resolvido Amplificador com irs2092 dúvida mosfet saída

[ohm]

Olá,

 

É um amplificador classe D com ic irs2092, marca genérica.

Estou analisando a tensão de trabalho nos mosfet's de saída. Tal amplificador em questão possui dois irfb4227 (Vds max 200v), entretanto a tensão simétrica é de aproximadamente 53v. Abaixo forma de onda entre dreno e source do mosfet de baixa:

 

 

 

Topologia Half-bridge utilizada:

 

 

 

 

 

 

Minha dúvida, coloquei um mosfet substituto que possui Vds de 100V. A principio imagino que não terá problema. O que acham?

@Moderador @Técnico Cooperador @Jack O'Neo@zazulak  gentileza, opinião dos senhores(a).

 

Obrigado!

Editado: 13 de Junho de 2022 por ohm

[FLAVIOTECH]

2 horas atrás, ohm disse:

Minha dúvida, coloquei um mosfet substituto que possui Vds de 100V. A principio imagino que não terá problema. O que acham?

 

@ohm amigo, acho que não terá problemas, pois só vai ser consumido aquilo para o qual foi projetado o circuito que é os 53V. Ao contrario aí sim teria problemas claro e evidente!

 

Vamos aguardar mais analise sobre dos colegas.

[Marcelo Galtarossa]

@ohm , tambem acho que nao da bode , Vds de 100V  pra ser usado 53V .

[Jack O'Neo]

@ohm Pelo VDS não vejo problema assim como o restante dos colegas, principalmente se as outras características fundamentais foram tidas em conta e atendem a necessidade de uso.
Muitas vezes opta-se por componentes em virtude de um baixo RDS(ON), ou pela quantidade de watts que consegue dissipar em forma de calor, ou pela corrente que suporta, ou as vezes pela capacidade de chavear sem gerar distorção no formato de onda em altas frequências.
São detalhes que considero interessantes serem averiguados, mas acredito que já o tenhas feito.

Para esta tensão de trabalho até mesmo mosfets de 75V estariam adequados (a escolha dos chinas quase sempre é colocar apenas 30% a 40% a mais no VDS), se é que estás trabalhando com o aparelho em 110V e ele é bivolt seria interessante considerar e conferir se em 220V a tensão de trabalho não se altera, geralmente não, mas não custa nada e pode evitar dores de cabeça.

 

Eu trocaria logo o par...

Boa sorte.  

 

P.S: Sendo que a fonte é simétrica, seria interessante analisar se o gerenciamento de tempo morto do pwm garante que nunca haverá acionamento simultâneo de ambos os mosfets só pra garantir bem mesmo hehehe.

Editado: 21 de Abril de 2022 por Jack O'Neo

[ohm]

@Jack O'Neo obrigado pela resposta amigo!

 

1 hora atrás, Jack O'Neo disse:

mas acredito que já o tenhas feito.

correto, foi analisado. Meu gargalo era o tensão de trabalho.

 

1 hora atrás, Jack O'Neo disse:

se é que estás trabalhando com o aparelho em 110V e ele é bivolt seria interessante considerar e conferir se em 220V a tensão de trabalho não se altera, geralmente não, mas não custa nada e pode evitar dores de cabeça.

sim está trabalhando na rede ac 127v. Em 220 não irar mudar, a fonte é tradicional, feita por transformador.

 

1 hora atrás, Jack O'Neo disse:

Eu trocaria logo o par...

Correto novamente, foi trocado o par.

 

1 hora atrás, Jack O'Neo disse:

seria interessante analisar se o gerenciamento de tempo morto do pwm

sim, foi verificado o tempo morto. Alias, existia uma falha de projeto a qual a fonte de bias e fonte simétrica de 5v (vaa e vss) que alimentam o irs2092 (também danificado) estavam mal dimensionadas. Gerou calor excessivo nos resistores limitadores de corrente acarretando na queima dos mosfets de saída, levando o resto junto . Foram substituídos e corrigidos. Os resistores queimaram a ponto de ficarem irreconciliáveis e marcando a placa permanentemente!

 

 

Um pouco da historia dessa manutenção, se me permitem!

Novamente o raio de componentes falsificados. Não tinha no estoque os irfb4227, a qual esperei mais de semana para chegarem. Como tenho habito de conferir o valor do Rds em um carga de 1A (assunto para outro tópico) antes de colocá-los no circuito descobri a falsificação. Tive a infelicidade de constatar que estava aproximadamente 20 vezes maior, isso mesmo, era esperado 19mΩ e encontrei em torno de 500mΩ.

