SCR in dieser Schaltung explodierte - warum?

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Einige unserer Boards haben einen beschädigten SCR. Ich habe heute gerade einen persönlich gesehen. Der SCR explodierte beim Einschalten tatsächlich. Ein Teil des Verpackungsmaterials flog zusammen mit einem explodierenden Geräusch davon. Der resultierende tote Körper des SCR wird hier gezeigt:

SCR in Stücken

Ich habe ein paar Fragen zur Strecke:

Schema

Q1 ( S6020L ) ist der betreffende SCR. Es ist für 600 V, 20 A ausgelegt. Der AC-Eingang beträgt 220V. Was ich getan habe ist:

  1. AC / Power off entfernen.
  2. Entladung C5
  3. Ein. Im selben Moment explodierte Q1 in Stücke.

Wenn der SCR eingeschaltet wird, wenn das gleichgerichtete Wechselstromsignal genau in der Nähe seiner Spitze liegt und die Spannung an C5 nahe Null ist, würde ich mir vorstellen, dass ein großer Einschaltstrom zum Aufladen des großen Kondensators vorhanden ist.

Die Fragen, die ich habe, sind:

  1. Wie berechne ich die Größe und Dauer dieses Einschaltstroms?
  2. Überschreitet dieser Einschaltstrom die Spezifikation dieses speziellen SCR?

Die Gleichrichtungsbrücke GBJ2006 ist in diesem Fall nicht beschädigt.

Wir haben einige hundert Bretter hergestellt und verkauft. Dieses Problem ist in einigen Fällen aufgetreten. Ich frage mich, ob wir das Design irgendwie ändern sollten (ich bin kein Hardware-Typ).

Der fragliche SCR stammt nicht wirklich von Littelfuse, entspricht jedoch in der Spezifikation dem S6020L, wie ich von unserem Hardware-Designer gehört habe. Ich habe keine Ahnung, von welchem ​​Hersteller es stammt, und versuche festzustellen, ob es sich um ein Designproblem oder ein Teilqualitätsproblem handelt.

Die MCU (nicht in den beigefügten Schaltplänen) sieht das SYNC-Signal und löst den SCR zu geeigneten Zeiten aus, um die Spannung an C5 hochzufahren. Auf diese Weise würde der Einschaltstrom erheblich reduziert. Das Problem ist, dass vor dem Aufladen meiner Software möglicherweise ein Fehler auftritt, der beim Einschalten MOC3052M auslöst. Dies ist eine einmalige Sache und danach übernimmt die Software die volle Kontrolle. Ich habe Zweifel an der Qualität des SCR-Teils, da sich dieser Einschaltstrom nicht wiederholt. Der Moment, in dem ich die SCR-Explosion miterlebt habe, ist ohne Last und direkt beim Einschalten des Netzschalters. Ich weiß, dass die offensichtliche Lösung darin besteht, die Panne loszuwerden. Ich möchte jedoch nur wissen, ob dieser Teil fehlerhaft ist.

HV_Bus (C5) ist mit einem 1,25-PS-Motor verbunden, dessen anderer Anschluss mit einem MOSFET verbunden ist. Die MCU schaltet den MOSFET mit einem PWM-Signal ein und aus und C5 wird mit dieser Last entladen. Wenn das PWM-Signal aktiv ist, löst die MCU den SCR mit einer Frequenz von 2 kHz aus und hält C5 geladen.


