Pomóż uczyć się na błędach podczas podłączania oscyloskopu

Zbudowałem ten obwód, aby przyciemnić lampę sygnałem PWM. Miał problem polegający na tym, że MOSFET robi się naprawdę gorący. Chciałem więc wiedzieć, co dzieje się u bram MOSFETU.

Wyłączyłem sygnał PWM i za pomocą multimetru zmierzyłem jako 12V. Teraz przekonany, że mogę patrzeć na przebieg za pomocą mojego małego oscyloskopu USB (o napięciu znamionowym do 20 V), podłączyłem go. Bammm, światła zgasły, a ja zostałem z murowanym oscyloskopem i podłączonym do niego komputerem.$V_{GS}$

Bardzo mi przykro z powodu zepsucia komputera. Muszę jednak wiedzieć, co poszło nie tak, więc jestem tutaj.

O problemie z gorącym MOSFETEM: Okazuje się, że w kodzie był błąd powodujący, że częstotliwość PWM była bardzo wysoka. Upewniając się, że było to 200 Hz, naprawiono przegrzanie, a ściemniacz wydaje się działać zgodnie z przeznaczeniem.

edytować:

MOSFET: IXTQ40N50L2

Opto-sprzęgacz: ILQ2

Pokazany obwód jest podłączony do sieci elektrycznej bez jakiejkolwiek izolacji. Pomiar Vg za pomocą multimetru jest bezpieczny, ponieważ multimetr „unosi się” w odniesieniu do zasilania sieciowego.

Ale komputer nie unosi się. Komputer zwykle ma uziemioną obudowę, co oznacza, że ​​metalowa osłona złącza USB jest również uziemiona do punktu zasilania sieciowego przez obudowę komputera.

W związku z tym podłączenie oscyloskopu USB do obwodu podłączonego do sieci jest nieuchronnie katastrofalne. Po wykonaniu tej czynności napięcie sieciowe przepchnie prąd do obudowy komputera (lub do linii danych USB, zależnie od podłączonej sondy), aby powrócić na ziemię.

Wszystkie obwody podłączone do sieci muszą być oprzyrządowane przez urządzenia pływające. Możesz być po bezpiecznej stronie, jeśli używasz laptopa zamiast komputera, ale nie jest tak bezpieczny, chyba że naprawdę zaizolujesz wszystko wokół laptopa i upewnisz się, że twój laptop naprawdę unosi się w stosunku do ziemi.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Ryc. 1 a, bi c.

Ponieważ obwód nie jest izolowany, dolna linia obwodu porusza się wraz z napięciem sieciowym.

• W dodatnich półcyklach (b) dolna część M2 byłaby zwykle utrzymywana na poziomie około 0,7 V powyżej napięcia neutralnego. Ponieważ jest on podłączony do uziemienia sieciowego - to 0,7 V powyżej ziemi. Ponieważ oscyloskop i komputer zapewniają ścieżkę rezystancji do ziemi niższą niż dioda, prąd przepływa przez nie raczej niż diodę. Twój sprzęt może przetrwać 0,7 V, jeśli rezystancja kabla jest wystarczająco wysoka, aby ograniczyć prąd.
• W ujemnych półcyklach (c) spód M3 jest przyciągany do wartości szczytowej -170 V (jeśli masz zasilanie 120 V.) Wysoki prąd wypłynie z uziemienia komputera / oscyloskopu, ponieważ powoduje zwarcie z ziemi. Ten prąd prawdopodobnie spalił kilka śladów uziemienia na płytkach drukowanych, przez które przepłynął. Gdy znikną, napięcie zostanie przyłożone do chipów itp., A także zostaną zniszczone.

To trudna lekcja, więc naucz się jej dobrze. Upewnij się, że rozumiesz logikę powyższego wyjaśnienia. Jeśli możesz to zrobić, nauczysz się więcej na temat kosztów wymiany sprzętu niż wielu na płatnych kursach.

Ponieważ problem korzystania z oscyloskopów w obwodach sieciowych często pojawia się w EE.SE, pomocne mogą być następujące elementy.

Ryc. 1 i 2. Scopemeter Fluke i zestaw sond. Należy zwrócić uwagę na izolowane złącze „BNC” i przewody, w tym czarną wtyczkę na przewodzie zacisku uziemiającego (który podłącza się z boku sondy). Miernik jest wyposażony w gniazdo zasilacza, które nie styka się z elementami wewnętrznymi, dopóki nie zostanie włożony odsłonięty metal. Optyczny port szeregowy jest widoczny z boku lunety.

