Почему отказал транзистор?

[sergey zhukov]

Знаете, бывает, откроешь какой-нибудь силовой модуль и видишь - транзистору крышка. Причем причин для выхода транзистора из строя практически всего две - перегрев или перенапряжение (ну, может быть, еще ударный импульс тока, тепло от которого просто не успевает куда-либо передаться с кристалла и быстро его раскаляет). Обычно, транзистор превращается просто в закоротку.

Я вроде бы замечал, что перегрев транзистора - это всегда следы высокой температуры на нем и на плате. А превышение напряжения - это часто взрыв транзистора (корпус треснул, появилась дырка и т.д.). Не видел, чтобы транзистор взорвался от перегрева. Как это объясняется? Я думаю, что от перегрева транзистор выходит из строя в открытом положении, т.е. ничего экстраординарного с ним не происходит в этот момент, он просто тихо сплавляется и становится "вечно открытым". А от перенапряжения транзистор выходит из строя в закрытом положении. И когда он внезапно пробивается при высоком напряжении на нем, наступает тот самый удар высокого тока, который мгновенно его раскаляет, и он взрывается.

А вы замечали подобное?

[EUgeneUS]

вот тут лекция на час
причем только про силовые транзисторы.

-- 06.11.2023, 20:18 --

вот ещё на туже тему, от того же автора.

[Dmitriy40]

sergey zhukov в сообщении #1616508 писал(а):

Не видел, чтобы транзистор взорвался от перегрева. Как это объясняется? Я думаю, что от перегрева транзистор выходит из строя в открытом положении, т.е. ничего экстраординарного с ним не происходит в этот момент, он просто тихо сплавляется и становится "вечно открытым".

Много раз такое видел, сначала перегрев, потом закоротка, от неё резкое возрастание тепла и дырка. И для SOT23 видел, и для TO220. Причём не обязательно в сети 230В, но и при 12В (и 3.7В).

[sergey zhukov]

Dmitriy40
Мда... Я уже думал, что это надежное правило. Просто тут есть одно оборудование (да и не одно даже), в котором транзисторы как раз взорвались. Я уже думал, что это точно перенапряжение. Дело в том, что это ПЧ, встроенные в вентиляторы, которые работают в довольно жарком месте. Сразу не понятно, перегрелись там транзисторы или все же был скачек напряжения.

[Dmitriy40]

Взорвётся ли (появится дырка или разломится на части) транзистор зависит от двух вещей:
1. Будет пробой (от любой причины) в разрыв или закоротку.
2. Если в закоротку, то хватит ли мгновенной мощности источника питания для быстрого (единицы-десятки миллисекунд) перегрева транзистора.
Мощность важна именно мгновенная, хватит даже просто кондёра на тысячи мкФ (а на сотни может и не хватить, зависит от рабочего напряжения).
Высокое напряжение тут не обязательно, сгорит (взрывом) даже от сильноточного аккумулятора Li-Ion, они могут отдавать десятки ампер, этого с головой хватит взорвать транзистор. Просто от высокого напряжения проще "получить" большой импульсный ток, с тех же кондёров.

Исходная причина появления закоротки не столь важна, хоть тепловой перегрев, хоть пробой напряжением, хоть ошибка управления.

Если есть конкретное место где транзисторы часто горят, то добавьте им туда в питание ограничение тока (2 биполяра + 2 резистора) и посмотрите поможет ли. Ограничивать ток одним резистором тоже можно, но чревато: ограничивая до 3 номинальных получите фактически делитель и понижение напряжения на нагрузке до 67% от номинала, не всегда это допустимо.
От бросков напряжения, кратковременных, поставьте защитный диод (TVS), P6KE или нечто подобное. Если есть подозрение на совсем короткие иголки (наносекунды), то и кондёр параллельно (долей мкФ хватит) как можно ближе к нагрузке. Если перенапряжение может быть длительным (миллисекунды и дольше), то или ограничение тока, или вообще кренку. Если перенапряжение может быть слишком большим и резисторы/транзисторы становятся неразумно мощными, то добавкой стабилитрона с резистором ограничитель тока на двух биполярах (силовым может быть и полевик, без разницы) превращается в ключ, закрываемый при превышении входного напряжения. Надеюсь речь не идёт об амперных токах.