Gefahren durch Wechselstromnetz:

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Brian Wang
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5
Das "LUG3 NC GND" macht mir Sorgen ...
Brian Drummond
Wie haben Sie C5 entlassen?
Sherlellbc
2
+1 schönes Foto und schön gestellte Frage. Seien Sie vorsichtig mit dieser Schaltung, C5 kann Sie töten.
Vladimir Cravero
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Das Aufrufen eines Teils dieser Schaltung GND ist problematisch.
Markrages
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Das "Erdungsproblem" besteht darin, dass Sie Ihren Brückengleichrichter in die Luft sprengen würden, wenn dieser Kabelschuh jemals tatsächlich mit der Masse des Wechselstromsystems verbunden würde. Beachten Sie, dass der Wechselstromneutral mit der Wechselstrommasse verbunden ist. Dies schließt eine der Dioden im Brückengleichrichter kurz und legt eine volle Netzspannung über eine der anderen, was sofort ausfällt. Dies ist wirklich ein kriminell fahrlässiges Design. Der Minuspol des Brückengleichrichters - und alle anderen derzeit mit "Gnd" gekennzeichneten Punkte - MÜSSEN um jeden Preis von jeder realen Masse getrennt werden.
Dave Tweed

Antworten:

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Die einzig sichere Begrenzung des Stroms ist Ihre Gleichtaktdrossel und Ihre interne Verkabelung.

Der S6020L (wenn Ihr SCR wirklich den Spezifikationen entspricht ) kann bei Raumtemperatur einen einmaligen Impuls von 0,01 Sekunden und 255 A erzeugen. Wenn Ihre Verkabelung + CM-Drossel weniger als etwa ein Ohm beträgt (und dies auch nicht sein wird), gibt es keine Garantie dafür, dass Sie die maximalen Spezifikationen nicht überschreiten (und es sollte beachtet werden, dass Sie sich wirklich einigermaßen von diesen fernhalten sollten - Zeitimpuls bei Raumtemperaturgrenzen - Er kann heißer als Raumtemperatur sein und wiederholte Spannungsspitzen können den SCR eventuell töten.

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ωπ

Andernfalls könnten Sie möglicherweise den Opto-Triac gegen einen mit integrierter Nulldurchgangserkennung (z. B. MOC3063 ) austauschen. Ich habe jedoch nicht sorgfältig geprüft , ob dies mit Ihrem Dioden-Setup funktioniert. Möglicherweise müssen Sie einen Opto-Triac verwenden Widerstand über C1 zum Beispiel.

Spehro Pefhany
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Was habe ich vermisst (etwas, wie es scheint). Wenn Sie den SCR beim Nulldurchgang auslösen, nimmt er dann nicht einfach die Last auf, wenn Vmains Vcap überschreitet?
Russell McMahon
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@RussellMcMahon Der Strom wird durch das dv / dt des sinusförmigen Netzes begrenzt, i = C dv / dt. Wenn Sie also 220 * sqrt (2) * sin (w t) unterscheiden, erhalten Sie maximal 2 * pi * 50 * 220 * sqrt (2) Volt / Sekunde (max am Nulldurchgang, da cos (0) = 1). Nur etwa 100.000 Volt / Sekunde.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany Du bist scharf. Ich steuere den SCR basierend auf dem SYNC-Signal. Es kann jedoch zu Störungen kommen, bevor meine Software die Kontrolle übernimmt. Ich habe die Beschreibung in meiner Frage hinzugefügt. Dies ist wirklich ein einmaliger Anstieg. Sollte dies den SCR töten?
Brian Wang
Ja, es ist durchaus möglich, dass ein einmaliges Ereignis den SCR abbricht, je nachdem, wann genau er ausgelöst wird und wie die Impedanz der Stromquelle ist.
Spehro Pefhany
@ SpehroPefhany - Sie scheinen mir zuzustimmen. Ja? dh Nulldurchgang beseitigt das Problem. Das OP stellt jetzt fest, dass er "normalerweise" ZC macht, aber vielleicht nicht immer. Wenn er das gesagt hätte, wäre meine ZC-Antwort immer noch richtig, aber die Nicht-ZC-Spitze würde erklären, was passiert.
Russell McMahon
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Sie benötigen wahrscheinlich einen Nulldurchgangsauslöser für den SCR

Der MOC3052 ist kein Nulldurchgang und kann überall im Netzzyklus ausgelöst werden. Wenn Sie dies in der Nähe der Fahrradspitze mit einer entladenen Kappe tun, erwarten Sie, dass Sie das bekommen, was Sie bekommen.

