Ajude a aprender com um erro ao conectar um osciloscópio

Eu construí este circuito para escurecer uma lâmpada com um sinal PWM. Havia um problema em que o MOSFET estava ficando muito quente. Então, eu queria saber o que estava acontecendo no portão do MOSFET.

Desliguei o sinal PWM e com o multímetro medi como 12V. Agora confiante de que posso olhar a forma de onda com meu pequeno osciloscópio USB (avaliado em 20V), conectei-o. Bammm, as luzes se apagam e fiquei com um osciloscópio emparelhado e um PC que estava conectado a ele.$V_{GS}$

Estou muito triste por quebrar meu PC. No entanto, eu tenho que saber o que deu errado, então eu estou aqui.

Sobre o problema com o MOSFET quente: Acontece que houve um erro no código, tornando a frequência PWM muito alta. Certificando-se de que era 200Hz corrigido o superaquecimento e o dimmer parece estar funcionando como planejado agora.

editar:

MOSFET: IXTQ40N50L2

Optoacoplador: ILQ2

O circuito mostrado é a rede elétrica CA conectada sem nenhum tipo de isolamento. Medir Vgs usando um multímetro é seguro porque o multímetro está 'flutuando' em relação à fonte de alimentação.

Mas um PC não está flutuando. Normalmente, o PC possui o gabinete aterrado, o que significa que a blindagem metálica no conector USB também é aterrada no ponto de energia da rede elétrica através do gabinete do PC.

Como tal, conectar o osciloscópio USB ao circuito conectado à rede é inevitavelmente desastroso. Quando isso for feito, a voltagem da rede elétrica empurrará a corrente para a caixa do PC (ou para as linhas de dados USB, dependendo de qual sonda está conectada) a ser devolvida ao terra.

Todo circuito ligado à rede elétrica deve ser instrumentado por equipamento flutuante. Você pode estar do lado seguro se tiver usado um laptop em vez de um PC, mas também não é tão seguro, a menos que você realmente isole tudo o que está ao redor do laptop e garanta que ele esteja realmente flutuando em relação ao solo.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Figura 1 a, bec.

Como o circuito não está isolado, a linha inferior do circuito se move com a tensão da rede.

• Nos semi-ciclos positivos (b), o fundo de M2 ​​normalmente seria mantido a cerca de 0,7 V acima da tensão neutra. Como isso está conectado à rede elétrica - isso é 0,7 V acima da terra. Como o osciloscópio e o PC fornecem um caminho de resistência à terra menor que o diodo, a corrente flui através deles e não do diodo. Seu equipamento poderá sobreviver a 0,7 V se a resistência do cabo for alta o suficiente para limitar a corrente.
• Nos semi-ciclos negativos (c), a parte inferior do M3 é puxada para o pico de -170 V (se você estiver com alimentação de 120 V). Uma corrente alta fluirá do terra do PC / osciloscópio, pois está fornecendo um curto-circuito a partir da terra. É provável que essa corrente tenha queimado vários traços de terra nos PCBs pelos quais ele passou. Depois que eles se foram, a tensão seria aplicada aos chips, etc., e eles também seriam destruídos.

É uma lição difícil, então aprenda-a bem. Certifique-se de entender a lógica da explicação acima. Se você puder fazer isso, terá aprendido mais pelo custo de substituir o seu equipamento do que muitos fazem nos cursos de pagamento de taxas.

Como o problema do uso de osciloscópios nos circuitos da rede elétrica surge com freqüência no EE.SE, o seguinte pode ser útil.

Figura 1 e 2. Conjunto de Scopemeter e sonda Fluke. Observe o conector e os cabos "BNC" isolados, incluindo o plugue preto no cabo do clipe de aterramento (que se conecta ao lado da sonda). O medidor vem com um conector PSU que não entra em contato com os componentes internos até que o metal exposto tenha sido inserido. Uma porta serial óptica é visível no lado do osciloscópio.