Enfim, o cliente estava com urgência e tinha mosfets no estoque que atendiam as necessidades exceto a tensão máxima suportada entre dreno e source.  Foi trocado e conferido a polarização. Nem mornavam!!!

 

 

 

Editado: por curiosidade coloquei os mosfet’s falsificados. Aqueceram a ponto de não conseguir encostar o dedo em menos de 1 minuto. 

Editado: 21 de Abril de 2022 por ohm

[jone melo]

Qual mosfet usado no lugar?

[adrianopluz]

@ohm A fonte simétrica é de ±26.5V, certo?

 

Essa forma de onda foi obtida com carga ou sem carga?

[ohm]

4 minutos atrás, adrianopluz disse:

@ohm A fonte simétrica é de ±26.5V, certo?

 

Essa forma de onda foi obtida com carga ou sem carga?

Não, simétrica de 53. ( pouco mais de 100 v no total)

 

A forma de onda é sem carga no mosfet de baixa. O de alta estava da mesma forma. 

[adrianopluz]

@ohm Nesse caso o MOSFET que está cortado vai ter uma tensão entre dreno-source de mais de 100V, você usou o GND como referência para fazer a medição da forma de onda?

 

Tem que considerar também que com carga é comum ter um pouco de oscilação no chaveamento (ringing).

[ohm]

@adrianopluz obrigado pela resposta.
 

A forma de onda está na primeira mensagem. Medida entre dreno e source. Talvez tenha analisado errado mas não entendi por que os 100v entre dreno e source de um mosfet. É topologia  Half-bridge, o mosfet de alta não conduz ao mesmo tempo do mosfet de baixa. Existirá mais de 100v mas entre dreno do mosfet de alta e source do mosfet de baixa. Estou errado na análise ?

[ohm]

Senhores, @Moderador Global @Moderador Pleno , gentileza.

[adrianopluz]

@ohm Source do mosfet de baixa está no potencial de -50V, quando o mosfet de alta conduzir o dreno do mosfet de baixa vai para o potencial de +50V, e vice versa, portanto ele tem que suportar o total da fonte simétrica, não seria isso?

[Jack O'Neo]

@ohm Na minha análise considerei fonte simétrica (+55V e -55V) por isso cogitei a questão do gerenciamento de tempo morto, se ele funciona a contento não acredito que haverá problema.
Se no entanto os dois mosfets forem acionados ao mesmo tempo ainda que por breve período de tempo, seja pelo motivo que for, aí sim corre-se o risco de ficar 110V sobre o par, mas se chegar num ponto em que os dois foram acionados simultaneamente o PWM já dançou também, ou seja, o aparelho já está danificado novamente, então não vejo problema.

@adrianopluz Ele mediu os 53.7V entre dreno e source do mosfet de baixa, não referenciado ao ground, se ele tivesse medido 53.7V entre 0V e o ponto de saída de áudio aí acredito que suas colocações fariam realmente todo o sentido do mundo.

 

[joao lima RV]

Tão importante como tensão e corrente o valor do RDS , como comentado pelo O´neo, tem modelos de amplificador que verificam o valor do RDS antes de ligar

[zazulak]

Buenas,

 

se a fonte é de +53 e -53, terá que usar fets para mais de 100V. Como eles estão em série, quando um estiver conduzindo, você terá a tensão total da fonte entre dreno e source do outro. 

Mas, a forma de onda na primeira mensagem dá a entender que a tensão total da fonte seja apenas 53V. Essa medida foi feita com os dois fets no lugar ?

[ohm]

2 horas atrás, zazulak disse:

Essa medida foi feita com os dois fets no lugar ?

Sim, com os dois mosfet’s no lugar. (Entre dreno e source). 

[ohm]

Boa noite!

 

Agora estou em uma dúvida cruel! Aonde está  meu erro, não tenho vergonha em dizer!
 

Após os comentários do @adrianopluz e@zazulak comecei a refletir, será que não realizei a medida errada??? Voltando na análise do exemplo que estávamos seguindo:

mosfet de baixa, source com diferencial de potencial de -53v em relação ao gnd e dreno no momento em que o mosfet de alta estiver saturado terei ali realmente +53v em relação ao gnd, ou 106v entre dreno e source do mosfet de baixa. Ou seja, não era para aparecer no osciloscópio uma amplitude de só 53,7v, concorda @Jack O'Neo? Tem bode ai!!! Já era final da noite, cansado, entretanto não justifica erros. A única explicação que encontrei é garra de jacaré no source e ponta de prova no gate, entretanto não era pra ter 53v de amplitude Os terminais das prontas do scope estavam em entre dois dos 3 terminais do mosfet. 
 

