Ayuda para aprender de un error al conectar un osciloscopio

Question

He construido este circuito para atenuar una lámpara con una señal PWM. Tenía un problema en el que el MOSFET se calentaba mucho. Así que quería saber qué estaba pasando en la puerta del MOSFET.

Apagué la señal PWM y con mi multímetro medí \$V_{GS}\$ como 12V. Ahora confiado en que puedo mirar la forma de onda con mi pequeño osciloscopio USB (con capacidad de 20V) lo conecté. Bammm, las luces se apagan y me quedo con un osciloscopio y el PC que estaba conectado a él.

Estoy bastante triste por haber roto mi PC. Sin embargo, tengo que saber lo que salió mal, así que estoy aquí.

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Sobre el problema del MOSFET caliente: Resulta que había un error en el código que hacía que la frecuencia PWM fuera muy alta. Asegurándose de que era de 200Hz se solucionó el sobrecalentamiento y el dimmer parece estar funcionando como se pretende ahora.

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editar:

MOSFET: IXTQ40N50L2

Optoacoplador: ILQ2

Answer 1

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Figura 1 a, b y c.

Como el circuito no está aislado, la línea inferior de su circuito se mueve con la tensión de la red.

• En los semiciclos positivos (b) la parte inferior de M2 se mantendría normalmente a unos 0,7 V por encima de la tensión neutra. Dado que está conectado a la tierra de la red, es decir, 0,7 V por encima de la tierra. Dado que el osciloscopio y el PC ofrecen un camino de menor resistencia a tierra que el diodo, la corriente fluirá a través de ellos y no del diodo. Su equipo podría sobrevivir a los 0,7 V si la resistencia del cable es lo suficientemente alta como para limitar la corriente.
• En los semiciclos negativos (c) la parte inferior de M3 es arrastrada a -170 V de pico (si está en la alimentación de 120 V). Una alta corriente fluirá desde la tierra del PC / osciloscopio ya que está proporcionando un cortocircuito desde la tierra. Esta corriente probablemente quemó varias trazas de tierra en los PCBs por los que pasó. Una vez que se fueron, el voltaje se habría aplicado a los chips, etc., y se destruyeron también.

Es una lección dura, así que apréndela bien. Asegúrate de entender la lógica de la explicación anterior. Si puedes hacerlo, habrás aprendido más por el coste de reemplazar tu equipo que muchos en los cursos de pago.

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Dado que el problema de la utilización de osciloscopios en circuitos de red surge con frecuencia en EE.SE, lo siguiente puede ser de ayuda.

Figura 1 y 2. Juego de sondas y escopímetro de Fluke. Observe el conector "BNC" aislado y los cables, incluido el enchufe negro del cable de la pinza de tierra (que se conecta al lado de la sonda). El medidor viene con un enchufe de alimentación que no hace contacto con las partes internas hasta después de insertar el metal expuesto. En el lateral del osciloscopio se puede ver un puerto serie óptico.

Los instrumentos como el escopio de la figura 2 están totalmente aislados. Como resultado, la tierra del osciloscopio puede conectarse a cualquier punto del circuito investigado, incluida la línea negativa rectificada de la figura 1. Incluso cuando está en carga, el dispositivo está totalmente aislado de la tierra de la red. El único punto que hay que vigilar es que las pinzas de tierra de las sondas de los canales A y B suministradas no estén conectadas a dos potenciales diferentes.

Answer 2

El circuito mostrado está conectado a la red eléctrica sin ningún tipo de aislamiento. La medición de Vgs con un multímetro es segura porque el multímetro está "flotando" con respecto a la red eléctrica.

Pero un PC no es flotante. El PC suele tener la carcasa conectada a tierra, lo que significa que el blindaje metálico del conector USB también está conectado a tierra con la red eléctrica a través de la carcasa del PC.

Por ello, conectar el osciloscopio USB al circuito conectado a la red eléctrica es inevitablemente desastroso. Cuando se hace esto, la tensión de red empujará la corriente a la caja del PC (o a las líneas de datos del USB, depende de la sonda que se conecte) para devolverla a la tierra.

