求助 mosfet n channel 嚴重發燙

ben2

請教前輩，手邊有一顆90度相位 5線無刷直流馬達(圖中負載1.2Ω)
做了簡易電路驅動但 IRF3205 發燙的很快 約10秒 上 70度C(有散熱)
IRF3205 RDS 8mΩ 線圈 1.2Ω，但拿掉線圈後量測 mosfet 導通電組卻是22KΩ左右(R1=10K)
當R1 換成1MΩ 後RDS量測為0.2Ω 但依然發燙(約20秒後上60度C)；能否請教，感恩。{:14_1491:}

ben2

補：
本來想找大功率一點的 mosfet 但在壞掉的電源供應器裡面找到STPS2045CT



STPS2045CT



充當飛輪二極體 使用 PC817驅動
IRF 3205 不吹電扇只有32度 (五分鐘)
STPS2045 37度

STPS2045CT.pdf (122.95 KB)

2014-10-17 06:42 PM 上傳

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ciko.ciko

1.使用示波器測試Vgs電壓是否偏低?
2.檢查使用的導線線徑及接地點是否適當?(0.2歐姆阻值已偏大)

ysc

1. ON 時 G-S 間電壓可能不足，也就是 PC817 可能驅動能力不夠，R3 改成 330Ω 試試看。
2. OFF 時 G-S 間阻抗太大，這會導致 MOS 無法完全關閉，或是關閉過渡時間太長。
3. PC817 速度不夠快，有隔離需求必須選高速光耦合，或是在PC817之後加上整形電路來提升上下緣速度。

以這種等級負載電流，OFF 時 MOS G-S 間阻抗至少要在 100Ω 以下，甚至還要更低，最好以 PUSH-PULL 有源方式來驅動，G-S 間光靠電阻來拉低過渡期會變得很長，何況您用了 1MΩ ！

scottwang

1. IRF3205符號不對.
2. R3電阻太大.
3. IRF3205的Vgs太小,不足10V以致Vds無法完全導通,導至DS on時Rds電阻太大,Vds電壓太高,承受功率也太大,發熱激增.
4. 依目前的電路,+10V最好提高到12~15V.
5. R1的1M也太高了.

各部份分解去做測試,再合併,以避免併發症一出現,所有問題都來了,沒有辦法解決.

專炸元件

DS之間要接個二極體  抗反電動勢
GS用示波器量  或是輸入信號改為5V直流 模擬信號在1時各點的電壓為多少
要量的地方有 G-S  D-S  


R1改為1K   

jojoling

前陣子還在了解這個元件特性，剛板上的各位同學寫的，有些地方還看不太懂~
翻查了一下 google同時也整理了一下下上述各位同學的資訊：

1. Vgs 電阻電流過小在高功率的影響原因：(轉換過程線性區呆太久)
http://www.microchip.com.tw/modu ... d=10116&forum=7
一般 Power Driver (IGBT, Power MOS..) 等雖然都有 CMOS 的高輸入阻抗，但也因 Gate 的接觸面也大所以寄生電容也就大了。理論上，如果這寄生電容+雜散電容 = 0 的理想狀態，I/O 叫就可以直接推了幹麻還要加個 SMOD Driver (至少很多教科書都是蔣理想化的狀況)。
可是實際上這些電容都會引響方波上升與下降的斜率，如果沒有使用 CMOS Driver 在瞬間提供一股大電流快速將電容充飽時，這時 IGBT 會進入線性狀態導致功耗變大，效率變差甚至因過熱而燒毀。

2.Vgs 電壓過小：
此顆 Vgs(th) 為 min: 2V, max:4v~ 此電路設計 Vga 過低，10V需經過3個元件分壓~這也是改大R1會取得增大 Vgs 進而改進了導通角度的問題~


3. Vdss 很接近 48V~，一不小心，應該就很容易掛掉

如果錯誤，請用力指教，改正一下~謝謝
:sam13  

scottwang

jojoling 發表於 2014-10-1 03:39 PM static/image/common/back.gif
前陣子還在了解這個元件特性，剛板上的各位同學寫的，有些地方還看不太懂~
翻查了一下 google同時也整理了 ...

論壇系統好像又變了,而且你已有coco$$了,我都還沒有咧.