@@Jack O'Neo Muito obrigado pela força e desculpa se te induzi à uma interpretação errada. 
 

O aparelho já foi entregue, entretanto comprei à pouco outros mosfet’s. Tomara que resistam por uma semana. Quando chegarem troco eles e faço novas medidas atualizadas e com mais atenção! Caindo os dentes de velho de bancada e apronto uma dessas!

 

 

Muito obrigado a todos. 

Editado: 23 de Abril de 2022 por ohm

[Jack O'Neo]

Continuo achando que iria a vida útil toda do jeito que está. Mas...
Sim, eu entendi que haverá uma tensão de saída do alto falante +53.7V somado aos -53.7V total 107.4V.

[jone melo]

Olha meu amigo eu acredito que a sua medida no osciloscópio entre dreno e source deveria apontar se em algum momento tivesse o diferencial de 106V, como não mostrou acredito que não terá problemas com os mosfets. Só digo que você deveria ter feito o mesmo teste com o equipamento reproduzindo áudio com volume alto.

[ohm]

Boa noite a todos.

 

 

Os irfp4427 chegaram.

Venho com novidades, mesmo nao sendo boas!

Sobre a tensão em cada mosfet (dreno/source) realmente tem que ser superior ao total da fonte simétrica na topologia half-bridge. Sinceramente não sei o que aconteceu com minha medida, que que eu aprontei com osciloscópio...

No meu caso aproximadamente 110v. O mosfet tem que suportar mais que isso. @Jack O'Neo categoricamente indicou que alguns engenheiros colocam a partir de 30% superior. Abaixo imagem da forma de onda, correta, entre dreno e source do mosfet de baixa (quase 110v de pico a pico) como @zazulak @adrianopluz apontaram.

Então, a dúvida do tópico foi sanada. Obrigado!

 

A principio não fiz testes nos mosfets que coloquei primeiro, que suportavam somente 100v a fim de indicar o motivo de aguentarem. Assunto para outra mensagem, tenho outras prioridades nesse aparelho. Mas irei fazer.

 

 

Ocorreu algumas falhas e contratempo na manutenção desse aparelho e gostaria de compartilhar. Adianto que a manutenção  não foi concluída...

 

Como diria um desenho do pica pau "e lá vamos nos":

 

Entreguei o aparelho e em um dia queimou (com os mosfets novos).

Ai nao tem jeito, pente fino.

Após uma semana de teste (um dos aparelhos que mais testei em bancada). Primeiras conclusões:

_primeiro detalhe que observei antes da manutenção foi  quatro pontos de muito aquecimento nessa placa (ficou preta no local). São eles, resistores que limitam corrente na fonte fonte simétrica de 5v do irs2092, resistor que limita corrente na fonte vcc de 15v do irs2092, indutor de saída do irs2092.

Solução para essa primeira falha. Os tres resistores que limitavam a corrente foram carbonizados, então coloquei com potencia maior, acredito que a falha estava somente ai. Ja o indutor, achei a bitola do fio muito fina e o ferrite de tamanho um pouco reduzido para 300w, sendo assim coloquei um indutor completo tirado da sucata de uma taramps ts800 que tem dimensões maiores e também possui 22uH (ah, o indutor estava com os 22uH sem alteração). Após a troca do indutor ficou levemente mais frio, porem ainda muito quente.  Abaixo foto do local do indutor.

 

 

_A frequência de trabalho dela está próxima de 210k. O indutor que coloquei estava trabalhando em 310k. Será isso o aquecimento ? acredito que não, como ja vi em outros amplificadores dessa topologia um aquecimento desse indutor ate que esse ponto não me preocupou.

_coloquei uma carga de aproximadamente 3 ohns e tome testes de stress em onda senoidal. Depois de um dia com teste em onda senoidal passei pra teste com musica e volume alternando entre 50% a 90% , também na carda resistiva de 3ohns. Assim fechei a semana. No ultimo dia deixei ligada quase 24hs seguidas. Pensei, passou... Montei o aparelho hoje na parte da manhã e com menos de 20 minutos escutei o buuuuummm. Não acreditei!!! com alto falante de impedância de 8 ohns ela abriu o bico.

_havia verificado tempo morto, ausência de tensão dc, ausência de distorção no sinal amplificado, ausência de aquecimento nos mosfets de saída. O irs2092 é original tirado e uma sucata. Então, por que com carga indutiva a falha... vamos descobrir, ou tentar

 

_Ao desmontar percebi o dissipador de calor pegando fogo. Mosfest's em curto. Não removi nenhum componente, farei outro dia e trarei novidades.

