM e con il mio multimetro ho misurato come 12V. Ora, fiducioso di poter guardare la forma d'onda con il mio piccolo oscilloscopio USB (valutato a 20 V), l'ho collegato. Bammm, le luci si spengono e mi rimane un oscilloscopio in muratura e un PC ad esso collegato.$V_{GS}$

Sono abbastanza triste per aver rotto il mio PC. Tuttavia devo sapere cosa è andato storto, quindi sono qui.

Informazioni sul problema con il MOSFET caldo: si è scoperto che c'era un bug nel codice che rendeva la frequenza PWM molto alta. Assicurandosi che fosse a 200Hz riparato il surriscaldamento e il dimmer sembra funzionare ora come previsto.

modificare:

MOSFET: IXTQ40N50L2

Accoppiatore ottico: ILQ2

Il circuito mostrato è collegato alla rete CA senza alcun tipo di isolamento. Misurare i Vg usando un multimetro è sicuro perché il multimetro fluttua rispetto all'alimentazione di rete.

Ma un PC non è mobile. Il PC ha normalmente la custodia collegata a terra, il che significa che lo schermo metallico sul connettore USB è anche collegato alla presa di corrente attraverso la custodia del PC.

Pertanto, il collegamento dell'oscilloscopio USB al circuito collegato alla rete è inevitabilmente disastroso. Al termine, la tensione di rete spingerà la corrente nella custodia del PC (o nelle linee dati USB, a seconda della sonda collegata) da restituire a terra.

Tutti i circuiti collegati alla rete devono essere strumentati da apparecchiature galleggianti. Potresti essere al sicuro se hai usato un laptop al posto del PC, ma non è nemmeno così sicuro a meno che tu non abbia davvero isolato tutto intorno al laptop e assicurato che il tuo laptop stia davvero fluttuando rispetto al suolo.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Figura 1 a, bec

Poiché il circuito non è isolato, la linea di fondo del circuito si sposta con la tensione di rete.

• Sui semicicli positivi (b) il fondo di M2 verrebbe normalmente mantenuto a circa 0,7 V al di sopra della tensione neutra. Dal momento che questo è collegato alla terra della rete - che è 0,7 V sopra la terra. Poiché l'oscilloscopio e il PC forniscono un percorso di resistenza verso terra inferiore rispetto al diodo, la corrente scorrerà attraverso di essi anziché il diodo. L'apparecchiatura potrebbe sopravvivere a 0,7 V se la resistenza del cavo è sufficientemente elevata da limitare la corrente.
• Sui semicicli negativi (c) la parte inferiore di M3 viene trascinata a un picco di -170 V (se si è alimentati a 120 V). Un'alta corrente fluirà dalla terra del PC / oscilloscopio in quanto fornisce un corto circuito da terra. Questa corrente ha probabilmente bruciato diverse tracce di terra sui PCB che attraversava. Una volta che se ne fossero andati, la tensione sarebbe stata applicata ai chip, ecc. E sarebbero stati distrutti.

È una lezione dura, quindi imparala bene. Assicurati di comprendere la logica della spiegazione sopra. Se riesci a farlo, avrai imparato di più per i costi di sostituzione della tua attrezzatura rispetto a molti altri nei corsi a pagamento.

Poiché il problema dell'uso degli oscilloscopi sui circuiti di rete si presenta frequentemente su EE.SE, ciò che segue può essere di aiuto.

Figura 1 e 2. Set scopemetro e sonda Fluke. Notare il connettore "BNC" isolato e i cavi, inclusa la spina nera sul cavo della clip di terra (che si collega al lato della sonda). Lo strumento viene fornito con un jack PSU che non entra in contatto con gli interni fino a quando non è stato inserito il metallo esposto. Una porta seriale ottica è visibile sul lato dell'oscilloscopio.

