SCR en este circuito explotó, ¿por qué?

10

Algunas de nuestras tablas tienen un SCR dañado. Acabo de presenciar uno en persona hoy. El SCR realmente explotó al encenderse. Una parte de su material de embalaje simplemente voló junto con un sonido explosivo. El cadáver resultante del SCR se muestra aquí:

SCR en piezas

Tengo algunas preguntas sobre el circuito:

Esquemático

Q1 ( S6020L ) es el SCR en cuestión. Tiene una clasificación de 600V, 20A. La entrada de CA es de 220V. Lo que hice es:

  1. Retire la CA / apagado.
  2. Descarga C5
  3. Encendido. 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, me imagino que hay una gran corriente de entrada para cargar el condensador grande.

Las preguntas que tengo son:

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

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

Hemos producido y vendido unos cientos de tableros. Ha habido algunos casos de este problema. Me pregunto si deberíamos cambiar el diseño de alguna manera (no soy un tipo de hardware).

El SCR en cuestión no es realmente de Littelfuse, pero coincide con la especificación S6020L, como 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 un problema de calidad de la pieza.

La MCU (que no está en los esquemas adjuntos) ve la señal SYNC y activa el SCR en los 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 se haga cargo, puede haber una falla que active el MOC3052M al encenderse. Esto es una cosa única y luego el software toma el control total. Tengo dudas sobre la calidad de la parte SCR porque esta corriente de entrada no es repetitiva. En el momento en que presencié la explosión de SCR es sin carga y justo en el encendido del interruptor de encendido. Sé que la solución obvia es deshacerse del problema técnico; Sin embargo, solo quiero saber si esta parte es defectuosa.

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


Peligros de la red de CA:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Brian Wang
fuente
55
Ese "LUG3 NC GND" me preocupa ...
Brian Drummond
¿Cómo descargaste C5?
sherrellbc
2
+1 bonita foto y pregunta bien hecha. Ten cuidado con ese circuito, C5 puede matarte.
Vladimir Cravero
44
llamar a cualquier parte de ese circuito GND es preocupante.
markrages
77
El "problema de la conexión a tierra" es que si ese terminal se conectara realmente a la conexión a tierra del sistema de CA, volaría su rectificador de puente. Tenga en cuenta que AC neutral está unido a tierra AC. Esto acorta uno de los diodos en el puente rectificador y pone el voltaje de línea completo en uno de los otros, lo que fallará de inmediato. Este es realmente un diseño criminalmente negligente. El terminal negativo del puente rectificador, y todos los demás puntos actualmente etiquetados como "Gnd", DEBEN ESTAR AISLADOS de cualquier terreno real a toda costa.
Dave Tweed

Respuestas:

8

La única limitación segura de la corriente es su estrangulador de modo común y su cableado interno.

El S6020L (si su SCR realmente cumple con las especificaciones ) es capaz de un pulso de una sola vez de 0.01 segundo y 255 A a temperatura ambiente. Así que si su cableado + CM choke es menor que alrededor de un ohm (y va a no ser), no hay garantía de que no se superen los valores máximos especificados (y cabe señalar que realmente debería mantenerse razonablemente lejos de estos uno -pulso de tiempo a límites de temperatura ambiente- puede ser más caliente que la temperatura ambiente y las sobretensiones repetitivas pueden matar el SCR eventualmente).

ingrese la descripción de la imagen aquí

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

De lo contrario, tal vez podría cambiar el opto-triac por uno que tenga una detección de cruce por cero incorporada (por ejemplo, MOC3063 ), pero no he mirado cuidadosamente para ver si eso funcionará con la configuración de su diodo; es posible que deba poner un resistencia a través de C1, por ejemplo.