 

[zazulak]

1 hora atrás, ohm disse:

resistor que limita corrente na fonte vcc de 15v do irs2092

Bom, as únicas razões lógicas para esse resistor superaquecer são: Ou o circuito está operando numa frequência maior do que deveria (o que, olhando pelo oscilograma, não é o caso), ou a capacitância de gate dos fets é maior do que deveria. Como esses fets também são usados em placas Y/Zsus de tvs de plasma, tem alguma possibilidade de serem falsificasos. Você chegou a olhar a forma de onda no gate deles, ou medir a capacitância gate-source e gate-dreno?

Pode ser que o amplificador funcione melhor com fets para uma corrente menor, que tenham uma menor capacitância de gate. Vai ter mais dissipação de calor em condução, mas vai ter menor risco de condução cruzada (que aparentemente foi o que aconteceu aí, senão ele não queimaria com uma carga 'leve' como 8 ohms).

 

 

ps. Eu ligaria o pino DT direto ao -B, pra gantir o máximo dead time e a menor possibilidade de condução cruzada. 

 

ps2: a fonte desse amplificador é linear ou chaveada?

[ohm]

10 horas atrás, zazulak disse:

Bom, as únicas razões lógicas para esse resistor superaquecer são: Ou o circuito está operando numa frequência maior do que deveria (o que, olhando pelo oscilograma, não é o caso), ou a capacitância de gate dos fets é maior do que deveria.

Depôis da manutenção o aquecimento do resistor de bias não está a ponto de danificar a placa como aconteceu. Achei um pouco alto ao consumo dessa malha, 40mA (dissipa 1,6W). Realmente minha primeira suspeita foi  o peso do mosfet, até pensei em colocar o irrfb5620 que tenho original de sucata para teste. Entretanto o irfb4227 (desculpa, escrevi errado na mensagem anterior) já tinha visto antes trabalhando nesse tipo de amplificador sem auxílio de drive de corrente.

 

10 horas atrás, zazulak disse:

tem alguma possibilidade de serem falsificasos. Você chegou a olhar a forma de onda no gate deles, ou medir a capacitância gate-source e gate-dreno?

Não olhei. Só conferir a rds que estava na casa dos 20m Ohns.  Tenho mais um par novos de resto é vou conferir. Estou pagando mais de 100 pilas em 4 unidades com a propaganda de original. 
 

10 horas atrás, zazulak disse:

Eu ligaria o pino DT direto ao -B, pra gantir o máximo dead time e a menor possibilidade de condução cruzada

Ontem de noite, pela foto que tirei, analisei os resistires do pino 9 e ele está trabalhando com o menor tempo morto possível, mais de 80% do vcc (casa dos 25nS). Pensei em altera para 65 com receio de perda de qualidade de áudio. Agora tu indica colocar no máximo então acredito que não terá. 
 

Além de alterar o tempo  morto, tentar alterar o consumo do ic de 40 para 20mA também pensei em subir a frequência para casa do 320k na tentativa de abaixar um pouco a temperatura do indutor. Que você acha?

 

Ah, esqueci de responder. Fonte linear. 
Componentes atualmente então complicado demais… na primeira manutenção usei o irs2092 novo, queimou em um dia. Primeira suspeita foi ele, coloquei de sucata, funcionou uma semana em testes severos… 20min com o alto falante queimou, aí a suspeita recai aos mosfet’s de saída… haja paciência!!!

Editado: 2 de Junho de 2022 por ohm

[Jack O'Neo]

@ohm Levando em conta a nova imagem, retiro o que disse anteriormente na mensagem #18. hahaha  
Quanto maior a frequência menor deve ser a bitola do fio do indutor, se precisas de uma frequência alta e alta corrente, a melhor ideia é refazer o indutor utilizando múltiplos fios, finos o bastante pra lidar com a alta frequência, e que somados suportem a corrente total necessária, desta forma o aquecimento nele vai diminuir e também o stress sobre os mosfets.

Tempo morto realmente é importante revisar, se puder aumentar e não interferir na qualidade do áudio, quanto mais melhor.

Tendo em vista tudo que já ocorreu eu provavelmente trocaria o irs2092, e também os capacitores das fontes simétricas os quais eu aumentaria um pouco o tamanho.

 

Seria possível diminuir a tensão nessa fonte +B pra trabalhar com 99V ou 100V, ao invés dos 107V?

Os limites máximos do componente sugerem máximo de 220V mas é sugerido utilizar no máximo +100 e -100.

[ohm]

Boa tarde a todos.

