mocniejszy MOSFET czy transil?

Oct 15, 2004 12 Replies

Proszono mnie o radê przy nietypowym (ale chyba wzorowanym na zap³onie do benzyniaków) zastosowaniu cewki zap³onowej a ja nie mam do¶wiadczenie z indukcj± i wysokimi napiêciami. MOSFET zamyka do masy pierwotny obwód cewki zap³onowej, zasilanie



12..14V. Przy roz³±czaniu pojawia siê napiêcie samoindukcji, które mo¿e za³atwiæ tranzystor (i przy wy¿szym napiêciu zasilanaia podobno za³atwia). Wg mnie mo¿na zastosowaæ:
  1. MOSFET na wy¿sze napiêcie Uds 600->1000V, ale tak samo szybki Tranzystory maj± wbudowane diody, ale katod± do drenu, nie wiem, czy w tym wypadku pomagaj±.
  2. Miêdzy dren a ¿ród³o w³±czyæ el. zabezpieczaj±cy (transil, iskiernik, warystor, zenerka) czy co¶ takiego na U<600V (bo chyba nie w³±cza siê równolegle do cewki?)
  3. Zmieniæ cewkê na tak± o mniejszej samoindukcji uzwojenia pierwotnego ale z zachowaniem mo¿liwo¶ci generacji podobnego napiêcia na wtórnym (zdaje siê ¿e zale¿y to od energii zmagazynowanej w polu magnetycznym rdzenia...). Aczkolwiek nie uda³o siê podobno znale¿æ lepszej. Ta ma podobno (uzw. pierwotne) 3.8Ohm 10mH

St±d pytania:



  1. Zna kto¶ MOSFET na Uds>600V pr±d 15..20A i w miarê szybki. Obecnie u¿ywany STP20NM60 (STMicroelectronic) Uds=600V I=20A Toff 6..21ns
  2. Czy taki el. zabezpieczaj±cy ma sens, czy jest dostatecznie szybki i czy nie wp³ynie szybko¶æ wy³±czania tranzystora i na generacjê wysokiego napiêcia na wtórnym?
  3. Co do cewki to... niech sobie sami poszukaj± lub nawin±...
  4. Czy w praktyce da siê zast±piæ MOSFETA przez bipolarny ew. tyrystor bez pogarszania parametrów uk³adu?

PS. Czy "kickback" to okre¶lenie na takie szkodliwe napiêcie samoindukcji?



Trochę pomagają.

Bez znaczenia - w końcowym efekcie tak, jakbyś włączył równolegle. Dobry pomysł.

To se ne da. Jedno z drugim jest powiązane wprost i własnie na tym to polega.

I co - nie daje rady? Jestem z lekka zaskoczony.

Jest aż za szybki - nikt nie oczekuje takiego krótkiego czasu narastania.

Układy tyrystorowe działają na trochę innej zasadzie. Układy z bipolarnym na takiej samej jak z MOSFETem.

Ale ono nie jest szkodliwe - jest nieuniknione.

W uk³adach zap³onowych czêsto daje siê jeszcze kondensator równolegle do tranzystora oraz diody zenera wysokonapieciowe pomiedzy dren i bramkê. Wówczas tranzystor pracuje równie¿ jako zenerka duzej mocy.

RoMan Mandziejewicz napisa³(a) w wiadomo¶ci:

Zapyta³em, chocia¿ wydaje mi siê, ¿e napiêcie samoindukcji (Us) po przerwaniu obwodu ma odwrotn± polaryzacjê. Je¿eli jest tak: "+" zasilania -- cewka -- MOSFET -- GND, to Us na cewce bêdzie mia³o "-" na "+" zasilania a "+" na drenie, wiêc Uds=zasilanie+Us. Dioda wbudowana zabezpiecza przed odwrotn± polaryzacj±... Przy okazji: w³±czenie diody szeregowo miêdzy cewkê (anoda) a dren (katoda) te¿ chyba nic nie daje?

Nie bardzo wiem jakie napiêcie mo¿e siê zaindukowaæ. Wynalazcom chodzi pewnie o wyci¶niêcie nieco wiêcej z cewki ni¿ ustawa przewiduje.

Chodzi³o mi o zabezpieczenie równoleg³e do MOSFETa. Za szybki? To ¼le?

william napisa³(a) w wiadomo¶ci: ...

Czy ma on zadanie "z³agodzenie" kopniêcia samoindukcji?

