帮助从连接示波器的错误中学习

电器工程 场效应管 脉宽调制 示波器 测量
2022-01-27 19:01:44

我已经建立了这个电路来用 PWM 信号调暗灯。它有一个问题,即 MOSFET 变得非常热。所以我想知道 MOSFET 的栅极发生了什么。

我关闭了 PWM 信号,并用万用表测量了 \$V_{GS}\$ 为 12V。现在我确信我可以用我连接的小型 USB 示波器(额定电压为 20V)查看波形。Bammm,灯熄灭了,我只剩下一个砖砌的示波器和连接到它的 PC。

我对打破我的电脑感到非常难过。但是我必须知道出了什么问题,所以我在这里。


关于热 MOSFET 的问题:事实证明,代码中存在一个错误,导致 PWM 频率非常高。确保它是 200Hz 固定过热并且调光器现在似乎按预期工作。


编辑:

MOSFET:IXTQ40N50L2

光耦:ILQ2

4个回答

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

图 1 a、b 和 c。

由于电路没有隔离,电路的底线会随着电源电压移动。

  • 在正半周期 (b) 上,M2 的底部通常会保持在高于中性电压约 0.7 V 处。由于它连接到电源地 - 高于地线 0.7 V。由于示波器和 PC 提供的对地电阻比二极管低,因此电流将流过它们而不是二极管。如果电缆电阻足够高以限制电流,您的设备可能会承受 0.7 V。
  • 在负半周期 (c) 中,M3 的底部被拉至 -170 V 峰值(如果您使用 120 V 电源)。大电流将从 PC / 示波器接地流出,因为它提供了接地短路。该电流可能烧毁了它穿过的 PCB 上的几条接地线。一旦它们消失,电压就会被施加到芯片等上,它们也会被破坏。

这是一个艰难的教训,所以要好好学习。确保你理解上面解释的逻辑。如果你能做到这一点,你将比许多人在付费课程中学到的更换设备的成本更多。


由于在 EE.SE 上经常出现在电源电路上使用示波器的问题,因此以下内容可能会有所帮助。

在此处输入图像描述 在此处输入图像描述

图 1 和 2. Fluke Scopemeter 和探头组。注意绝缘的“BNC”连接器和引线,包括接地夹引线上的黑色插头(插入探头侧面)。该仪表带有一个 PSU 插孔,在插入裸露的金属之前,该插孔不会与内部接触。在示波器的侧面可以看到一个光学串行端口。

图 2 中的示波器等仪器是完全绝缘的。因此,示波器接地可以连接到正在研究的电路上的任何点,包括图 1 的整流负线。即使在充电时,该设备也与电源接地完全隔离。唯一需要注意的是所提供的 A 和 B 通道探头的接地夹没有连接到两个不同的电位。

所示电路是交流电源连接,没有任何隔离。使用万用表测量 Vgs 是安全的,因为万用表相对于主电源“浮动”。

但是PC不是浮动的。PC 通常具有接地外壳,这意味着 USB 连接器上的金属屏蔽层也通过 PC 外壳接地到电源点。

因此,将 USB 示波器连接到电源连接电路不可避免地是灾难性的。完成此操作后,电源电压会将电流推入 PC 机箱(或 USB 数据线,取决于所连接的探头)以返回到地面。

所有电源链接电路必须由浮动设备进行仪表化。如果您使用笔记本电脑而不是 PC,您可能会处于安全状态,但它也不是那么安全,除非您真的绝缘笔记本电脑周围的所有东西并确保您的笔记本电脑真的相对于地面浮动。

如此接近,却是灾难。应仔细检查网络资源,尤其是在涉及线路电压电路的情况下。应该通知Circuit-Lab ,他们已经发布了一个保证 PC 杀手和一个可能的人杀手。幸存者永远不会忘记这些昂贵的课程。
感谢您发现快速 PWM 会导致热 MOSfet,而慢速 PWM 是一种解决方案。将 180K 电阻降低到 10K 的电路修订版也将有所帮助。您的 200Hz 非常慢的 PWM 的解决方案。也是一个体面的解决方法。请注意选择是线路频率倍数的频率 - 例如,选择 240 Hz。其中线路频率为 60 Hz。会产生有趣的光学效果。
该电路的主要修订,以避免灾难涉及将 PWM 源与 MOSFET 驱动器完全隔离,如下所示: 在此处输入图像描述 还应注意谨慎选择组件。BR1 必须具有额定电压才能轻松获取峰峰值线电压。它还必须额定通过具有相当大空间的灯电流,因为灯在冷时需要浪涌电流,直到它们达到工作温度。二极管 D1 可以是一个小二极管,因为它需要的电流很小,但它的额定值必须至少为峰值线电压。选择峰峰值线电压的额定电压会更安全。用任何示波器
探测这个电路是一个“范围杀手”。我用过的任何示波器都不能承受它的接地连接(0v 参考)到这个电路的任何部分,除了 PWM 源。如果您的 USB 示波器有规格表,请仔细查找其共模电压限制这告诉您在某些部分发生故障之前,其输入电路可以偏离接地多远。有些只有几伏。该电路需要数百伏的共模范围。始终假设示波器的 0v 参考直接接地,并始终牢记该电路的大部分部分在接地时会导致严重的故障。

了解钨灯的温升 >3200'C 和 NTC 为 10:1 的冷热电阻,因此如果 PWM 脉冲以慢速或太快,Ipk 可以达到 10 倍灯泡额定电流或具有较大的动态损耗和 FET当 I^2R=Pd 时,带电阻的 RdsOn 可能会变热

请注意,线路和中性线未标记,V+ 或 V- 均未接地,但我们知道中性线至少在外部变压器处接地。因此,您可以不小心将探头接地连接到整流线路,而不是从中性线连接 2 个二极管压降。

这需要两个在差分 AB 模式下额定电压为 400v 的 10M 探头。