Strumenti come lo scopemetro in Figura 2 sono completamente isolati. Di conseguenza, la messa a terra dell'oscilloscopio può essere collegata a qualsiasi punto del circuito in esame, compresa la linea negativa rettificata di Figura 1. Anche quando in carica il dispositivo è completamente isolato dalla terra di rete. L'unico punto da tenere d'occhio è che le clip di terra delle sonde dei canali A e B fornite non sono collegate a due diversi potenziali.

Così vicino, ma disastro. Le risorse Web dovrebbero essere ricontrollate, specialmente per quanto riguarda i circuiti di tensione di linea. Il Circuit Lab dovrebbe essere informato di aver pubblicato un PC-killer garantito e un possibile killer di persone. Queste lezioni costose non vengono mai dimenticate da chi sopravvive.
Complimenti per aver scoperto che la PWM veloce causa un MOSfet caldo e la PWM lenta è una soluzione. Anche una revisione del circuito che riduce la resistenza da 180K a 10K sarà di aiuto. La tua soluzione di PWM molto lento di 200Hz. è anche una soluzione decente. Fai attenzione a scegliere le frequenze che sono multipli della frequenza di linea - ad esempio, scegliendo 240 Hz. dove la frequenza di linea è di 60 Hz. darà un interessante effetto ottico.
La revisione principale di questo circuito per evitare disastricomporta l'isolamento completo della sorgente PWM dal driver MOSFET, in questo modo: si dovrebbe anche fare attenzione a scegliere con cura i componenti. BR1 deve essere classificato in tensione per prendere facilmente la tensione di linea picco-picco. Deve anche essere valutato per far passare la corrente della lampada con un notevole spazio per la testa, poiché le lampade richiedono una corrente di picco a freddo, fino a raggiungere la temperatura di esercizio. Il diodo D1 può essere un piccolo diodo, poiché è richiesta poca corrente, ma deve essere valutato per almeno la tensione di linea di picco. Sarebbe più sicuro scegliere una tensione nominale di tensione di linea picco-picco.
Sondare questo circuito con qualsiasi oscilloscopioè un 'killer dell'ambito. Nessun 'ambito che ho usato è in grado di resistere alla sua connessione di terra (riferimento 0v) andando a qualsiasi parte di questo circuito diverso dalla sorgente PWM. Se l'oscilloscopio USB ha una scheda tecnica, trova attentamente il limite di tensione in modalità comune . Questo ti dice quanto lontano da terra il suo circuito di ingresso può deviare prima che una parte di esso fallisca. Alcuni sono solo pochi volt. Questo circuito richiederebbe centinaia di volt di range di modalità comune. Supponi sempre che un riferimento 0v dell'oscilloscopio sia collegato direttamente a terra e tieni sempre presente che la maggior parte delle parti di questo circuito comporterà un guasto spettacolare quando viene messa a terra.

Tieni presente che le lampade al tungsteno hanno un forte aumento della temperatura> 3200 'C e NTC di resistenza da freddo a caldo di 10: 1, quindi se gli impulsi PWM a una velocità lenta o troppo veloce, Ipk può raggiungere una corrente nominale di lampadina 10x o avere perdite dinamiche elevate e FET RdsOn con resistenza può diventare più caldo con I ^ 2R = Pd

Nota che la linea e il neutro non sono etichettati e né V + o V- sono a terra, ma sappiamo che il neutro è almeno collegato a terra al trasformatore esterno. Pertanto, senza cura, è possibile collegare la terra della sonda alla linea rettificata anziché 2 gocce di diodi dal neutro.

Ciò richiede due sonde da 10 M classificate per 400 V in modalità differenziale AB.

Considera che il tuo PC si è sacrificato per salvarti la vita.

Come sidenote, tali misurazioni possono essere eseguite utilizzando i cosiddetti hub USB isolati:

Questi consentono diversi kV tra il PC (che di solito è collegato a terra e sicuro al tatto) e apparecchiature come gli ambiti USB che potrebbero diventare attive. Ovviamente, dovresti comunque sapere cosa stai facendo (ad es. Toccare l'oscilloscopio solo quando l'alimentazione è scollegata e tutti i cappucci HV sono stati scaricati).