¿Por qué mis MOSFET de canal P siguen muriendo en este puente H?

Así que este es mi puente H: cada vez que empiezo a usarlo en una dirección, el MOSFET del canal P y el NPN BJT que pertenecen a la dirección utilizada mueren en segundos. El MOSFET asesinado y el BJT desarrollan un cortocircuito para que ya no pueda usar la otra dirección. ¡Mueren sin calor ni humo perceptibles!
El controlador es un arduino uno, y solo los MOSFET de canal N se controlan con señal PWM, los canales P están conectados a pines de salida digital simples. La frecuencia PWM es la predeterminada de 490Hz para los pines digitales 9 y 10(cada salida PWM es individual). Ya maté a 4-5 pares de MOSFET + BJT de canal P, podría suceder en ambos lados. (Depende de qué dirección use primero). El motor es un motor de CC del limpiaparabrisas de 12 V del automóvil, la fuente de alimentación es de 12 V 5 A. Se conectan a tierra las fuentes de alimentación de 12V y 5V.

Hay dos cosas que pueden ser ciertas, pero no estoy 100% seguro ya que no lo probé a fondo:

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

Por favor, ayúdame, qué está pasando aquí :)

• ¿Debo usar una resistencia entre el NPN BJT y el MOSFET del canal P?
• ¿Debo 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. El P-FET y NPN fueron eliminados durante la prueba. El lado del canal N fue conducido 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 está funcionando nuevamente sin fallar ningún componente. (No lo ejecuté durante días, pero con las resistencias 150R la reproducción de la falla solo tomó unos segundos). Agregaré algunos condensadores de desacoplamiento en el puente entre GND y + 12V de todos modos, como sugirió Brian. Gracias por las respuestas a todos!

¿Cómo estás desacoplando el suministro de 12V?

Un posible modo de falla es que los picos inductivos al desconectar la corriente del motor (es decir, a la velocidad PWM) se descargan en el suministro de 12V a través de los diodos de retorno. Sí, se supone que eso debe suceder, pero ...

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

Monitoree el suministro de 12V con un osciloscopio rápido. Si muestra signos de picos de sobretensión, aumente su desacoplamiento hasta que no lo haga. (Eso debería incluir condensadores cerámicos de 0.1uF para baja impedancia de HF, así como un condensador de depósito electrolítico. 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.

R1 R2 es demasiado grande para todos menos para los mosfets no existentes más pequeños. Esto significa que están girando mucho más lento de lo que están encendiendo. Esto significa que incluso si crees que has incluido un tiempo muerto sensato, aún podrás disparar y como pies. Utilizo un transistor extra para apagarlo rápidamente, vale la pena.

Uno de los MOSFET del canal P superior está activo; esto determina la dirección. Cuando aplica PWM a ambos MOSFET de canal N (como está implícito en su circuito), obtiene disparos en la mitad del puente H.

NO debe aplicar PWM a ambos dispositivos de N canales: solo aplíquelo en la parte inferior derecha cuando el dispositivo del canal P superior izquierdo esté activado O solo aplique en la parte inferior izquierda cuando el dispositivo del canal P superior derecho esté activado.

EDITAR: también, sus MOSFET de canal P están al revés.

Una cosa que me llama la atención es la falta de diodos de retorno en sus FET. Como su motor es una carga inductiva, puede generar muy fácilmente altos voltajes a través de sus FET cuando hay un cambio en la corriente (V = L dI / dT en un inductor). Estos voltajes pueden superar fácilmente la clasificación de ruptura de la unión fuente-drenaje en sus FET.

Para resolver esto, normalmente se pone un diodo en paralelo con la unión para mantener el voltaje bajo control de la siguiente manera:

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

Esto "sujeta" el voltaje a través del FET.

@Autistic tiene razón acerca de R1 y R2: esta disposición conducirá a tiempos de cambio muy lentos en los P pies. Puede considerar usar una bomba de carga del controlador P Fet dedicada en lugar del BJT + Pullup.

Algunos controles de cordura

¿Puedes revisar las señales de manejo? Es muy importante qué FET está activado o desactivado.

forward: 
p1 on    p2 off 
n1 off   n2 on

backwards: 
p1 off    p2 on 
n1 on     n2 off

brake: 
p1 off    p2 off
n1 on     n2 on

Intenta lo siguiente:

• detener cualquier PWM
• desconecte cualquier carga
• maneje desde su código como: p1 encendido n1 apagado, espere 500ms, p1 apagado n1 apagado 100ms (tiempo muerto), p1 apagado n1 encendido 500ms, p1 apagado n1 apagado 100 ms (tiempo muerto) y repita. Esto produce una señal de prueba que es fácil de depurar.
• ahora la salida p1 n1 del puente h pasará de GND a 12V muy bien. Use un telescopio para probarlo, o también puede usar una bombilla pequeña . Conecte la bombilla entre GND y la salida p1 n1; parpadeará para que p1 sea buena. Conéctelo a la salida de 12V y p1 n1: parpadeará para que n1 sea bueno.
• Si tiene un alcance, verifique si p1 y n1 no son transversales. Al verificar esta señal, no verá otro valor que no sea GND limpio, 12V limpio y algo de GND flotante en el tiempo muerto de 100 ms.
• si no tiene alcance, puede establecer un tiempo muerto bastante grande, por ejemplo, 500 ms; no puede doler :) pero puede salvar su P fet.
• ahora conecte su motor en lugar de la bombilla, funcionará y disminuirá / detendrá como la bombilla. Esto verifica que los pies estén bien.

El problema

• Tenga mucho cuidado con el arreglo PWM anterior. Puedes freír tus pies muy fácilmente. Puede encender el lado P mientras cambia el lado N, por lo tanto, hace cortos (más pequeños o más grandes; puede sobrevivir con 20% PWM dependiendo de la calidad de su fuente de energía).

Normalmente, los microcontroladores tienen un controlador PWM de 4 salidas dedicado con control de banda muerta. Las 4 señales PWM pueden conducir los 4 pies, y estas señales se sincronizan e invierten, además se tiene en cuenta el tiempo muerto. Consulte PWM de los microcontroladores PIC para obtener más información. http://www.ermicro.com/blog/wp-content/uploads/2009/01/picpwm_03.jpg

Como el Arduino no está diseñado para ese propósito, es posible que desee utilizar alguna lógica básica para producir las señales PWM correctas. El objetivo es garantizar que n1 y p1 siempre se manejen de forma complementaria, así como n2 y p2. Puede obtenerlo usando algunos BJT más: http://letsmakerobots.com/files/YG_H-Bridge1.jpg Luego tiene los dos pines que puede manejar PWM.

Puede preferir usar algunas puertas lógicas, como esta: https://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2012/03/26/so-which-pwm-technique-is-best-part-2 y luego tiene un avance / retroceso limpio, más un pin PWM que impulsa la velocidad.

Vale la pena revisar este artículo: http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridge_drivers/

¿Está seguro de que está activando el P-FET superior izquierdo cuando aplica PWM al N-FET inferior derecho?

Debe verificar su orientación P-FET. Parece que el P-FET está al revés y está recibiendo una disipación de potencia excesiva cuando el diodo del cuerpo del P-FET conduce. Mida el voltaje a través del P-FET en condiciones de falla. Si ve alrededor de 0.6 V a través del FET cuando el 2N2222 está encendido, entonces el P-FET se invierte. También verifique el voltaje de la puerta P-FET durante la condición de falla para asegurarse de que esté viendo menos de 0.2 V.

¿Aún ve la corriente de falla si retira su motor del circuito?