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1616572 писал(а):

1. Будет пробой (от любой причины) в разрыв или закоротку.

Пробоя в обрыв не бывает.
Заявление может показаться странным, так как наверное все участники топика держали в руках неисправный транзистор, который "звонится в обрыв". Поэтому требуются пояснения.

Если под "пробоем" понимать не симптом неисправности, а процесс, происходящий в кристалле, то пробой всегда происходит "в закоротку". То есть возникает ток там или такой, которого быть не должно при нормальной работе.

А если транзистор прозванивается в обрыв, то это уже следствие пробоя, такое же как прожженный или взорвавшийся корпус.
Обрыв будет связан или с отгорелым проводником между кристаллом и выводом корпуса, или с механическим разрушение кристалла.

-- 07.11.2023, 11:26 --

Dmitriy40 в сообщении #1616572 писал(а):

Надеюсь речь не идёт об амперных токах.

Возможно, тут речь про килоамперные токи?
Так как ожидать, что в силовой части не будет амперных токов - довольно странно, даже для самых маломощных устройств.

[Dmitriy40]

Ну, я видел пробой (коротыш) полевика по затвору в исток, после чего он в принципе не открывался. Это конечно не обрыв, но похоже.

Килоамперные токи в вентиляторе ... Хм ... Тут я пас.
Даже с амперными токами будут проблемы (с тепловыделением) в простых схемах защиты, придётся строить нормальный DC/DC, с ограничением выходного тока. На единицы ампер и десятки вольт ещё можно найти готовые китайские поделки, а вот больше - уже не серийная продукция видимо (или я просто не сталкивался и не в курсе).

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1616612 писал(а):

Ну, я видел пробой (коротыш) полевика по затвору в исток, после чего он в принципе не открывался. Это конечно не обрыв, но похоже.

ИМХО, это в чистом виде "пробой на закоротку" - между затвором и истоком. Из-за чего транзистор перестал включаться

Dmitriy40 в сообщении #1616612 писал(а):

Килоамперные токи в вентиляторе ... Хм ... Тут я пас.

Это, конечно, смотря какой вентилятор.
ТС работает на пром. производстве. Там большие вентиляторы могут быть.
Но я несколько другое подразумевал - ограничение "Надеюсь речь не идёт об амперных токах" выглядит довольно странным. Так как в силовой электронике практически всегда токи более ампера, даже в довольно таки маломощных устройствах.

[sergey zhukov]

Эти вентиляторы трехкиловатные. Частотник у них встроенный. Есть подозрение, что на них иногда попадают импульсы перенапряжения, но если такие и бывают, то они редкие. Их трудно поймать. Подумал, может по характеру отказа это можно понять.

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1616661 писал(а):

Подумал, может по характеру отказа это можно понять.

По характеру отказа можно понять первую причину. А дальше начинает ветвится.
1. В примере уважаемого Dmitriy40 очевидно, что затвор пробился по превышению допустимого напряжения затвор - исток, положительного или отрицательного.
А вот почему оно было превышено - есть куча вариантов.

2. В вашем случае очевидно, что транзисторы взорвались, из-за превышения выделяемой на них мощности, а значит из-за превышения тока через них.
А вот почему ток был превышен - есть куча вариантов. От пробоя по напряжению, до ошибок управления и возникновения "сквозняка".

