Cosa ha causato questo errore IGBT?

Ho collegato il circuito sottostante, un circuito di accensione transistorizzato, e ha funzionato per un paio di minuti, quindi ha smesso di funzionare (il motore si è spento, non si è riavviato). Quando smise di funzionare, non sentii nulla che si fosse surriscaldato chiaramente sulla lavagna e non osservai alcun fumo.

Ho portato la scheda in laboratorio, l'ho collegata a un alimentatore e testato le tensioni in vari nodi per l'apertura e la chiusura dell'interruttore di interruzione punti. Ho usato un carico di 20 ohm al posto della bobina.

Ho scoperto che il TIP31 si stava accendendo correttamente quando l'interruttore punti era aperto in modo tale che (tensione del collettore della tensione BJT / gate dell'IGBT ) e la tensione di base di Q1 = .63V, quindi TIP31 sembra essere funziona correttamente. L'IGBT dovrebbe essere "Off" con una tensione di gate di 0,02 V, ma invece sto misurando una caduta di 4,3 V attraverso la resistenza di carico da 20 ohm (che è al posto della bobina mostrata nello schema), il che significa che l'IGBT sta conducendo .21A dato un carico di 20ohm.$V_c=.02V$

Posso solo ipotizzare il motivo per cui l'IGBT è fallito e spero che qualcuno che abbia esperienza possa darmi un'idea migliore. Dovevo capire che gli IGBT erano molto adatti per la commutazione induttiva del carico. Ho scelto un IGBT che non era adatto a questa applicazione? Potrebbe essersi surriscaldato e bruciato senza che me ne accorgessi? Ancora più importante, la cattiva conduzione è una tipica modalità di fallimento dell'IGBT?

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Penso che possano esserci due ragioni. Innanzitutto, ecco un transistor che è specificato per l'uso nei sistemi di accensione e nota che ha un circuito di protezione incorporato che riaccenderà il transistor (proteggendo così se stesso) se la tensione sul collettore supera 350V.

Normalmente, le accensioni delle auto non generano molto più di un picco di 300 V e per dimostrarlo ecco un'altra foto scattata da questo sito: -

Quel sito spiega anche qualcos'altro che potrebbe aver provocato il fallimento dell'IGBT. L'angolo di abitazione è il periodo di tempo in cui i contatti sono chiusi prima dell'apertura per "generare" la scintilla. Sul diagramma sopra questo è di circa 3ms (nota la parte più bassa della traccia appena prima di "sparare". In questo periodo di tempo, la corrente nella bobina (dalla batteria) si accumula fino a circa 8A - questo 8A è considerato la giusta quantità di corrente per generare la corretta quantità di energia per produrre una scintilla decente.

Se raddoppiassi il tempo di permanenza (ignorando la resistenza della bobina) otterresti 16A - è una cosa lineare nel tempo e se, naturalmente, il tuo interruttore punti era solo un interruttore vecchio stile che poteva richiedere un ampione di miliardi di dollari, non gliene importerebbe molto circa l'angolo di sosta e questo significa che probabilmente hai superato la valutazione attuale dell'IGBT ed è fritto senza che tu lo sappia.

Ecco un interessante articolo di riferimento per costruire l'accensione della tua auto usando un timer 555 - sospetto che imposta l'angolo di sosta.

Molto probabilmente, l'IGBT è stato ucciso dal contraccolpo induttivo dalla bobina. La maggior parte dell'energia dal primario avrebbe dovuto essere trasferita al secondario, ma c'è sempre qualche induttanza di dispersione . Questa induttanza di dispersione è l'induttanza del primario che non è accoppiata al secondario, quindi sembra un semplice induttore in serie con la parte del primario che è accoppiata. Questo induttore può causare contraccolpi se spento bruscamente.

Il sintomo che vedi è esattamente quello che ti aspetteresti in questa situazione. Il transistor lo impiega per un po ', ma alla fine gli impulsi ad alta tensione lo danneggiano, quindi il circuito smette di funzionare. Il fatto che ora il transistor abbia una significativa fuoriuscita è una buona prova di ciò. Questa è una modalità di guasto comune risultante da brevi picchi di sovratensione.

Come ho detto prima, un IGBT non è la scelta migliore qui. Non c'è motivo per cui hai bisogno di un FET per guidare l'NPN all'interno dell'IGBT per te. È possibile modificare un po 'il circuito per guidare direttamente un NPN.

Qualunque cosa tu usi per l'interruttore, dovrebbe essere valutato per una tensione abbastanza alta, come qualche 100 V, o in qualche modo devi bloccare la tensione di contraccolpo.

Inserito il:

L'ho detto in un commento, ma appartiene davvero alla risposta. 600 V è un valore ragionevole per l'elemento di commutazione, ma è comunque necessaria una sorta di morsetto. Durante il normale funzionamento, la maggior parte dell'energia nel nucleo magnetico uscirà dal secondario e causerà una scintilla sulla candela. Tuttavia, se il secondario è mai stato disconnesso, tutto quello che hai è il primario che agisce come un semplice induttore. Tutta l'energia ritornerebbe quindi nel circuito di pilotaggio, il che può facilmente causare oltre 600 V attraverso l'interruttore.