Miêdzy dren a bramkê? A nie dren a ¿ród³o? Np. 2 wyskonapiêciowe zenerki przeciwsobnie (co by nie "omin±æ" MOSFETA przy normalnej pracy)

W³a¶nie nie :). Gdy dasz pomiêdzy dren i ¼ród³o to masz jakby 2 niezale¿ne elementy - tranzystor - klucz i diodê - ogranicznik. Oba jako elementy du¿ej mocy. Je¶li pr±d cewki to np. 5A to i zenerka musi wytrzymaæ te 5A. Je¶li za¶ dasz zenerkê pomiedzy dren a bramkê, to wystarcz± miniaturowe diody - po wystapieniu przepiêcia "wpuszczaj±" one napiêcie na bramkê, otwieraj±c tranzystor i redukuj±c napiecie do warto¶ci nap.zenera diod + napiecie otwarcia bramki. Jest to rozwi±zanie po prostu sensowniejsze "ekonomicznie" - masz tylko jeden element mocy - tranzystor a diodki ma³e, bez radiatorów. Oczywi¶cie stopieñ sterujacy tranzystora powinien byc oddzielony od bramki (i diod) rezystorem.

Jak chcesz pogodzić zapewnienie dużej rezystancji wyjściowej stopnia sterującego z wymaganiem dużego di/dt?

To jest jakis kompromis. Ale wyobra¼my sobie, ¿e MOSFET sterujemy +12V na bramce i jest tam pojemno¶æ 1nF. Za³ó¿my tez, ¿e stopieñ sterujacy bêdzie odseparowany rezystorkiem 220 om. W³±czenie /wy³±czenie tranzystora nast±pi w czasie poni¿ej 1us co powinno w tym zastosowaniu wystarczyæ. Z kolei sterowanie musi mieæ obcia¿alno¶c pr±dow± do 60mA co da siê zrealizowaæ zwyk³ym tranzystorkiem ma³ej mocy. Ewentualnie mo¿na by tez spróbowaæ zrobiæ sumowanie "cyfrowe" sygna³u sterujacego tranzystor i t³umienia przepiêcia z diod. Oczywi¶cie, ¿e taka praca tanzystora jako zenerki duzej mocy ma swoje ograniczenie w postaci szybko¶ci dzia³ania. Ale w tym zastosowaniu jest to akceptowalne i dlatego stosowane. Bo kondensatorek kilka nF równoleg³y z cewk± i tak ogranicza szybko¶æ. Uk³ad zap³onowy nie moze przecie¿ siaæ jak generator van der Grafa :)

1 nF dla MOSFETa o takiej mocy i napięciu szczytowym? Zapomnij i pomnóż co najmniej przez 10. Ale, po przyjrzeniu się parametrom MOSFETów wysokonapięciowych cienko widzę możliwość zastosowania ich do tego celu - za duża Rdson... MOSFETy o Rdson poniżej 1 oma to max 600V. Np. SSP10N60B - Rdson = 0.8oma @ Ugs 10V, Idmax = 9A, Udssmax = 600V, Qc = 54nC @ Ugs = 5V.

Jeśli spowolnisz MOSFETa to i przepięcia zmaleją.

Zakładając tak niską pojemność bramki...

Przekombinowane. Szereg Transili zapewni wystarczające tłumienie bez obawy przegrzania. Cewka 10 mH o rezystancji 3.9 om będzie miała prąd szczytowy max. 4A (zaokrąglone mocno w górę dla ułatwienia liczenia). Energia zgromadzona w cewce to I^2*L/2 czyli zaledwie 80 mJ. Sytuacja w której grozi przebicie tranzystora to przerwa w obwodzie wysokiego napięcia. Zakładamy najgorszy możliwy przypadek - awaria trafia się przy 6000 rpm - co dla silnika 4-suwowego, 4-cylindrowego z pojedynczą cewką oznacza 100 Hz. Czyli przez krótki czas masz do wytracenia moc zaledwie 8W. Dlaczego przez krótki? Silnik dość gwałtownie zwolni z braku iskry.

Ale nie ma potrzeby podgrzewania tranzystora mocy poprzez spowalnianie jego przełączania + ograniczanie napięcia. 'Sianie' można w prosty i bezpieczny sposób ograniczyć stosując dwójnik RC równolegle do MOSFETa. Sam MOSFET niech sobie przełącza szybko i bez zbędnych strat. Diody Transil sa przeznaczone do impulsowego wydzielania na nich dużych energii - MOSFETowi nie ma sensu utrudniać warunków pracy.

