¿Por qué mis MOSFETs del canal P siguen muriendo en este puente H?

Question

Así que este es mi puente H: Cada vez que empiezo a usarlo en una dirección, el canal P MOSFET y el NPN BJT que pertenecen a la dirección usada mueren en segundos. El MOSFET muerto y el BJT desarrollando un cortocircuito para que no pueda usar más la otra dirección. ¡Mueren sin que se note el calor o el humo!
El controlador es un arduo uno, y sólo los MOSFETs de canal N se manejan con señal PWM, los canales P están conectados a simples pines de salida digital. La frecuencia PWM es la predeterminada de 490Hz para pines digitales 9 y 10 (cada salida de PWM es individual). Ya he matado 4-5 pares de MOSFET + BJT del canal P, podría pasar en ambos lados. (Depende de la dirección que use primero.) El motor es un limpiaparabrisas de coche de 12V DC, la fuente de alimentación es de 12V 5A. Las tomas de corriente de 12V y 5V están conectadas.

Hay dos cosas que pueden ser verdad, pero no estoy 100% seguro ya que no lo he probado a fondo:

• en la versión anterior usaba resistencias de 1k para R7 y R8, y no tuve ningún problema. Lo intentaré de nuevo pero me estoy quedando sin MOSFETs del canal P ahora
• cuando corte el par frito de MOSFET + BJT, puedo usar la otra dirección sin matar el par restante de MOSFET + BJT.

Por favor, ayúdame, lo que está pasando aquí :)

• ¿Debo usar una resistencia entre el NPN BJT y el MOSFET del canal P?
• ¿Debería usar un 2n7000 MOSFET en lugar del 2N2222 BJT?

ACTUALIZACIÓN: Acabo de probar el puente H con una bombilla de 12V 55W en lugar del motor del limpiaparabrisas. La P-FET y la NPN murieron durante la prueba. El lado del canal N fue impulsado con una señal PWM del 40%. Sin carga no tuvo ningún problema.

ACTUALIZACIÓN2: Cambié de nuevo R7 y R8 a 1k desde 150R. Ahora el puente funciona de nuevo sin que ningún componente falle. (No lo corrí durante días, pero con las resistencias de 150R la reproducción de la falla sólo tomó unos segundos.) Añadiré algunos condensadores de desacoplamiento en el puente entre la GND y +12V de todos modos como sugirió Brian. ¡Gracias a todos por las respuestas!

Answer 1

¿Cómo se desacopla la alimentación de 12V?

Un posible modo de fallo es que los picos inductivos de la desconexión de la corriente del motor (es decir, a la velocidad PWM) se viertan en la alimentación de 12V a través de los diodos flyback. Sí, se supone que eso ocurre, pero...

Si el suministro de 12V no está desacoplado, y se alimenta de una fuente de alimentación no de una batería recargable, o se alimenta a través de un cable largo (inductivo), no es en realidad un suministro de 12V, sino que es impulsado momentáneamente hasta ese pico de voltaje inductivo. Que podría estar muy por encima de los valores nominales del MOSFET...

Monitoriza la alimentación de 12V con un osciloscopio rápido. Si muestra signos de picos de sobretensión, aumenta su desacoplamiento hasta que no lo haga. (Esto debería incluir condensadores cerámicos de 0,1uF para una baja impedancia HF, así como un condensador electrolítico de reserva. Y posiblemente un diodo zener de 16V o 25V por si acaso...).

No sé si este es tu problema real, pero es una base que DEBES cubrir.

Answer 2

R1 R2 son demasiado grandes para todos los mosfets, excepto los más pequeños, lo que significa que se apagan mucho más despacio de lo que se encienden, lo que significa que incluso si crees que has incluido un tiempo muerto razonable, seguirás disparando y comiendo fets.

Answer 3

Uno de los MOSFETs del canal P superior está activo - esto determina la dirección. Cuando se aplica PWM a ambos MOSFETs del canal N (como se implica en su circuito), se obtiene un disparo en una mitad del puente H.

Debe NO aplicar PWM a ambos dispositivos de los canales N - sólo aplicarlo a la parte inferior derecha cuando el dispositivo del canal P superior izquierdo está activado O sólo aplicarlo a la parte inferior izquierda cuando el dispositivo del canal P superior derecho está activado.

EDIT - también, tus MOSFETs del canal P están al revés.

Answer 4

Una cosa que me llama la atención es la falta de diodos flyback a través de tus FETs. Como tu motor es una carga inductiva, puede generar fácilmente altos voltajes a través de tus FETs cuando hay un cambio en la corriente (V = L dI/dT en un inductor). Estas tensiones pueden superar fácilmente la capacidad de ruptura de la unión fuente-drenaje de los FET.

Para solucionarlo, normalmente se pone un diodo en paralelo con la unión para mantener la tensión controlada de esta manera:

(Imagen de: http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/mosfets-and-catch-diodes/ )

Esto "sujeta" la tensión a través del FET.

Answer 5

¿Estás seguro de que estás encendiendo el P-FET superior izquierdo cuando aplicas el PWM al N-FET inferior derecho?

Deberías comprobar dos veces la orientación de tu P-FET. Parece que el P-FET está al revés y estás obteniendo una disipación de potencia excesiva cuando el diodo del cuerpo del P-FET conduce. Mide el voltaje a través del P-FET bajo tus condiciones de falla. Si ves alrededor de 0,6 V a través del FET cuando el 2N2222 está encendido, entonces el P-FET está invertido. Compruebe también la tensión de la puerta del P-FET durante la condición de fallo para asegurarse de que ve menos de 0,2 V.

¿Sigue viendo la corriente de fallo si retira el motor del circuito?