MOS在控制器電路中的工作狀態:開通過程(由截止到導通的過渡過程)、導通狀態、關斷過程(由導通到截止的過渡過程)、截止狀態。MOS主要損耗也對應這幾個狀態,開關損耗(開通過程和關斷過程),導通損耗,截止損耗(漏電流引起的,這個忽略不計),還有雪崩能量損耗。只要把這些損耗控制在mos承受規格之內,mos即會正常工作,超出承受范圍,即發生損壞。而開關損耗往往大于導通狀態損耗,不同mos這個差距可能很大。
什么原因導致控制小功率無刷直流電機的MOS管被燒壞呢?若能夠提供詳細電路圖及各元器件的型號(比如MOS管型號等)更好,由于沒電路圖,下面對這部分設計MOS管燒壞常見的可能性故障進行分析,自己核對一下是否有相應的問題。
一般幾種情況:
啟動電流過大,未做任何保護
上下橋臂直通,瞬間過電流
死區時間過短,反電動勢導致反向擊穿
硬件不確定故障,偶發現象
控制算法是否有誤
死區保護可能沒有做好,導致H橋的上下臂有直通的可能,可以用多通道示波器測量一下控制PWM信號,是否有上下臂同時導通可能。
1、電路圖中是否有續流二極管?因為電機屬于感性負載,其內部具有線圈,當MOS管關斷瞬間,很大的反向電動勢,與原電源電壓疊加產生高壓,從而擊穿管子。
增加該二極管是使線圈與二極管能夠形成回路,給反向電動勢續流,從而保護MOS管等控制器件,如下圖D1為電機續流二極管。
2、MOS管的選型是否合理?
①電機驅動瞬間電流比穩定運行時電流(額定電流)要大5~8倍左右,因此MOS管的最大漏極電流應選擇電機額定電流10倍以上,比如額定功率為0.5A的電機,MOS管最大漏極電流應選擇5A以上,盡量選擇內阻小的MOS管,其內阻越小越好。
內阻小,壓降小,管子功耗小,其發熱量就小。②MOS管的最大工作電壓是否滿足要求?選取管子的工作電壓應比電機工作電壓大一倍,比如24V的電機,MOS管最大工作電壓應選擇48V以上。
3、MOS管的驅動電壓是否符合要求?雖然MOS管導通驅動電壓3V10V左右,但是VGS電壓一般6V10V管子才能達到飽和。
若只用3.3V電壓驅動,雖然MOS管能夠導通,但是內阻較大,并沒有達到飽和狀態。導致管子內耗大,發熱量大而燒壞。如下圖為小功率MOS管2N7002驅動電壓VGS與漏極電流ID曲線圖,可以看出VGS>2V就開始有電流,管子導通,但是電壓高達5.5V左右管子才飽和。
4、MOS管控制端柵極串聯電阻是否過大?雖然MOS管屬于電壓控制型器件,但是該電阻不能省,串聯該電阻起到隔離保護作用(如上圖R1)。
若該電阻太大,因為MOS管會有結電容,管子太大充電速度慢,管子很長時間達不到飽和開通狀態,從而過熱燒毀。該電阻阻值一般10k以內即可。
若為正反轉控制電機驅動電路,如下圖4個二極管不能省,這4個二極管屬于電機線圈續流二極管,用于保護控制電路,若控制管使用的是MOS管,其內部一般會有寄生二極管,不需要外接。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:設計MOS管燒壞常見可能性故障分析
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