Hej! Bêdzie d³ugie, ale znam ju¿ szczegó³y (schemat a'la SPICE): Vcc 3 0 +14V L 3 2 10mH 3.8Ohm, wiêcej nie wiem, próbowano ró¿nych D1 2 1 (A K) dioda RHRP8120 (Fairhild) Ubr=1200V If=8A, szybka Q1 1 4 0 (D G S) STP20NM60 (ST) Uds=600V Ids=12A Rds<0.3Ohm Qg=54nC Cg=1.5nF Toff rzêdu 20ns (o ile reszta pozwoli...) V1 6 0 +12V zasilanie czesci sterujacej R1 6 4 220 Ohm Q2 4 5 0 (D G S) SUP40N06-25 (Vishay) kana³ n, Cg=1.8nF Toff=30..50ns Uds=60V

Bramka Q2 sterowana z wzm. operacyjnego (prostok±t/impuls). Mo¿liwo¶æ pod³±czenia do wêz³a 4. drugiej identycznej "koñcówki mocy"

Dziêki za wcze¶niejsze uwagi. Ale to nie ma byæ uk³ad zap³onowy. Chodzi o to, aby wycisn±æ (o ile cewkê szlag nie trafi) "trochê" wiêcej ni¿ w uk³. zap³onowym. St±d np. próby zwiêkszenia Vcc>14V.

Wydaje mi siê, ¿e nap. samoindukcji jest skierowane przeciwnie do "przyczyny" wiêc jego "+" na wê¿le 2. a "-" na 3. Zsumuje siê z Vcc w kierunku przewodzenia Q1 i D1. Czy D1 co¶ tu pomaga (poza "zmniejszeniem" Vcc), czy to tylko "gest rozpaczy"?

Gdy zwiêksza siê Vcc to podobno jest przebicie na Q1. Trzeba by go zabezpieczyæ... A poniewa¿ chodzi o wy¿sze napiêcie na wtórnym, wiêc chyba odpadaj± (?):

- kondensator "³agodz±cy" równolegle do cewki

- kondensator równolegle do Q1 (D S) No chyba, ¿e b. ma³y?

- spowalnianie wy³±czania Q1 przez spowolnienie sterowania

- pomys³ z wygaszaniem z zenerk± miêdzy D i G - Udg te¿ 600V, wiêc je¿eli przebija DS to mo¿e przebiæ do bramki? I chyba za wolne...

RoMan Mandziejewicz napisa³(a) w wiadomo¶ci:

Szereg transili miêdzy dren a ¿ród³o? Je¿eli tak to pytanie czy analogicznie do ³±czenia szeregowo diod prostowniczych na ni¿sze napiêcie przebicia, nie warto rónolegle do transili daæ po oporniku ze 100kOhm w celu równomiernego roz³o¿enia napiêcia? Chocia¿ tu w³a¶nie zale¿y na "przebiciu" diod wiêc chyba zbêdne?

Przebicie wtórne->pierwotne je¿eli wtórne nie ma "obci±¿enia" ? Czy te¿ o to, ¿e ca³a zmagazynowana energia ujawni siê w postaci nap. samoindukcji? (Podejrzewam, ¿e odbiornik mo¿e byæ w³a¶nie z gatunku: b. wysokie napiêcie-b. ma³y pr±d).

Tu nie zwolni. Próbuj± nawet wycisn±æ z cewki wiêksz± czêstotliwo¶æ

No w³a¶nie, chyba za wolne.

R z C szeregowo? Jakie¶ przyk³adowe warto¶ci? Bo je¿eli R ma³e to odpada - ujawni siê wp³yw C - spowolnienie...

A teraz nie bijcie! Jak siê ma w praktyce "transil" do zenerki mocy? Czy takie "gaszenie" samoindukcji transilami nie wp³ywa na zmniejszenie napiêcia na wtórnym? Czy s± cewki zap³onowe które maj± 4 wyprowadzenia? 2 pierwotne i 2 wtórne? Bo chyba jeden z wtórnych to obudowa i "-" pierwotnego.

Jeszcze raz dziêki.

Niepotrzebnie. Cewka ma przekladnie stosunkowo niewielka - wysokie napiecie sie bierze na samoindukcji. Chyba ze chodzi o wieksza moc.

Co do napiecia - ostroznie. Cewka swoja wytrzymalosc ma - sprobujesz za duzo, izolacje przebije, bedzie do wyrzucenia.

