Helfen Sie dabei, aus einem Fehler beim Anschließen eines Oszilloskops zu lernen

Ich habe diese Schaltung gebaut, um eine Lampe mit einem PWM-Signal zu dimmen. Es gab ein Problem, bei dem der MOSFET sehr heiß wurde. Also wollte ich wissen, was am Gate des MOSFET passiert.

Ich habe das PWM-Signal ausgeschaltet und mit meinem Multimeter als 12V gemessen . Jetzt bin ich sicher, dass ich die Wellenform mit meinem kleinen USB-Oszilloskop (Nennspannung 20 V) betrachten kann, das ich angeschlossen habe. Bammm, die Lichter gehen aus und ich habe ein gemauertes Oszilloskop und einen PC, der daran angeschlossen war.$V_{GS}$

Ich bin ziemlich traurig darüber, meinen PC kaputt zu machen. Allerdings muss ich wissen, was schief gelaufen ist, also bin ich hier.

Über das Problem mit dem heißen MOSFET: Es stellte sich heraus, dass es einen Fehler im Code gab, der die PWM-Frequenz sehr hoch machte. Wenn Sie sicherstellen, dass 200 Hz eingestellt sind, wird die Überhitzung behoben und der Dimmer scheint nun wie vorgesehen zu funktionieren.

bearbeiten:

MOSFET: IXTQ40N50L2

Optokoppler: ILQ2

Bei der gezeigten Schaltung handelt es sich um ein Wechselstromnetz ohne jegliche Isolierung. Das Messen von Vgs mit einem Multimeter ist sicher, da das Multimeter in Bezug auf die Netzversorgung "schwimmt".

Ein PC schwebt aber nicht. Der PC hat normalerweise ein geerdetes Gehäuse, dh die Metallabschirmung am USB-Anschluss ist auch über das PC-Gehäuse mit dem Netzanschluss verbunden.

Das Anschließen des USB-Oszilloskops an das Stromnetz ist daher unvermeidlich. Wenn dies geschehen ist, wird durch die Netzspannung Strom in das PC-Gehäuse (oder in die USB-Datenleitungen, je nachdem, welche Sonde angeschlossen ist) gedrückt, um zur Erde zurückgeführt zu werden.

Alle netzgekoppelten Stromkreise müssen mit schwimmenden Geräten ausgestattet sein. Sie könnten auf der sicheren Seite sein, wenn Sie einen Laptop anstelle eines PCs verwenden, aber es ist auch nicht so sicher, es sei denn, Sie haben wirklich alles rund um den Laptop isoliert und sichergestellt, dass Ihr Laptop in Bezug auf den Boden wirklich schwimmt.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Abbildung 1 a, b und c.

Da der Stromkreis nicht isoliert ist, bewegt sich die untere Leitung Ihres Stromkreises mit der Netzspannung.

• Bei positiven Halbwellen (b) würde der Boden von M2 normalerweise bei etwa 0,7 V über der neutralen Spannung gehalten. Da dieser mit der Netzerde verbunden ist, sind das 0,7 V über der Erde. Da das Oszilloskop und der PC einen Pfad mit geringerem Widerstand zur Erde bieten als die Diode, fließt der Strom durch sie und nicht durch die Diode. Ihre Geräte können 0,7 V überstehen, wenn der Kabelwiderstand hoch genug ist, um den Strom zu begrenzen.
• Bei negativen Halbwellen (c) wird der Boden von M3 auf -170 V Spitze gezogen (wenn Sie eine 120-V-Versorgung haben). Ein hoher Strom fließt von der PC / Oszilloskop-Masse, da dies einen Kurzschluss von der Erde zur Folge hat. Dieser Strom verbrannte wahrscheinlich mehrere Erdungsspuren auf den Leiterplatten, die er durchlief. Sobald sie weg waren, wurde die Spannung an die Chips usw. angelegt und sie wurden ebenfalls zerstört.

Es ist eine schwierige Lektion, also lerne es gut. Stellen Sie sicher, dass Sie die Logik der obigen Erklärung verstehen. Wenn Sie das können, haben Sie mehr für die Kosten des Austauschs Ihrer Ausrüstung gelernt als viele bei kostenpflichtigen Kursen.

Da das Problem der Verwendung von Oszilloskopen in Netzstromkreisen in EE.SE häufig auftritt, kann Folgendes hilfreich sein.

Abbildung 1 und 2. Fluke Scopemeter und Sondensatz. Beachten Sie den isolierten "BNC" -Anschluss und die Kabel einschließlich des schwarzen Steckers an der Erdungsklemme (der an der Seite der Sonde eingesteckt wird). Das Messgerät verfügt über eine Netzteilbuchse, die erst nach dem Einsetzen des freiliegenden Metalls Kontakt mit den Innenteilen herstellt. Eine optische serielle Schnittstelle ist an der Seite des Oszilloskops sichtbar.

