Qu'est-ce qui a causé cet échec IGBT?

J'ai connecté le circuit ci-dessous, un circuit d'allumage transistorisé, et cela a fonctionné pendant quelques minutes, puis il a cessé de fonctionner (moteur arrêté, ne redémarre pas). Quand il a cessé de fonctionner, je ne sentais rien qui avait clairement surchauffé sur la planche et je n'ai pas observé de fumée.

J'ai amené la carte dans le laboratoire, je l'ai connectée à une alimentation électrique et j'ai testé les tensions à différents nœuds pour que l'interrupteur du disjoncteur soit ouvert et fermé. J'ai utilisé une charge de 20 ohms à la place de la bobine.

J'ai trouvé que le TIP31 s'allumait correctement lorsque le commutateur de points était ouvert de telle sorte que (tension de collecteur du BJT / tension de grille de l' IGBT ) et la tension de base de Q1 = 0,63 V, donc le TIP31 semble être fonctionner correctement. L'IGBT doit être "Off" avec une tension de grille de 0,02 V, mais à la place, je mesure une chute de 4,3 V à travers la résistance de charge de 20 ohms (qui est à la place de la bobine illustrée dans le schéma), ce qui signifie que l'IGBT conduit .21A avec une charge de 20 ohms.$V_c=.02V$

Je ne peux que spéculer sur les raisons de l'échec de l'IGBT, et j'espère que quelqu'un qui a de l'expérience pourra me donner une meilleure idée. Je devais comprendre que les IGBT étaient très bien adaptés à la commutation de charge inductive. Ai-je choisi un IGBT mal adapté à cette application? Aurait-il pu surchauffer et brûler sans que je m'en aperçoive? Plus important encore, une mauvaise conduction est-elle un mode de défaillance typique des IGBT?

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

Je pense qu'il peut y avoir deux raisons. Tout d'abord, voici un transistor qui est spécifié pour une utilisation dans les systèmes d'allumage et notez qu'il a un circuit de protection intégré qui remettra le transistor en marche (se protégeant ainsi) si la tension au collecteur dépasse 350V.

Normalement, les allumages de voitures ne généreront pas beaucoup plus qu'un pic de 300V et pour le démontrer, voici une autre photo prise à partir de ce site: -

Ce site explique également autre chose qui a pu entraîner l'échec de l'IGBT. L'angle de séjour est la période de temps pendant laquelle les contacts sont fermés avant l'ouverture pour «générer» l'étincelle. Sur le diagramme ci-dessus, cela représente environ 3 ms (notez la partie la plus basse de la trace juste avant le "tir". Pendant cette période, le courant dans la bobine (de la batterie) augmente jusqu'à environ 8A - ce 8A est considéré comme la bonne quantité de courant pour générer la bonne quantité d'énergie pour produire une étincelle décente.

Si vous doubliez votre temps de séjour (en ignorant la résistance de la bobine), vous obtiendriez 16A - c'est une chose linéaire dans le temps et si bien sûr votre disjoncteur de points était juste un disjoncteur à l'ancienne qui pouvait prendre un gazillion d'ampères, cela ne le dérangerait pas beaucoup sur l'angle de maintien et cela signifie que vous avez probablement dépassé la cote actuelle de l'IGBT et qu'il est frit sans que vous le sachiez.

Voici un article de référence intéressant pour construire votre propre allumage de voiture en utilisant une minuterie 555 - il, je soupçonne qu'il définit l'angle de maintien.

Très probablement, l'IGBT a été tué par un recul inductif de la bobine. La majeure partie de l'énergie du primaire aurait dû être transférée au secondaire, mais il y a toujours une certaine inductance de fuite . Cette inductance de fuite est l'inductance du primaire qui n'est pas couplée au secondaire, elle ressemble donc à une inductance simple en série avec la partie du primaire qui est couplée. Cet inducteur peut provoquer un rebond s'il est éteint brusquement.

Le symptôme que vous voyez est exactement ce à quoi vous vous attendez dans cette situation. Le transistor le prend pendant un certain temps, mais finalement les impulsions à haute tension l'endommagent, donc le circuit cesse de fonctionner. Le fait que le transistor présente maintenant une fuite importante hors tension en est une bonne preuve. Il s'agit d'un mode de défaillance courant résultant de courtes pointes de surtension.

Comme je l'ai déjà dit, un IGBT n'est pas le meilleur choix ici. Il n'y a aucune raison pour laquelle vous avez besoin d'un FET pour conduire le NPN à l'intérieur de l'IGBT pour vous. Vous pouvez modifier un peu le circuit pour piloter directement un NPN.

Quoi que vous utilisiez pour le commutateur, il devrait être évalué pour une tension assez élevée, comme quelques 100 V, ou vous devez en quelque sorte fixer la tension de retour.

Ajoutée:

Je l'ai dit dans un commentaire, mais cela appartient vraiment ici dans la réponse. 600 V est une valeur raisonnable pour l'élément de commutation, mais vous avez toujours besoin d'une sorte de pince. En fonctionnement normal, la majeure partie de l'énergie du noyau magnétique sortira du secondaire et provoquera une étincelle au niveau de la bougie. Cependant, si le secondaire a été déconnecté, tout ce que vous avez est le primaire agissant comme un inducteur simple. Toute l'énergie reviendrait alors dans le circuit de conduite, ce qui peut facilement provoquer plus de 600 V à travers l'interrupteur.

