Aide à apprendre d'une erreur de connexion d'un oscilloscope

J'ai construit ce circuit pour atténuer une lampe avec un signal PWM. Il y avait un problème où le MOSFET devenait vraiment chaud. Je voulais donc savoir ce qui se passait à la porte du MOSFET.

J'ai désactivé le signal PWM et avec mon multimètre, j'ai mesuré comme 12V. Maintenant confiant que je peux regarder la forme d'onde avec mon petit oscilloscope USB (évalué à 20 V), je l'ai connecté. Bammm, les lumières s'éteignent et je me retrouve avec un oscilloscope en briques et un PC qui y étaient connectés.$V_{GS}$

Je suis assez triste d'avoir cassé mon PC. Cependant, je dois savoir ce qui n'a pas fonctionné, alors je suis ici.

À propos du problème avec le MOSFET chaud: Il s'avère qu'il y avait un bug dans le code rendant la fréquence PWM très élevée. S'assurer qu'il était à 200 Hz a corrigé la surchauffe et le gradateur semble fonctionner comme prévu maintenant.

modifier:

MOSFET: IXTQ40N50L2

Optocoupleur: ILQ2

Le circuit illustré est un secteur CA connecté sans aucune sorte d'isolement. La mesure de Vgs à l'aide d'un multimètre est sûre car le multimètre est «flottant» par rapport à l'alimentation secteur.

Mais un PC ne flotte pas. Le PC a normalement le boîtier mis à la terre, ce qui signifie que le blindage métallique sur le connecteur USB est également mis à la terre au point d'alimentation secteur via le boîtier du PC.

En tant que tel, la connexion de l'oscilloscope USB au circuit connecté au secteur est inévitablement désastreuse. Lorsque cela est fait, la tension secteur pousse le courant dans le boîtier du PC (ou dans les lignes de données USB, selon la sonde connectée) pour être renvoyé à la terre.

Tous les circuits reliés au réseau doivent être instrumentés par un équipement flottant. Vous pourriez être en sécurité si vous utilisiez un ordinateur portable au lieu d'un PC, mais ce n'est pas si sûr non plus, sauf si vous avez vraiment tout isolé autour de l'ordinateur portable et que votre ordinateur portable flotte vraiment par rapport au sol.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Figure 1 a, b et c.

Puisque le circuit n'est pas isolé, la ligne de fond de votre circuit se déplace avec la tension secteur.

• Sur des demi-cycles positifs (b), le bas de M2 ​​serait normalement maintenu à environ 0,7 V au-dessus de la tension neutre. Étant donné que cela est connecté à la terre - c'est 0,7 V au-dessus de la terre. Étant donné que l'oscilloscope et le PC fournissent un chemin de résistance à la terre inférieur à la diode, le courant les traversera plutôt que la diode. Votre équipement peut survivre à 0,7 V si la résistance du câble est suffisamment élevée pour limiter le courant.
• Sur les demi-cycles négatifs (c), le bas de M3 est tiré à -170 V crête (si vous êtes sur une alimentation 120 V). Un courant élevé s'écoulera de la masse du PC / oscilloscope car il fournit un court-circuit à la terre. Ce courant a probablement brûlé plusieurs traces de terre sur les PCB qu'il traversait. Une fois qu'ils avaient disparu, la tension aurait été appliquée aux puces, etc., et ils ont également été détruits.

C'est une leçon difficile, alors apprenez-la bien. Assurez-vous de comprendre la logique de l'explication ci-dessus. Si vous pouvez le faire, vous en aurez appris plus sur le coût de remplacement de votre équipement que beaucoup dans les cours payants.

Étant donné que le problème de l'utilisation des oscilloscopes sur les circuits d'alimentation se pose fréquemment sur EE.SE, les éléments suivants peuvent être utiles.

Figure 1 et 2. Scopemètre et ensemble de sondes Fluke. Notez le connecteur et les fils «BNC» isolés, y compris la fiche noire sur le fil de la pince de terre (qui se branche sur le côté de la sonde). Le lecteur est livré avec une prise d'alimentation qui n'entre en contact avec les composants internes qu'après l'insertion du métal exposé. Un port série optique est visible sur le côté de la lunette.