Gest niezrozumienia :-) Dobrze ci sie wydaje - ta dioda NIC nie da.

Najpierw trzeba zrozumiec co sie dzieje. Wylaczamy prad .. a cewka chce go podtrzymac. Skacze napiecie na pierwotnym zmierzajace do otwarcia tranzystora - czyli np z +14 robi sie +200. Jednoczesnie skacze napiecie na wtornym. Idealna sytuacja ma miejsce gdy prad podtrzymujacy zaczyna plynac przez wtorne.Wtedy wystarczy po pierwotnej stronie wytrzymac to wysokie napiecie. Gorzej jesli po wtornej stronie nie ma co podtrzymac pradu - wtedy prad musi poplynac po pierwotnej, a energia cewki laduje gdzies po pierwotnej stronie. W szczegolnosci moze byc to tranzystor, ktory przy odpowiednio wysokim napieciu przepusci potrzebny prad.

Podsumowujac:

- chcemy szybko wylaczyc prad,

- musimy wytrzymac wysokie napiecie,

- trzeba sie zabezpieczyc na wypadek braku obciazenia,

Wiele tranzystorow to po prostu wytrzyma - patrz szczegolowe dane techniczne nt przebicia.

Owszem. W zaplonie stykowym on IMHO mial przejac prad na czas rozsuwania stykow. Przejmowal prad, napiecie roslo powoli, dzieki czemu luk sie nie pojawial poki styki dzielila mikroskopijna odleglosc. Przy sterowaniu tranzystorem imho nie ma sensu. Moze byc jednak stosowany jako zabezpieczenie. Ma jednak te wade ze zre energie.

Nadal jest uzywany, ale w postaci gasika - niewielki kondensator, w szereg z rezystorem, do przejecia energii zanim inne zabezpieczenia nie zadzialaja.

Nawiasem mowiac - pojemnosc wlasna cewki ogranicza od gory maksymalne napiecie ..

zasadniczo to samo co wlaczony do cewki.

Ograniczy mozliwosc zniszczenia tranzystora przez ograniczenie generowanego napiecia .. chyba nie o to chodzilo :-)

Pomysl generalnie dosc dobry - spowolnienie wylaczania z "automatyka" utrzymania wysokiego napiecia. Klopotem jest brak zenerek na 600V - trzeba by skladac ze 20 szt. Neonowki raczej odradzam - po zapaleniu pojdzie duzy ladunek na bramke, moze tego nie wytrzymac. Bipolarne sa jednak bardziej odporne.

Cecha tego pomyslu jest ze energia odklada sie w tranzystorze - co jest i wada [podgrzac moze ponad miare] i zaleta [tranzystor i tak ma duza moc, znalezc zenerke czy transila na taka moc moze byc trudniej]

No owszem - przyda sie wieksze napiecie zasilania, ale moze warto rozejrzec sie za innym rdzeniem ? Cewka jest jednak z blach, projektowana na 100Hz. Byle TV ma trafoi na 15kHz.

J.

(...)

miejsce

Jedna uwaga: w "idealnej sytuacji" (ktorekolwiek uzwojenie obciazone tak, zeby zagwarantowac opadanie strumienia magnetycznego z takim samym nachyleniem) nie byloby zadnego przepiecia, a jedynie "odbicie" napiecia zasilajacego (specjalisci od flybacka wyjasnia :) ). Sek w tym, ze cewka zaplonowa w normalnym zastosowaniu zaczyna byc obciazona dopiero gdy wystapi iskra - a do tego momentu pracuje rezonansowo na pojemnosc wlasna - i to tylko ogranicza napiecie na kluczu, ale ciezko okreslic, do jakiej wartosci. "Dogaszanie" tego napiecia powoduje marnowanie energii.

pozdrawiam entrop3r

Witam Proponujê rozejrzeæ siê za dedykowanymi elementami. Ogólnie nale¿y szukaæ Ignition Coil Driver. W STM znajdziemy nieco darlingtonów do tego celu, np BU941

Nowocze¶niejszym rozwi±zniem s± IGBT, np: ISL9V2040D3S

EcoSPARKTM 200mJ, 400V, N-Channel Ignition IGBT Fairchild.

Zawieraj± one wbudowane zabezpieczenia. Raczej nie ma co wymy¶laæ innego rozwi±zania...

Pozdr

EM

Join the Discussion

Have something to add? Share your thoughts — no account required.

Didn't find your answer?

Ask the community — no account required