SCR en este circuito explotó - ¿por qué?

Question

Algunas de nuestras placas tienen un SCR dañado. Hoy presencié uno en persona. El SCR explotó al encenderlo. Una parte de su material de embalaje salió volando junto con un sonido explosivo. El cadáver resultante del SCR se muestra aquí:

Tengo algunas preguntas sobre el circuito:

Q1 (S6020L) es el SCR en cuestión. Está clasificado a 600V, 20A. La entrada de CA es 220V. Lo que hice fue:

1. Desconectar CA/Apagar la energía.
2. Descargar C5
3. Encender. En el mismo momento, Q1 explotó en pedazos.

Si el SCR se enciende cuando la señal de CA rectificada está cerca de su pico y el voltaje en C5 está cerca de cero, imagino que hay una corriente de entrada enorme para cargar el condensador grande.

Las preguntas que tengo son:

1. ¿Cómo calculo la magnitud y duración de esta corriente de entrada?
2. ¿La corriente de entrada excede la especificación de este SCR en particular?

El puente rectificador, GBJ2006, no está dañado en este caso.

Hemos producido y vendido algunas centenas de placas. Ha habido algunas instancias de este problema. Me pregunto si debemos de alguna manera cambiar el diseño (no soy un experto en hardware).

El SCR en cuestión no es realmente de Littelfuse, pero coincide con el S6020L en la especificación, según escuché de nuestro diseñador de hardware. No tengo idea de qué fabricante es y estoy tratando de determinar si es un problema de diseño o de calidad de la pieza.

El MCU (no está en los esquemas adjuntos) ve la señal de SYNC y activa el SCR en momentos apropiados para aumentar el voltaje en C5. De esta forma, la corriente de entrada se reduciría considerablemente. El problema es que antes de que mi software tome el control, puede haber una falla que active el MOC3052M al encender la energía. Esto es algo único y después de eso, el software toma el control total. Tengo dudas sobre la calidad de la parte del SCR porque esta corriente de entrada no es repetitiva. El momento en que presencié la explosión del SCR es sin carga y justo al encender el interruptor de energía. Sé que la solución obvia es deshacerse de la falla; sin embargo, solo quiero saber si esta parte está defectuosa.

HV_Bus (C5) está conectado a un motor de 1.25 HP, cuyo otro terminal está conectado a un MOSFET. El MCU encenderá y apagará el MOSFET con una señal PWM y C5 se descarga con esta carga. Cuando la señal PWM está activa, el MCU activa el SCR con una frecuencia de 2kHz y mantiene cargado C5.

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Peligros de la red eléctrica:

Answer 1

La única limitación segura del actual es tu bobina de modo común y tu cableado interno.

El S6020L (si tu SCR realmente cumple con las especificaciones) es capaz de un pulso único de 0.01 segundos y 255A a temperatura ambiente. Entonces, si tu cableado + bobina CM es menos de alrededor de un ohmio (y no lo será), no hay garantía de que no excedas las especificaciones máximas (y cabe destacar que realmente deberías mantener la distancia razonablemente alejado de estos límites de pulso único a temperatura ambiente: podría estar más caliente que la temperatura ambiente y las sobretensiones repetitivas eventualmente podrían dañar el SCR).

Dado que tienes una señal de sincronización, y presumiblemente un procesador que la lee, creo que la mejor solución podría ser un cambio de firmware que active el SCR solo en el cruce por cero. La corriente entonces estará limitada por el dv/dt de la línea principal en el cruce por cero. A 220V RMS, y \$\omega\$ = 2\$\pi\$50 = aproximadamente 0.1V/microsegundo, por lo que la corriente estará limitada a 56A, muy dentro de las especificaciones.

En caso de que eso falle, tal vez podrías cambiar el opto-triac por uno que tenga detección de cruce por cero incorporada (por ejemplo, MOC3063), pero no he mirado cuidadosamente para ver si funcionará con tu configuración de diodos, es posible que necesites poner una resistencia a través de C1, por ejemplo.

Answer 2

Probablemente necesitas un disparador de cruce por cero para el SCR

El MOC3052 es no cruce por cero y puedes dispararlo en cualquier parte del ciclo de red. Hazlo cerca del pico del ciclo con un condensador descargado y puedes esperar obtener lo que estás obteniendo.

Puedes obtener aisladores de cruce por cero en la misma serie que son compatibles con el MOC3052.

Por ejemplo, el MOC3063 parece más que adecuado - 600V Vmax (igual que el MOC3052) y 5 mA de corriente de disparo máxima contra 10 mA. Se puede encontrar una coincidencia más cercana si se desea.

Si disparas el SCR en el cruce por cero, el SCR conducirá hacia adelante cuando V_DC_Rectificado exceda V_C5 y tendrá una corriente de entrada inicial de cero.

Probablemente no es necesario D1.
Si realmente estuviera implementando esto, revisaría detenidamente las hojas de datos relevantes para asegurarme de que todas las polaridades y voltajes estuvieran bien en todo momento, PERO parece estar bien a simple vista.

Answer 3

Parece que has analizado bien el problema. Tienes un dispositivo que claramente está fallando debido al sobrecalentamiento, y la única ruta obvia para que la corriente fluya a través del SCR es desde el rectificador hasta C5.

Tienes un par de opciones. Una es usar un SCR más grande, como sugieres. Desafortunadamente, la corriente a través del SCR en ese caso será difícil de predecir, porque no conoces la impedancia de tu fuente.

Como pregunta más profunda, no estoy seguro de qué está haciendo ese SCR en este circuito. Parece que podría estar destinado como una precarga, pero no hay una ruta de precarga real. Una mejor opción podría ser poner una resistencia alrededor de ese SCR y retrasar su disparo durante algún período después del arranque. Solo necesitas retrasar tal vez por tres constantes de tiempo (R de tu nueva resistencia por 560 uF), así que si sabes cuál es el retraso de disparo de tu circuito actual, puedes elegir R apropiadamente.

Answer 4

Creo que el problema radica en que estás aplicando un "tierra no aislada" al plomo inferior del SCR, lo que causa que se aplique el voltaje completo a través del SCR, haciendo que circule una corriente enorme a través de él, ¡lo que hace que se sobrecaliente y explote! Lo más probable es que el motor no esté aislado, que haya una inversión de los cables caliente y neutro, etc.

Answer 5

El problema es C1, cuando el sistema se enciende, C1 proporciona voltaje "+" a la compuerta por un tiempo, cuando el ánodo está conectado a V_CC y C5 está inicialmente en cortocircuito, el cátodo está a tierra, por eso el SCR explota, sugiero eliminar C1.