Spehro Pefhany
fuente
Lo que me he perdido (algo que parece). Si activa el SCR en el cruce por cero, ¿no solo recoge la carga ya que Vmains excede Vcap?
Russell McMahon
1
@RussellMcMahon La corriente está limitada por el dv / dt de la red sinusoidal, i = C dv / dt, por lo que si diferencia 220 * sqrt (2) * sin (w t) obtendrá un máximo de 2 * pi * 50 * 220 * sqrt (2) voltios / segundo (máximo en la cruz cero desde cos (0) = 1). Solo alrededor de 100,000 voltios / segundo.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany Eres fuerte. Yo controlo el SCR basado en la señal SYNC. Sin embargo, puede haber una falla antes de que mi software tome el control. Agregué la descripción en mi pregunta. Esto es realmente un aumento de una sola vez. ¿Debería esto matar al SCR?
Brian Wang
Sí, es bastante posible que un evento único mate el SCR, dependiendo exactamente de cuándo se dispara y cómo es la impedancia de la fuente de alimentación.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany - Parece que estás de acuerdo conmigo. ¿Si? es decir, el cruce por cero elimina el problema. El OP ahora señala que "generalmente" está haciendo ZC pero quizás no siempre. Si hubiera dicho eso, mi respuesta ZC seguiría siendo correcta, pero el pico no ZC explicaría lo que está sucediendo.
Russell McMahon
6

Probablemente necesite un disparador de cruce por cero para el SCR

El MOC3052 no es un cruce por cero y puede activarlo en cualquier parte del ciclo de la red. Hágalo cerca del pico del ciclo con una tapa descargada y espera obtener lo que está obteniendo.

Puede obtener aisladores de cruce por cero en la misma serie que son una caída en el reemplazo del MOC3052.

Por ejemplo, el MOC3063 parece más que adecuado: 600 V Vmáx (igual que MOC3052) y corriente de activación maq de 5 mA contra 10 mA. Se podrá encontrar una coincidencia más cercana si se desea.

Si activa el SCR en un cruce por cero, el SCR reenviará la conducta cuando V_DC_Rectified supere V_C5 y tenga cero corriente de entrada inicial.

D1 probablemente no sea necesario.
SI realmente estuviera implementando esto, examinaría detenidamente las hojas de datos relevantes para asegurarme de que todas las polaridades y voltajes estuvieran bien en todo momento, PERO parece estar bien de un vistazo.

Russell McMahon
fuente
¿Hay un tutorial sobre triac de foto de cruce por cero? No pude encontrar una buena referencia sobre cómo funciona, probablemente porque no soy bueno en hardware. Supongo que si se usa MOC3063 en lugar de MOC3052 aquí, el SCR solo se activará justo después de los cruces por cero. Por lo tanto, C5 solo verá un voltaje ligeramente más alto que él mismo y se cargará más lentamente, reduciendo efectivamente la corriente de entrada. El efecto secundario es que no puedo activar el SCR a voluntad. Por favor, corríjame si estoy equivocado. Soy terrible en el hardware. Gracias por adelantado.
Brian Wang
3

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

Tienes un par de opciones. Una es usar un SCR más grande, como sugieres. Desafortunadamente, la corriente en el SCR en ese caso será difícil de predecir, porque no conoce la impedancia de su fuente.

Sin embargo, como una pregunta más profunda, no estoy seguro de qué está haciendo ese SCR en este circuito. Parece que podría ser una precarga, pero no hay una ruta de precarga real. Una mejor opción puede ser colocar una resistencia alrededor de ese SCR y retrasar el encendido durante algún tiempo después del arranque. Solo necesita retrasar por quizás tres constantes de tiempo (R de su nueva resistencia multiplicada por 560 uF), por lo que si sabe cuál es el retraso de disparo de su circuito existente, puede elegir R apropiadamente.

Stephen Collings
fuente
Convenido. He visto la resistencia paralela ayudar a precargar C5. Otra opción es usar un fusible reseteable PTH en serie con el SCR para protegerlo durante el encendido.
Whistle1560
0

¡Creo que el problema es que está aplicando una tierra "no aislada" al cable inferior del SCR, aplicando el voltaje completo a través del SCR, causando que una gran corriente fluya a través de él, haciendo que se sobrecaliente y explote! Lo más probable es que el motor no esté aislado, el caliente y el neutro invertido, etc.

Guill
fuente
0

El problema es C1, cuando el sistema está encendido, C1 le da un voltaje "+" a la puerta por un tiempo, cuando el ánodo está conectado a V CC y C5 está inicialmente en cortocircuito, el cátodo está conectado a tierra, por eso el SCR explota, sugiero eliminar C1.

RODFER
fuente