[Dmitriy40]

3кВт, наверняка и вход тогда ~230В, значит ток порядка 13А (и до 20А в пике). Куда уж тут жалкий TVS диод или резистор или кондёр ...
В опасность иголок на таких токах не верю. Ещё и потому что защита от них штатно предусмотрена в самом ПЧ на входе (обычно варистор).
Можно конечно поставить и внешний варистор вольт на 450 (или 650 если сеть трёхфазная), но он ни от чего уже не спасёт, лишь будет индикатором (когда сгорит) что перенапряжение таки бывает. Но это как бы и так понятно, а вот что с этим делать ... Я бы проверил что ПЧ работоспособен вплоть до скажем 800В (по документации или параметрам коммутирующего транзистора, а то есть любители экономить и ставить или 600В или даже 400В полевики, ведь формально для сети 230В они допустимы), если нет, то искать такой. Хотя тут конечно смотря что выгоднее, ставить ПЧ дороже или чаще их менять.
Можно для облегчения добавить индуктивность на входе, на рабочий ток 20А, но разумных габаритов она будет малого номинала и спасёт лишь от коротких иголок, которые и так должны лечь на варисторе в ПЧ. От перенапряжения она бесполезна (если габаритами не с сам мотор).

[sergey zhukov]

Dmitriy40 в сообщении #1616696 писал(а):

Я бы проверил что ПЧ работоспособен вплоть до скажем 800В

Так если окажется, что неработоспособен, все равно будем его использовать. Других нет. А вентиляторов этих здесь на объекте сотня. Что-то в них переделывать - это, по моему, не вариант. Варисторы действительно поставить разве что. Хоть точно будем знать, что перенапряжение бывает.

А может кто-нибудь встречал прибор вроде регистратора мгновенного пикового напряжения? Что-нибудь простое, как наручные часы? На батарейке. Повесил его, и месяц он ловит пики. Вот, скажем, для максимальной температуры есть дешевые наклейки, которые необратимо меняют цвет (у них и шкала есть) после воздействия температуры. А для напряжения есть что-нибудь столь же простое? Т.е. кроме варистора, чтобы несколько пиков мог запомнить, и величину напряжения можно было считать?

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1616704 писал(а):

Варисторы действительно поставить разве что. Хоть точно будем знать, что перенапряжение бывает.

Варисторы же восстанавливаются.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Предохранитель малого номинала нужно будет последовательно с ним поставить.

[Dmitriy40]

Ну как бы стандартное решение - отделить цепи питания вентиляторов от прочих, развести отдельно и объединить с остальными как можно ближе к входному питающему кабелю, но это перекладка силовых кабелей ... Скорее всего проще и дешевле будет ПЧ менять каждый месяц.
Стабилизаторы напряжения на 3кВт наверняка в природе есть (только я не в курсе), но стоят думаю поболее ПЧ ... Тоже не вариант.
Поискать автотрансформатор и включить как небольшую понижайку (скажем в 1.2-1.3 раза), плюс он же будет и индуктивным фильтром, но блин 3кВт, он габаритами с мотор будет ...
Короче тут я не компетентен и вообще зря влез с советами.

EUgeneUS в сообщении #1616708 писал(а):

Варисторы же восстанавливаются.

Это от иголок (малой мощности/энергии), а если напряжение будет постоянным (доли миллисекунд и более), то он тупо сгорит от перегрева, источнику 3кВт (300кВт) точно хватит мощности его выжечь.

-- 07.11.2023, 21:20 --

sergey zhukov
Кстати, если в ПЧ стоит входной преобразователь в постоянное стабилизированное напряжение (типа PFC в импульсных БП), то более опасным будет не повышение напряжения, а понижение - растёт входной ток и больше нагрев входного каскада (включая и диодный мост). Я опять же не в курсе как делают мощные ПЧ, есть ли в них внутренняя стабилизированная шина или транзисторы коммутируют просто выпрямленное входное напряжение (пофильтрованное, но не стабилизированное).
Поставьте где-то в видимой области около вентилятора любой индикатор сетевого напряжения, пусть люди помониторят его, бывают ли существенные (более 1.2 раз) просадки или повышения. Про систему сбора данных на комп говорить не буду.