Instrumenty takie jak skopometr na ryc. 2 są w pełni izolowane. W rezultacie uziemienie lunety można podłączyć do dowolnego punktu badanego obwodu, w tym do rektyfikowanej linii ujemnej z rysunku 1. Nawet w trakcie ładowania urządzenie jest całkowicie odizolowane od uziemienia. Jedynym punktem do obejrzenia jest to, że zaciski uziemiające dostarczonych sond kanałowych A i B nie są podłączone do dwóch różnych potencjałów.

Tak blisko, ale katastrofa. Zasoby sieciowe powinny zostać dwukrotnie sprawdzone, szczególnie w przypadku obwodów napięcia sieciowego. Circuit-Lab powinien zostać powiadomiony, że opublikował gwarantowanego zabójcę PC i możliwego zabójcę ludzi. Te drogie lekcje nigdy nie zostaną zapomniane przez tych, którzy przeżyją.
Wyrazy uznania dla ciebie za odkrycie, że szybki PWM powoduje gorący MOSfet, a wolne PWM jest rozwiązaniem. Wersja obwodu, która zmniejszy rezystor 180K do 10K, również nieco pomoże. Twoje rozwiązanie bardzo wolnego PWM o częstotliwości 200 Hz. to także przyzwoite obejście. Ostrożnie wybieraj częstotliwości będące wielokrotnością częstotliwości linii - na przykład wybierając 240 Hz. gdzie częstotliwość linii wynosi 60 Hz. da ciekawy efekt optyczny.
Główna wersja tego obwodu, aby uniknąć katastrofywiąże się z całkowitą izolacją źródła PWM od sterownika MOSFET, w ten sposób: Należy również ostrożnie dokonywać wyboru komponentów. BR1 musi mieć napięcie znamionowe, aby łatwo przyjąć napięcie liniowe między szczytami. Musi również być tak sklasyfikowany, aby przepuszczał prąd lampy z pewnym znacznym odstępem, ponieważ lampy wymagają prądu udarowego, gdy są zimne, dopóki nie osiągną temperatury roboczej. Dioda D1 może być małą diodą, ponieważ wymaga niewielkiego prądu, ale musi być przystosowana do co najmniej szczytowego napięcia linii. Bezpieczniej byłoby wybrać znamionową wartość napięcia napięcia szczytowego między szczytami.
Sondowanie tego obwodu dowolnym oscyloskopemjest „zabójcą zakresu”. Żaden zakres, z którego korzystałem, nie byłby w stanie wytrzymać połączenia uziemienia (odniesienie 0 V) ​​z dowolną częścią tego obwodu inną niż źródło PWM. Jeśli Twój oscyloskop USB ma arkusz danych technicznych, ostrożnie znajdź limit napięcia w trybie wspólnym . To mówi ci, jak daleko od ziemi może się odchylić obwód wejściowy, zanim jakaś jego część ulegnie awarii. Niektóre to tylko kilka woltów. Obwód ten wymagałby setek woltów w zakresie wspólnego trybu. Zawsze zakładaj, że odniesienie 0v zakresu jest podłączone bezpośrednio do uziemienia i zawsze pamiętaj, że większość części tego obwodu spowoduje spektakularne uszkodzenie po uziemieniu.

Zrozum, że lampy wolframowe mają duży wzrost temperatury> 3200'C i NTC o rezystancji od zimna do gorącej 10: 1, a zatem jeśli PWM pulsuje wolno lub zbyt szybko, Ipk może osiągnąć 10-krotny prąd znamionowy żarówki lub duże straty dynamiczne i FET RdsOn z opornością może się nagrzewać przy I ^ 2R = Pd

Zauważ, że linia i zero nie są oznaczone i ani V +, ani V- nie są na ziemi, ale wiemy, że przewód neutralny jest przynajmniej uziemiony na zewnętrznym transformatorze. Zatem bez opieki można podłączyć masę sondy do linii rektyfikowanej zamiast 2 kropek diody z punktu zerowego.

Wymaga to dwóch sond 10M o napięciu znamionowym 400 V w trybie różnicowym AB.

Pomyśl, że Twój komputer poświęcił się, aby uratować ci życie.

Na marginesie, takie pomiary można wykonać za pomocą tak zwanych izolowanych koncentratorów USB:

Pozwalają one na uzyskanie kilku kV między komputerem (który jest zwykle uziemiony i bezpieczny w dotyku) a sprzętem, takim jak lunety USB, które mogą być pod napięciem. Oczywiście powinieneś nadal wiedzieć, co robisz (np. Dotykać lunety tylko wtedy, gdy zasilanie jest odłączone i wszystkie czapki HV zostały rozładowane).