Instrumente wie das Scopemeter in Abbildung 2 sind vollständig isoliert. Infolgedessen kann die Oszilloskoperdung mit jedem Punkt des zu untersuchenden Stromkreises verbunden werden, einschließlich der gleichgerichteten negativen Leitung von Abbildung 1. Selbst wenn das Gerät geladen ist, ist es vollständig von der Netzerde isoliert. Der einzige Punkt, den Sie beachten müssen, ist, dass die Erdungsklemmen der mitgelieferten A- und B-Kanalsonden nicht an zwei verschiedene Potentiale angeschlossen sind.

So nah und doch so katastrophal. Webressourcen sollten insbesondere bei Netzspannungsschaltungen einer Überprüfung unterzogen werden. Circuit-Lab sollte darüber informiert werden, dass sie einen garantierten PC-Killer und einen möglichen People-Killer veröffentlicht haben. Diese teuren Lektionen werden von den Überlebenden nie vergessen.
Ein großes Lob für die Entdeckung, dass schnelles PWM einen heißen MOSfet verursacht und langsames PWM eine Lösung ist. Eine Überarbeitung der Schaltung, die den Widerstand von 180K auf 10K reduziert, hilft ebenfalls ein wenig. Ihre Lösung von sehr langsamen PWM von 200Hz. ist auch eine anständige Abhilfe. Achten Sie darauf, Frequenzen zu wählen, die ein Vielfaches der Netzfrequenz sind, z. B. 240 Hz. wobei die Netzfrequenz 60 Hz beträgt. ergibt einen interessanten optischen Effekt.
Die Hauptrevision dieser Schaltung, um Katastrophen zu vermeidenDazu muss die PWM-Quelle vollständig vom MOSFET-Treiber isoliert werden: Man sollte auch darauf achten, die Auswahl der Komponenten sorgfältig zu treffen. BR1 muss für eine Spannung ausgelegt sein, damit die Netzspannung von Spitze zu Spitze problemlos gemessen werden kann. Es muss auch darauf geachtet werden, dass der Lampenstrom mit einem beträchtlichen Headroom durchgelassen wird, da Lampen im kalten Zustand einen Stoßstrom benötigen, bis sie die Betriebstemperatur erreichen. Die Diode D1 kann eine kleine Diode sein, da für sie nur ein geringer Strom benötigt wird, sie muss jedoch für mindestens eine Netzspitzenspannung ausgelegt sein. Es wäre sicherer, eine Nennspannung von Spitze zu Spitze zu wählen.
Diese Schaltung mit einem beliebigen Oszilloskop abtastenist ein Scope-Killer. Kein von mir verwendetes Oszilloskop kann die Erdung (0V-Referenz) eines anderen Teils dieser Schaltung als der PWM-Quelle aushalten. Wenn Ihr USB-Oszilloskop über ein Datenblatt verfügt, ermitteln Sie sorgfältig die Gleichtaktspannungsgrenze . Hier erfahren Sie, wie weit der Eingangskreis von der Erdung abweichen kann, bevor ein Teil davon ausfällt. Einige sind nur wenige Volt. Diese Schaltung würde Hunderte von Volt des Gleichtaktbereichs erfordern. Nehmen Sie immer an, dass die 0-V-Referenz eines Oszilloskops direkt mit Masse verbunden ist, und denken Sie immer daran, dass die meisten Teile dieses Stromkreises bei Erdung zu einem spektakulären Ausfall führen.

Verstehen Sie, dass Wolframlampen einen hohen Temperaturanstieg von> 3200 ° C und NTC von 10: 1 aufweisen. Wenn PWM-Impulse mit einer langsamen oder zu schnellen Rate auftreten, kann Ipk den 10-fachen Lampennennstrom erreichen oder große dynamische Verluste und FETs aufweisen RdsOn mit Widerstand kann mit I ^ 2R = Pd wärmer werden

Beachten Sie, dass Leitung und Neutralleiter nicht beschriftet sind und weder V + noch V- geerdet sind. Wir wissen jedoch, dass der Neutralleiter mindestens am Außentransformator geerdet ist. So können Sie ohne Vorsicht die Sondenmasse an die gleichgerichtete Leitung anschließen, anstatt 2 Diodentropfen vom Neutralleiter.

Dies erfordert zwei 10-M-Sonden, die für 400 V im differentiellen AB-Modus ausgelegt sind.

Bedenken Sie, dass Ihr PC sich selbst geopfert hat, um Ihr Leben zu retten.

Als Randnotiz können solche Messungen mit sogenannten isolierten USB-Hubs durchgeführt werden:

Diese ermöglichen mehrere kV zwischen Ihrem PC (der normalerweise geerdet und berührungssicher ist) und Geräten wie USB-Geräten, die unter Spannung stehen können. Natürlich sollten Sie immer noch wissen, was Sie tun (z. B. berühren Sie das Zielfernrohr nur, wenn die Stromversorgung unterbrochen und alle HV-Kappen entladen sind).