Sie können Nulldurchgangsisolatoren in derselben Serie erhalten, die den MOC3052 ersetzen.

zB Der MOC3063 scheint mehr als ausreichend zu sein - 600 V Vmax (wie MOC3052) und 5 mA maq Triggerstrom gegen 10 mA. Auf Wunsch kann eine engere Übereinstimmung gefunden werden.

Wenn Sie den SCR beim Nulldurchgang auslösen, leitet der SCR das Verhalten weiter, wenn V_DC_Rectified V_C5 überschreitet und einen anfänglichen Einschaltstrom von Null hat.

D1 wird wahrscheinlich nicht benötigt.
Wenn ich dies tatsächlich implementieren würde, würde ich die relevanten Datenblätter durchforsten, um sicherzustellen, dass alle Polaritäten und Spannungen jederzeit in Ordnung sind, ABER es scheint auf einen Blick in Ordnung zu sein.

Russell McMahon
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Gibt es ein Tutorial zum Nulldurchgang-Fototriac? Ich konnte keine gute Referenz finden, wie es funktioniert, wahrscheinlich weil ich nicht gut in Hardware bin. Ich gehe davon aus, dass, wenn hier MOC3063 anstelle von MOC3052 verwendet wird, der SCR erst direkt nach Nulldurchgängen ausgelöst wird. Daher sieht C5 nur eine Spannung, die geringfügig höher ist als er selbst, und lädt sich langsamer auf, wodurch der Einschaltstrom effektiv reduziert wird. Der Nebeneffekt ist, dass ich den SCR nicht nach Belieben auslösen kann. Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege. Ich bin schrecklich in Hardware. Danke im Voraus.
Brian Wang
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Es hört sich so an, als hätten Sie das Problem gut analysiert. Sie haben ein Gerät, das aufgrund von Überhitzung ziemlich eindeutig ausfällt, und der einzige offensichtliche Weg für den Stromfluss durch den SCR führt vom Gleichrichter nach C5.

Sie haben ein paar Möglichkeiten. Eine ist, einen größeren SCR zu verwenden, wie Sie vorschlagen. Leider ist der Strom durch den SCR in diesem Fall schwer vorherzusagen, da Sie die Impedanz Ihrer Quelle nicht kennen.

Als tiefere Frage bin ich mir jedoch nicht sicher, was dieser SCR in dieser Schaltung tut. Es sieht so aus, als wäre es als Vorladung gedacht, aber es gibt keinen tatsächlichen Vorladepfad. Eine bessere Option könnte darin bestehen, einen Widerstand um diesen SCR zu legen und ihn nach dem Start für einige Zeit zu verzögern. Sie müssen nur um drei Zeitkonstanten verzögern (R Ihres neuen Widerstands mal 560 uF). Wenn Sie also wissen, wie hoch die Zündverzögerung Ihrer vorhandenen Schaltung ist, können Sie R entsprechend auswählen.

Stephen Collings
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Einverstanden. Ich habe gesehen, dass der Parallelwiderstand beim Vorladen von C5 hilft. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine rücksetzbare PTH-Sicherung in Reihe mit dem SCR zu verwenden, um ihn beim Einschalten zu schützen.
Whistle1560
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Ich glaube, dass das Problem darin besteht, dass Sie eine "nicht isolierte" Masse an die untere Leitung des SCR anlegen, die volle Spannung über den SCR anlegen und einen großen Strom durch ihn fließen lassen, der überhitzt und explodiert! Höchstwahrscheinlich ist der Motor nicht isoliert, der heiße und der neutrale Motor sind umgekehrt usw.

Guill
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Das Problem ist C1, wenn das System eingeschaltet ist, C1 dem Gate für eine Weile "+" Spannung gibt, wenn die Anode an V CC gebunden ist und C5 anfänglich kurzgeschlossen ist, ist die Kathode geerdet, deshalb Der SCR explodiert, ich schlage vor, C1 zu eliminieren.

RODFER
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