雄爸爸

48V的工作電壓,負載是電感性
選用耐壓55V的POWERMOS而且還沒有裝飛輪
請代我向IRF3205問候,它還好嗎?

scottwang

雄爸爸 發表於 2014-10-1 04:13 PM static/image/common/back.gif
48V的工作電壓,負載是電感性
選用耐壓55V的POWERMOS而且還沒有裝飛輪
請代我向IRF3205問候,它還好嗎? ...

它還好,應該只是感染超級依波拉,所以超級發燒 ...

ben2

感謝各位前輩，小的這就來試試~
因為不像各位前輩的專業，手邊有的零件真的不多，
DS 間 我也只有4001 代用
晚點等朋友下班，還要去借示波器...

現在的發熱問題就好比jojo大轉的文章中4樓提到的 卡在沒有瞬間切斷及導通的熱堆積 ...
[佔板讓自己做筆記一下]

#4 Re: Power MOSFET driver
bernie_w39 2011/05/26 22:14
MOS 除了開與關之外，還有一個歐姆區。嚴格來說，MOS 算是一個壓控可變電阻，
它可以呈現大電阻狀態（切斷）或是微電阻狀態（導通）。這個電阻值由 Vgs 決定。
在切斷與導通之間，會有一段電阻不大不小的範圍，會使大量的電能以熱型式消耗在
MOS 上（可以想像在MOS D-S 的位置替換成一個 1ohm 電阻）。

理論上如果 Vgs 可以一瞬間到達導通（電阻僅幾毫歐姆），以及一瞬間到達切斷
（電阻數百萬歐姆），都可以避免電能損失在 MOS 上。Vg 本身有一個電容，如果
用 MCU 的 pin 直接推動，充電時間可能要數十至數百微秒，在這段時間，MOS
會呈現電阻狀態，累積熱量。如果是 PWM 那種高速開關的應用，累積的熱量就很
可觀了。

===============================================
綜合以上前輩的論點，小弟弟等等就測測看再來回報...

電阻類：
1. R1的1M也太高了 R1改回1K
2. R3電阻太大.R3 改成 330Ω

電壓類：
1. Vgs電壓偏低或不足?+10V提高到12~15V
2. Vds電壓太高

其他類：
1. PC817 可能驅動能力不夠,速度不夠快，加上整形電路或更換
2. 量測各點電壓
3. "IRF3205... 還好吧?"   

jojoling

剛翻了一下 PC817C的 spec.
有關你那個 Input 5V 方波的問題。
PC817:
Vf = 1.2 ( 輸入導通電壓)
Vce(sat) = 0.2V ( If = 20mA, Ic=1mA 輸入電流達到 20mA 以上，會讓 Vce 進入飽合區(開關用途) )
Ic = 50mA 最大輸出承受電流
If(max) = 50mA 最大輸入承受電流

你的元件可以選擇：
R3= 76歐姆(If=50mA) to 190歐姆(If=20mA) 之間， R3 = (5V - Vf(1.2V))/ If
R2移除，增加 Vgs
R1可有2個選擇，依據 10V 輸入 or 改進成  15V 輸入控制。
R1 = 196歐姆 ( 9.8V/50mA ) to 980 歐姆 ( 9.8V/10mA)   , 公式為 R = (Vcc - Vce(sat) ) / Ic
或
R1 = 296歐姆 ( 14.8V/50mA ) to 1480 歐姆 ( 14.8V/10mA)   , 公式為 R = (Vcc - Vce(sat) ) / Ic

建議元件：
R3 = 150, R2移除, R1 = 500 (10V) or 600 ( 15V)

:sam05

專炸元件

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf3205.pdf


IRF3205
G-S  驅動要10V  給他高一點 12V
PC817應該是可以使用的


電路先修改成


48V一種電源
從48V  分出1/4  也就是12V  跟分壓電阻的比例就是4:1   那就用3K跟1K吧

3K一端接48V  一端接Gate   
1K一端接Gate跟PC817 C極 一端接Gnd跟PC817 E極


PC817  5V直推是可以的 要接電阻的話試試看330歐姆吧  最高不得超過6V


MOSFET D-S 要加二極體  UF4007   或是用RC 吸收電路https://www.google.com.tw/search ... illa:zh-TW

ben2

感謝JOJO大，連公式都幫忙列出了!小弟弟真的由衷感謝
目前正在抓零件中... 準備修改測試電路如下

ben2

感謝炸彈大~
小弟弟等等就跑一趟電子街找 UF4007 ...{:14_1475:}
目前10V~15V / 5V電源是靠這兩塊降壓板輸入

因為打算10~12V 要給風扇一起吃

就這樣被炸彈大點醒 !