Sans pince, vous comptez sur des caractéristiques peu fiables. Une sorte de pince à 550 V ou moins est requise. Une façon d'y parvenir est d'utiliser le transistor de commutation comme pince. Demandez à quelque chose de le forcer à nouveau lorsque la tension atteint environ 500 V. C'est toujours une tension suffisamment élevée sur le primaire pour provoquer la haute tension nécessaire sur le secondaire, mais cela protège le circuit de commande de l'inductance de fuite du primaire, ou lorsque le secondaire est complètement déconnecté.

Votre circuit est pratiquement garanti de tomber en panne si la bougie est jamais déconnectée du secondaire.

Les IGBT pour l'allumage sont spécialement conçus pour absorber l'énergie de la bobine en cas de besoin. Informations complètes sur https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-8208.pdf.pdf

Les IGBT à usage général ne sont pas conçus pour cette application spécifique

La réponse ci-dessus au sujet de la temporisation arrive au problème. Le problème est que lorsque le moteur tourne à bas régime, les points sont fermés pendant "longtemps".
En règle générale, une bobine automobile saturera magnétiquement en environ 4 millisecondes. Après cela, il devient une résistance mesurant une fraction d'un ohm. À basse vitesse, les points sont fermés pendant beaucoup plus longtemps que 4 ms. En supposant que 12V à la bobine et 0,5 ohm pour la résistance de la bobine, vous obtenez E / R = I ou 12 / 0,5 = 24 ampères. Le problème est donc de savoir comment limiter la tension temporelle ressentie à travers la bobine ou limiter le courant d'une autre manière. Le moyen le plus simple (qui était courant dans les systèmes d'allumage "Kettering") était de mettre une résistance de limitation de courant en série avec la bobine. De cette façon, lorsque la bobine est devenue magnétiquement saturée,
Vous pouvez probablement obtenir une "résistance de ballast" Chrysler dans un magasin de pièces automobiles et la mettre en série avec la bobine. Vous obtiendrez moins de RPM d'allumage, mais le courant maximum vers l'IGBT sera conforme aux spécifications.
Si vous mettez un condensateur en parallèle avec la résistance, vous pouvez faire mieux parfois. Vous voulez que la valeur du condensateur vous obtienne une constante de temps avec la résistance quelque part autour de 4 ms. De cette façon, le condensateur se chargera lorsque la bobine approchera de la saturation. Lorsque le moteur tourne à haut régime, vous verrez près de 12 V à travers la bobine lorsque les points s'ouvrent, vous donnant une bonne étincelle. À basse vitesse, les points se fermeront, l'IGBT conduira, le condensateur se chargera complètement et une grande partie de la tension tombera à travers la résistance. Cela signifie que la tension aux bornes de la bobine et le courant dans le primaire de la bobine seront faibles, ce qui réduira l'étincelle (courant delta) lorsque les points / IGBT s'ouvriront. Ce sera probablement encore suffisant pour faire tourner le moteur. Une autre façon de faire serait de transformer le circuit de commande en un seul coup en couplant capacitivement la base du TIP31 ou la grille / la base du dispositif de commande. De cette façon, vous pouvez générer une impulsion de marche d'environ 4 ms.
Cela fonctionne très bien à basse vitesse, mais à grande vitesse, l'étincelle sera vraiment tardive. À 3600 tr / min, une révolution est d'environ 16 ms. Si vous êtes en retard de 4 ms pour tirer, cela représente 1/4 de révolution. Vous pouvez configurer le circuit avec un interrupteur, vous commencez donc avec le variateur couplé capacitivement et passez au variateur droit pour un fonctionnement à pleine vitesse. Il ne serait probablement pas difficile de charger un circuit de réservoir qui fera le commutateur automatiquement lorsque le régime moteur atteindra un régime choisi. John

Avez-vous utilisé un dissipateur thermique approprié pour l'IGBT? Dans les fiches techniques, il convient de mentionner la puissance thermique produite. Ensuite, vous pouvez calculer le besoin requis pour refroidir l'IGBT sur la base, par exemple, des fiches techniques Semikron du producteur d'IGBT (utilisez Google). Ils ont généralement besoin d'un refroidissement assez massif, en particulier lorsque les courants approchent des limites.

Après avoir cassé l'IGBT, cela peut fonctionner d'une manière ou d'une autre, mais certainement pas correctement (une sorte de tension ou de courant peut exister sur / à travers le composant). C'est assez habituel avec de nombreux dispositifs semi-conducteurs.

Pour arrêter l'IGBT, vous avez besoin de -15 V (signal d'arrêt), pas de GND.

Le retour en arrière (rebond) dans le primaire peut être géré avec une diode schottkey de taille appropriée à travers l'enroulement. (cathode à 12V et anode au collecteur IGBT). La tension inverse de la diode (ou de la pile de diodes) devra tolérer la tension transitoire maximale et devra être évaluée pour le courant côté primaire maximum plus l'espace libre.