Instrumentos como o escopímetro na Figura 2 são totalmente isolados. Como resultado, o terra do osciloscópio pode ser conectado a qualquer ponto do circuito sob investigação, incluindo a linha negativa retificada da Figura 1. Mesmo quando carregada, o dispositivo está totalmente isolado da rede elétrica. O único ponto a observar é que os clipes de aterramento das sondas dos canais A e B fornecidos não estão conectados a dois potenciais diferentes.

Tão perto, mas desastre. Os recursos da Web devem ser verificados duas vezes, principalmente nos circuitos de tensão de linha. O Circuit-Lab deve ser notificado de que publicou um assassino de PC garantido e um possível assassino de pessoas. Essas lições caras nunca são esquecidas por quem sobrevive.
Parabéns a você por descobrir que o PWM rápido causa um MOSfet quente e o PWM lento é uma solução. Uma revisão do circuito que reduz o resistor de 180K para 10K também ajudará um pouco. Sua solução de PWM muito lento de 200Hz. também é uma solução decente. Cuidado ao escolher frequências que são múltiplos da frequência da linha - por exemplo, escolher 240 Hz. onde a frequência da linha é 60 Hz. dará um efeito óptico interessante.
A principal revisão deste circuito para evitar desastresenvolve isolar completamente a fonte PWM do driver MOSFET, da seguinte forma: Também é necessário ter cuidado ao fazer a escolha do componente com cuidado. O BR1 deve ser classificado em voltagem para obter facilmente a tensão de linha pico a pico. Também deve ser classificado para passar a corrente da lâmpada com um espaço considerável, pois as lâmpadas exigem uma corrente de pico quando frio, até atingirem a temperatura operacional. O diodo D1 pode ser um diodo pequeno, porque é necessária pouca corrente, mas deve ser classificado para pelo menos a tensão de pico da linha. Seria mais seguro escolher uma classificação de tensão de tensão pico a pico da linha.
Sondando este circuito com qualquer osciloscópioé um assassino de escopo. Nenhum escopo que usei poderia suportar sua conexão de terra (referência 0v) a qualquer parte deste circuito que não fosse a fonte PWM. Se o seu osciloscópio USB tiver uma folha de especificações, encontre cuidadosamente seu limite de tensão no modo comum . Isso indica a que distância o aterramento do circuito de entrada pode se desviar antes que alguma parte dele falhe. Alguns são apenas alguns volts. Esse circuito exigiria centenas de volts da faixa do modo comum. Sempre assuma que a referência 0v de um osciloscópio está conectada diretamente ao terra e lembre-se de que a maioria das partes deste circuito resultará em falha espetacular quando aterrada.

Entenda que as lâmpadas de tungstênio têm um grande aumento de temperatura> 3200'C e NTC de 10: 1 de resistência ao frio ou ao calor, portanto, se o PWM pulsar em uma taxa lenta ou muito rápida, o Ipk poderá atingir a corrente nominal de lâmpada de 10x ou ter grandes perdas dinâmicas e FET RdsOn com resistência pode ficar mais quente com I ^ 2R = Pd

Observe que a linha e o neutro não são rotulados e nem V + ou V- estão no terra, mas sabemos que o neutro é pelo menos aterrado no transformador externo. Portanto, sem cuidado, você pode conectar o terra da sonda à linha retificada em vez de 2 quedas de diodo do neutro.

Isso requer duas sondas de 10M classificadas para 400v no modo AB diferencial.

Considere que seu PC se sacrificou para salvar sua vida.

Como nota explicativa, essas medições podem ser feitas usando os chamados hubs USB isolados:

Isso permite vários kV entre o seu PC (que geralmente é aterrado e seguro ao toque) e equipamentos como escopos USB que podem ficar ativos. Obviamente, você ainda deve saber o que está fazendo (por exemplo, toque apenas no osciloscópio quando a energia estiver desconectada e todas as tampas de alta tensão tiverem sido descarregadas).