Les instruments tels que le scopemètre de la figure 2 sont entièrement isolés. Par conséquent, la masse de l'oscilloscope peut être connectée à n'importe quel point du circuit étudié, y compris la ligne négative rectifiée de la figure 1. Même lorsqu'il est en charge, l'appareil est complètement isolé de la terre du réseau. Le seul point à surveiller est que les pinces de terre des sondes de canal A et B fournies ne sont pas connectées à deux potentiels différents.

Si proche et pourtant désastreux. Les ressources Web doivent être revérifiées, en particulier en ce qui concerne les circuits de tension de ligne. Circuit-Lab devrait être informé qu'il a publié un PC-killer garanti et un éventuel tueur de personnes. Ces leçons coûteuses ne sont jamais oubliées par ceux qui survivent.
Félicitations pour avoir découvert que PWM rapide provoque un MOSfet chaud, et PWM lent est une solution. Une révision du circuit qui réduit la résistance de 180K à 10K aidera également quelque peu. Votre solution de PWM très lent de 200Hz. est également une solution de rechange décente. Faites attention de choisir des fréquences qui sont des multiples de la fréquence de ligne - par exemple, en choisissant 240 Hz. où la fréquence de ligne est de 60 Hz. donnera un effet optique intéressant.
La principale révision de ce circuit pour éviter les catastrophesimplique d'isoler complètement la source PWM du pilote MOSFET, comme ceci: Il faut également veiller à bien choisir les composants. BR1 doit être évalué en tension pour prendre facilement la tension de ligne crête à crête. Il doit également être conçu pour laisser passer le courant de la lampe avec une marge de sécurité considérable, car les lampes nécessitent un courant de surtension lorsqu'elles sont froides, jusqu'à ce qu'elles atteignent la température de fonctionnement. La diode D1 peut être une petite diode, car elle nécessite peu de courant, mais elle doit être évaluée pour au moins la tension de crête de la ligne. Il serait plus sûr de choisir une tension nominale de tension de ligne crête à crête.
Sonder ce circuit avec n'importe quel oscilloscopeest un «tueur de portée. Aucune portée que j'ai utilisée ne pouvait résister à sa connexion à la terre (référence 0v) allant à n'importe quelle partie de ce circuit autre que la source PWM. Si votre oscilloscope USB possède une fiche technique, recherchez soigneusement sa limite de tension en mode commun . Cela vous indique à quelle distance de la terre son circuit d'entrée peut dévier avant qu'une partie de celui-ci ne tombe en panne. Certains ne sont que quelques volts. Ce circuit nécessiterait des centaines de volts de gamme en mode commun. Supposez toujours que la référence 0v d'un oscilloscope est directement connectée à la terre, et gardez toujours à l'esprit que la plupart des parties de ce circuit entraîneront une défaillance spectaculaire lors de la mise à la terre.

Comprenez que les lampes au tungstène ont une grande élévation de température> 3200'C et un NTC de 10: 1 résistance froide à chaude, donc si PWM impulsions à un rythme lent ou trop rapide, Ipk peut atteindre 10x le courant nominal de l'ampoule ou avoir de grandes pertes dynamiques et FET RdsOn avec résistance peut se réchauffer avec I ^ 2R = Pd

Notez que la ligne et le neutre ne sont pas étiquetés, et ni V + ni V- ne sont à la terre mais nous savons que le neutre est au moins mis à la terre au transformateur extérieur. Ainsi, sans précaution, vous pouvez connecter la masse de la sonde à la ligne redressée au lieu de 2 gouttes de diode du neutre.

Cela nécessite deux sondes de 10 M pour 400 V en mode AB différentiel.

Considérez que votre PC s'est sacrifié pour vous sauver la vie.

En guise de note, ces mesures peuvent être effectuées à l'aide de concentrateurs USB isolés:

Ceux-ci permettent plusieurs kV entre votre PC (qui est généralement mis à la terre et sûr à toucher) et des équipements tels que des portées USB qui peuvent devenir actives. Bien sûr, vous devez toujours savoir ce que vous faites (par exemple, ne touchez la lunette que lorsque l'alimentation est coupée et que tous les bouchons HV ont été déchargés).