Senza un morsetto, ti affidi a caratteristiche inaffidabili. È necessaria una sorta di morsetto a 550 V o inferiore. Un modo per raggiungere questo obiettivo è utilizzare il transistor di commutazione come morsetto. Fai riaccendere qualcosa quando la tensione arriva a 500 V circa. Questa è ancora una tensione abbastanza elevata sul primario da causare l'alta tensione necessaria sul secondario, ma protegge il circuito di pilotaggio dall'induttanza di dispersione del primario o quando il secondario è completamente scollegato.

Fondamentalmente il tuo circuito è garantito per fallire se la candela viene mai scollegata dal secondario.

IGBT per l'accensione sono appositamente progettati per assorbire l'energia di ritorno dalla bobina quando necessario. Informazioni complete su https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf

IGBT per uso generale non sono progettati per questa specifica applicazione

La risposta sopra su pausa arriva al problema. Il problema è che quando il motore gira a bassa velocità, i punti vengono chiusi per un tempo "lungo".
Tipicamente una bobina automobilistica si satura magneticamente in circa 4 millisecondi. Successivamente, diventa un resistore che misura una frazione di un ohm. A bassa velocità, i punti vengono chiusi per molto più di 4 msec. Supponendo 12 V alla bobina e 0,5 ohm per la resistenza della bobina, si ottiene E / R = I o 12 / 0,5 = 24 ampere. Quindi il problema è come limitare la tensione temporale percepita attraverso la bobina o limitare la corrente in qualche altro modo. Il modo semplice (che era comune nei sistemi di accensione "Kettering") era di mettere un resistore limitatore di corrente in serie con la bobina. In quel modo quando la bobina si è saturata magneticamente,
Probabilmente puoi ottenere un "resistore di zavorra" Chrysler da un negozio di ricambi auto e metterlo in serie con la bobina. Otterrai meno RPM di scintilla, ma la corrente massima per IGBT sarà entro le specifiche.
Se metti un condensatore in parallelo con il resistore, puoi fare meglio qualche volta. Vuoi che il valore del condensatore ti dia una costante di tempo con il resistore da qualche parte intorno a 4 msec. In questo modo, il condensatore si caricherà mentre la bobina si sta avvicinando alla saturazione. Quando il motore gira ad alti regimi, vedrai quasi 12 V attraverso la bobina mentre i punti si aprono, dandoti una buona scintilla. A bassa velocità, i punti si chiuderanno, l'IGBT condurrà, il condensatore si caricherà completamente e gran parte della tensione scenderà attraverso il resistore. Ciò significa che la tensione attraverso la bobina e la corrente nel primario della bobina saranno basse, con conseguente minore scintilla (corrente delta) quando si aprono i punti / IGBT. Molto probabilmente questo sarà ancora sufficiente per far funzionare il motore. Un altro modo di fare sarebbe quello di trasformare il circuito di azionamento in un colpo solo accoppiando in modo capacitivo la base del TIP31 o il gate / base del dispositivo di azionamento. In questo modo è possibile generare un impulso di circa 4 msec.
Funziona alla grande a bassa velocità, ma ad alta velocità la scintilla sarà davvero in ritardo. A 3600 giri / min, un giro è di circa 16 msec. Se sei in ritardo di 4 msec, è 1/4 di giro. È possibile configurare il circuito con un interruttore, in modo da iniziare con l'azionamento capacitivo accoppiato e passare all'azionamento diritto per il funzionamento a piena velocità. Probabilmente non sarebbe difficile caricare un circuito del serbatoio che commuta automaticamente quando la velocità del motore raggiunge alcuni RPM scelti. John

Hai usato un dissipatore di calore adeguato per IGBT? Nelle schede tecniche dovrebbe essere menzionata la potenza del calore prodotto. Quindi è possibile calcolare la necessità necessaria per il raffreddamento dell'IGBT sulla base, ad esempio, dei fogli dati Semikron del produttore IGBT (utilizzare google). Di solito hanno bisogno di un raffreddamento piuttosto massiccio, specialmente quando le correnti si avvicinano ai limiti.

Dopo aver rotto l'IGBT potrebbe funzionare in qualche modo ma sicuramente non correttamente (un certo tipo di tensione o corrente può esistere sopra / attraverso il componente). È abbastanza normale con molti dispositivi a semiconduttore.

Per Stop IGBT, è necessario -15V (segnale di spegnimento), nessun GND.

Il fly-back (kickback) nel primario può essere gestito con un diodo schottkey di dimensioni adeguate attraverso l'avvolgimento. (catodo a 12V e anodo per il collettore IGBT). La tensione inversa del diodo (o pila di diodi) dovrà tollerare la massima tensione transitoria e dovrà essere classificata per la massima corrente del lato primario più lo spazio di testa.