Todos los circuitos conectados a la red eléctrica deben estar instrumentados con equipos flotantes. Puede que estés a salvo si utilizas un portátil en lugar de un PC, pero tampoco es tan seguro a menos que aísles realmente todo lo que rodea al portátil y te asegures de que éste está realmente flotando con respecto a la tierra.

Answer 3

Tan cerca, pero el desastre. Los recursos de la web deben comprobarse dos veces, especialmente cuando se trata de circuitos de tensión de línea. Circuito-Lab deberían ser notificados de que han publicado un asesino de PCs garantizado, y un posible asesino de personas. Estas costosas lecciones nunca son olvidadas por los que sobreviven.
Te felicito por descubrir que el PWM rápido causa un MOSfet caliente, y que el PWM lento es una solución. Una revisión del circuito que reduzca la resistencia de 180K a 10K también ayudará un poco. Tu solución de PWM muy lento de 200Hz. es también una solución decente. Ten cuidado de elegir frecuencias que sean múltiplos de la frecuencia de la línea - por ejemplo, elegir 240 Hz. cuando la frecuencia de la línea es de 60 Hz. dará un efecto óptico interesante.
La principal revisión de este circuito para evitar la catástrofe implica aislar completamente la fuente PWM del driver MOSFET, así: También hay que tener cuidado con la elección de los componentes. El BR1 debe tener una tensión nominal que permita soportar fácilmente la tensión de línea de pico a pico. También debe ser capaz de pasar la corriente de la lámpara con un margen considerable, ya que las lámparas requieren una corriente de sobrecarga cuando están frías, hasta que alcanzan la temperatura de funcionamiento. El diodo D1 puede ser un diodo pequeño, ya que se requiere poca corriente, pero debe ser capaz de soportar al menos la tensión de pico de la línea. Sería más seguro elegir un valor nominal de tensión de pico a pico de la línea.
Probar este circuito con cualquier osciloscopio es un "asesino de alcance". Ningún osciloscopio que he utilizado podría soportar su conexión a tierra (referencia 0v) que va a cualquier parte de este circuito que no sea la fuente PWM. Si tu osciloscopio USB tiene una hoja de especificaciones, busca cuidadosamente su límite de tensión en modo común . Esto le indica a qué distancia de tierra puede desviarse su circuito de entrada antes de que falle alguna parte del mismo. Algunos son sólo unos pocos voltios. Este circuito requeriría cientos de voltios de rango de modo común. Asuma siempre que la referencia de 0v de un 'scope está conectada directamente a tierra, y tenga siempre en cuenta que la mayoría de las partes de este circuito resultarán en un fallo espectacular cuando se conecten a tierra.

Answer 4

Entienda que las lámparas de tungsteno tienen un gran aumento de temperatura >3200'C y NTC de 10:1 de resistencia fría a caliente, por lo tanto, si los pulsos PWM a un ritmo lento o demasiado rápido, Ipk puede llegar a 10 veces la corriente nominal de la bombilla o tener grandes pérdidas dinámicas y FET RdsOn con la resistencia puede se calienta con I^2R=Pd

Obsérvese que la línea y el neutro no están etiquetados, y que ni V+ ni V- están a tierra, pero sabemos que el neutro está al menos conectado a tierra en el transformador exterior. Por lo tanto, sin cuidado, usted puede estar conectando la tierra de la sonda a la línea rectificada en lugar de 2 gotas de diodo desde el neutro.

Para ello se necesitan dos sondas de 10M con capacidad para 400v en modo diferencial A-B.

Answer 5

Considere que su PC se sacrificó para salvar su vida.

Como nota adicional, estas mediciones pueden realizarse utilizando los llamados concentradores USB aislados:

Estos permiten que haya varios kV entre su PC (que normalmente está conectado a tierra y es seguro tocarlo) y equipos como los osciloscopios USB que pueden estar bajo tensión. Por supuesto, debe saber lo que está haciendo (por ejemplo, sólo tocar el osciloscopio cuando la energía está desconectada y todos los tapones de alta tensión se han descargado).