为什么我的 P 沟道 MOSFET 在这个 H 桥中不断失效?

电器工程 场效应管 bjt H桥
2022-01-08 17:33:22

所以这是我的 H 桥: 在此处输入图像描述 每次我开始在一个方向上使用它时,属于使用方向的 P 沟道 MOSFET 和 NPN BJT 都会在几秒钟内消失。被杀死的 MOSFET 和 BJT 发生短路,所以我不能再使用另一个方向。他们死时没有明显的热量或烟雾!
控制器是一个 arduino uno,只有 N 通道 MOSFET 由 PWM 信号驱动,P 通道连接到简单的数字输出引脚。PWM 频率是数字引脚 9 和 10的默认 490Hz(每个 PWM 输出都是独立的)。我已经杀死了 4-5 个 P 沟道 MOSFET + BJT 对,它可能发生在两边。(要看我先用哪个方向。)电机是12V汽车雨刷直流电机,电源是12V 5A。连接 12V 和 5V 电源地。

有两件事可能是真的,但我不是 100% 确定,因为我没有彻底测试它:

  • 在以前的版本中,我为 R7 和 R8 使用了 1k 电阻,我没有遇到任何问题。我会再试一次,但我现在在 P 沟道 MOSFET 上运行不足..
  • 当我切断油炸的 MOSFET + BJT 对时,我可以使用另一个方向而不会杀死剩余的 MOSFET + BJT 对。

请帮助我,这里发生了什么:)

  • 我应该在 NPN BJT 和 P 沟道 MOSFET 之间使用一个电阻吗?
  • 我应该使用 2n7000 MOSFET 代替 2N2222 BJT 吗?

更新:我刚刚用 12V 55W 灯泡而不是雨刷电机测试了 H 桥。P-FET 和 NPN 在测试过程中被杀死。N 通道侧由 40% 的 PWM 信号驱动。没有负载它没有任何问题。

UPDATE2:我将 R7 和 R8 从 150R 改回 1k。现在,桥梁再次工作,没有任何组件出现故障。(我好几天都没有运行它,但是使用 150R 电阻器,故障的重现只需要几秒钟。)无论如何,我将按照 Brian 的建议在 GND 和 +12V 之间的桥上添加一些去耦电容器。谢谢大家的解答!

4个回答

您如何对 12V 电源进行去耦?

一种可能的故障模式是关闭电机电流(即以 PWM 速率)产生的感应尖峰通过反激二极管倾倒到 12V 电源中。是的,这应该会发生,但是...

如果 12V 电源没有去耦,并且来自 PSU 而不是可充电电池,或者通过长(感应)电缆供电,则它实际上不是 12V 电源,而是瞬间驱动到该感应尖峰电压。这可能远高于 MOSFET 的额定值...

使用快速示波器监控 12V 电源。如果它显示出过电压尖峰的迹象,请增加其去耦直到它没有。(这应该包括用于低 HF 阻抗的 0.1uF 陶瓷电容器以及电解储存电容器。可能还有一个 16V 或 25V 齐纳二极管以防万一……)。

我不知道这是您的实际问题,但这是您必须涵盖的一个基础。

R1 R2 对于除了最小的不存在的 MOSFET 之外的所有 MOSFET 来说都太大了。这意味着它们的开启速度比开启速度要慢得多。这意味着即使你认为你已经包含了一些合理的死区时间,你仍然会被击穿并且吃肥肉。我用一个额外的晶体管快速关闭,值得。

顶部 P 沟道 MOSFET 之一处于活动状态 - 这决定了方向。当您将 PWM 应用于两个 N 通道 MOSFET(如电路中所暗示的那样)时,您会在 H 桥的一半上获得直通。

您不得PWM 应用到两个 N 通道设备 - 仅在激活左上 P 通道设备时将其应用于右下角,或者仅在激活右上 P 通道设备时将其应用于左下角。

编辑 - 另外,你的 P 沟道 MOSFET 是倒置的。

对我来说突出的一件事是 FET 上没有反激二极管。由于您的电机是感性负载,因此当电流发生变化时(电感器中的 V = L dI/dT),它很容易在 FET 上产生高压。这些电压很容易超过 FET 中源漏结的击穿额定值。

为了解决这个问题,通常将一个二极管与结并联,以检查电压,如下所示:

H桥二极管

(图片来自:http ://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/mosfets-and-catch-diodes/ )

这“钳制”了 FET 两端的电压。