專炸元件

ben2 發表於 2014-10-1 06:48 PM static/image/common/back.gif
感謝炸彈大~
小弟弟等等就跑一趟電子街找 UF4007 ...
目前10V~15V / 5V電源是靠這兩塊降壓板輸 ...

順便買兩個300歐姆 20W的水泥電阻回來   當假負載來測試電路  防燒毀

ben2

專炸元件 發表於 2014-10-1 07:02 PM static/image/common/back.gif
順便買兩個300歐姆 20W的水泥電阻回來   當假負載來測試電路  防燒毀

!!!! 對齁! 還有這一招... 我真是豬!...{:14_1477:}

jojoling

另外補充一點有關 PC817C的頻率響應狀況：

在 R1 = 1M的狀況底下，PC817C如在工作區的特性，依據文件，它是會在1kHz之前開始失真的，文件圖上只有標 100,1k,10k特性，但我假設這張圖是可推論的~按照你之前的電路圖，應該真的有 ysc 大所說的失真問題喔~
不過現在改成 R1 < 1k 的話，不管是在工作區 or 飽合區，應該都不會有這個狀況了。

雄爸爸

馬達屬於電感性負載
輸入方波之後會是甚麼情形
待你用示波器看過你就會知道
設計電路要考慮到穩定性
不是當下沒問題就安全了
而且,馬達附載越重,反電動式會越大
在此祝你製作順利

雄爸爸

光耦合可以考慮改用 TLP520

winrar070

pc817負載加大，並增加一級驅動

ben2

搓手準備接4個相位的麵包板了!!
先來一張修正圖，感謝各位前輩指教


感謝JOJO大提醒，因為沒有專用軟體，只能靠 falstad.com  用java畫電路圖
甚至模擬；已經用類是小畫家的軟體貼貼剪剪把IRF3205貼上去，G腳有點歪了，請ScottWang大見諒~:sam24


缺的材料已經備妥了!
  


IRF3205溫度：
用了 炸元件大 及 JOJO大 的方式測試了一分鐘，IRF3205從環境 30度上升到 35度, 5V@1Khz 。(未長時間測試)

PC817測試：
TLP520-4 已經準備好了，如果PC817堪用，想把PC817的料先用完，到時候板子可以共用，
(只打算用1顆電阻R3給四個相位輪流使用)
而且可以把手邊料件更換成TLP520-4 (感謝雄爸推薦)
JOJO 大還列了公式，讓小弟弟閱讀spec.上瞬懂...

電阻：
R1: 620Ω  (約0.22W／19mA)
原R2: (原放置於12V PC817限流 R2取消)
R3: 220Ω  (約65mW／17mA) ，要更換150Ω (約96mW／25mA)

保護：
1. 二極體沒買到UF4007 ，先暫時用HER208 (UF4007已經在沒屋頂訂了)
2. RC 部分都是現有材料，裝上後感覺不錯，IRF3205 沒再抱怨呢!
    電容是當初是拿來吸收繼電器使用的餘料，剛好看到手邊還有突波吸收器
    能否順道請教一下，這兩種方式的表現差異~
    因為示波器只能借一下下，看了反電動勢有拉順一些些，但不曉得放置位置對不對
   

RAR大提醒的增加一級驅動是指 PC817前嗎?

jojoling

ben2 發表於 2014-10-2 06:01 PM static/image/common/back.gif
搓手準備接4個相位的麵包板了!!
先來一張修正圖，感謝各位前輩指教

TLP 520 的 Ic(max) 也是 50mA，它的特性在 Vceo 比 PC817好~但沒影響你目前的狀況~
so 不用特別換~如要換的話，為winrar所說，增加一級( Darlington 增大電流放大)

另專炸元件大所提及 RC 吸收，應不需要，因為此 mosfet 有內建保護二極體，這也是 ScottWang提醒你圖有錯，會造成各位同學給你不適合的建議~

專炸元件

ben2 發表於 2014-10-2 06:01 PM static/image/common/back.gif
搓手準備接4個相位的麵包板了!!
先來一張修正圖，感謝各位前輩指教

突波吸收 是對付雷擊
室內使用的話不用裝

RC吸收等到日後穩定了  電路就改到一定的時候就可以cost down

現階段先接著 因為這電壓真的是極限操作阿n_011|

jojoling

Sorry~修正一下我之前的錯誤訊息 R1~
R1 = 400 (10V) or 600 ( 15V)
我原是想讓 Ic 設計在 25mA ~不過打錯成500~ 會影響說的 ysc 大說的過渡期時間多停留了一點。

如沒 4007~應該是可以串接2顆4001提升耐壓做測試替代，唯一的差別變成導通電壓為 0.7V 變為1.4V~

電路模擬軟體，上次 ckio大有提及一套 multisim ，前陣子剛好有玩了一下下 pspice91/pspice/multisim~
multisim 是滿容易使用的，你可以參考看看。

ysc 大提及的，如果你需要再降低發熱量的話，就需要用 push-pull 改進。

還有通常 ciko大會說：請提供各點電壓。
其實以純看發熱量，會不知熱是怎麼產生的，下次可以做一下靜態分析，量出各點工作電壓的話，會更好讓板友們判斷，一般來說，靜態工作點(把 5V 方波換成 5V DC)是可用電表量出的。
ex: Vgs 的實際電壓值目前為多少？
因為 Vgs 得知的話，Vds 可由 spec 得知，進而了解 mosfet 目前的工作點以及問題可能來自那裏~

最後祝板大實驗愉快~:sam42

wish

scottwang 發表於 2014-10-1 03:44 PM static/image/common/back.gif
論壇系統好像又變了,而且你已有coco$$了,我都還沒有咧.

其實我也不知道金錢是要做啥用的，就指時每天去任務那裡領紅包可得一元，或許以後痞酷網送東西可用這個。

雄爸爸

TLP520其實是我的筆誤,我原本是要推薦TLP250
TLP250輸出驅動電流高達1.5A
搭配 上升加速 & 下降加速  電路
可以讓你的POWERMOS工作起來更舒服

我手邊有一些EL7154CS (SMD),有興趣的話PM給我吧

你的馬達應該是"單極性兩相"

scottwang

wish 發表於 2014-10-3 01:42 PM static/image/common/back.gif
其實我也不知道金錢是要做啥用的，就指時每天去任務那裡領紅包可得一元，或許以後痞酷網送東西可用這個。 ...

您也有5元了說.
有啥任務可以做,來賺個10元買"紅豆餅"給已160cm的小朋友吃 ... :sam13

ben2

抱歉，在放電路板刀具路徑，晚了點上來，小弟先回報一組參數
所有條件不變下，尚未使用ysc大提供的推挽式
INPUT 43.8V (空載)  ／39.65V(負載)  [設備電源供應器 48V/3.3A =>兩組串連降壓板]
量測 S／D點 對48V地

負載使用 300Ω/20w 水泥電阻：
D：34.5V             (電阻末端)
S：0.4mV~0.5mV (跳動，電表最小單位)
負載為 1.2Ω 線圈：
D：32.7V~33.05V (線圈末端)
S：54mV~56mV

PC817
VCC   12V
R1 頭端點 2.355V

scottwang

ben2 發表於 2014-10-2 06:01 PM static/image/common/back.gif
搓手準備接4個相位的麵包板了!!
先來一張修正圖，感謝各位前輩指教

CookbooK,PaintCAD以小畫家畫電路圖及一些NE555等等的電路圖.

ben2

雄爸說的是!!小弟用電表量測及通5V看葉片角度，猜測以為是四相單極
有點像步進馬達，當初想直接找步進馬達驅動器但大功率及高速還有價位打了退堂鼓
其中速度想讓他直上 10W轉，功率不靠霍爾直推(內部霍爾已損)
目前找了一些電變、驅動器，幾乎都是三相DC 使用，所以想動手讓他轉一轉...

<補圖>


出線 紅白黑藍棕
紅 白 1.2Ω
紅 黑 1.2Ω
紅 藍 1.2Ω
紅 棕 1.2Ω

白 黑 2.4Ω
棕 藍 2.4Ω...