 

Ainda não deu pra mexer no amplificador

 

@Jack O'Neo Grande Nel,

5 horas atrás, Jack O'Neo disse:

Tendo em vista tudo que já ocorreu eu provavelmente trocaria o irs2092,

Primeiro troca foi por um novo. Por te queimado em um dia desconfiei a mão e troquei por um de sucata. Ou seja, trocado duas vezes. Ainda não sei se o que está lá (sucata) danificou dessa vez. 
 

5 horas atrás, Jack O'Neo disse:

e também os capacitores das fontes simétricas os quais eu aumentaria um pouco o tamanho.

só troquei das fontes do irs2092, mesmo passando no teste de esr e perda. Vou conferir os grandões da simétrica. 

 

 

5 horas atrás, Jack O'Neo disse:

Seria possível diminuir a tensão nessa fonte +B pra trabalhar com 99V ou 100V, ao invés dos 107V?

Acaba que não. A fonte usa transformador de núcleo de ferro. É uma fonte linear. Diminuir as espiras do secundário seria complicado. Se fosse chaveada seria mamão com açúcar atuar no feedback. 

 

@zazulak olhei a capacitância entre gate e dreno com capacímetro (não achei meu testador de transistor kkkk). O resultado para irfb4227 foi próximo de 4n5 para cada um dos dois que ainda tenho. 
Já o irfb5620 de sucata foi 1n1. 

[ohm]

Boa noite a todos!

 

Hoje consegui algumas horas dedicadas ao amplificador. O mosfet de alta estava em curto (dreno source). Detalhe na solda que foi derretida devido ao excesso de calor   antes da falha:

 

O pwm não danificou.
Primeiro procedimento para tentar identificar onde está o erro. Teste de capacitância entre gate-dreno, gate-source que acusou 4,5nF e 5,6nF no capacímetro. No testador de transistor foi 6,2nF. Nao sei que raios ele apronta para apresentar esse valor e se o Ciss (capacitância de entrada) do datasheet é a soma dos dois valores. Tem ideia @zazulak @Jack O'Neo ? 
Enfim, o mosfet te aparência de original, ainda acredito ser. Foto abaixo:

 

Segundo teste. Esses dois mosfet’s irfb4227 foram colocados em outro amplificador que usa o irs2092 (potência taramps ts800). E bingo, o consumo foi lá pros 9A em repouso. O tempo morto dessa potência está configurado para o maior  possível. Veja a forma de onda: 

Os dois ligados ao mesmo tempo, isso não aconteceu, não nos testes, no outro amplificador. Sem carga indutiva roda lisinho. O “peso” do gate desse modelo de mosfet influenciou no pwm. 
 

Seguindo, terceiro teste. Colocar o irfb5620 no amplificar que apresentava falhas. Em tempo, a capacitância no testador de transistor foi 1,6nF. Já pelo multímetro foi 1,1nF gate/dreno e 1,3 gate/source. De cara o consumo do irs2092 caiu para próximo dos 20mA, entes chegava passar de 40. Outra mudança, a frequência do pwm subiu para próximo dos 300kh. Estamos progredindo… 

 

Quarto teste. Removi um dos  resistores do divisor de tensão que determina do tempo morto, ficando somente o ligado ao -B. Assim o ic trabalha com o maior tempo morto possível. Percebi uma diferença do tempo morto do mosfet de alta, que ao desligar é maior que quando liga. No outro amplificador também apresentou isso, deve ser característica dessa série de ic. Abaixo o tempo morto atual. Primeiro quando o mosfet de alta passa para o corte, segundo o de baixa. E terceira, forma de onda dreno source do mosfet de baixa.

 

Quinto teste. Comparar uma senoide nos dois regimes de tempo morto do ic. Que na realidade são os dois extremos. Acredito que esteja tolerável. Deem sua opinião…. A primeira foto, tempo morto máximo onde estava com receio de perda de qualidade do áudio. Segunda foto com tempo morto que apresentou a queima do irfb4227. Ah, está com carga de 3 ohns dissipando 246w, ou seja, próximo do máximo de potência disponível no amplificador.

 

Primeiras conclusões.

Os mosfet’s atuais, irfb5620, tem quase 4 vezes menos capacitância no gate que os outros. Refletiu diretamente no consumo do irs2092 e na frequência do pwm. Aí imagino, será que o irfb4227 foi substituído antes da caixa chegar em minha assistência? Sinceramente não recordo se tinha marca de ser mexida, entretanto suspeito ser original.

Os mosfet’s atuais suportam somente 18A em 100C•  contra 46A do outro. O Rds é três vezes maior, entretanto nem mornaram. O amplificar não chega nos 300w, acredito de irão suportar. Que acham ? 

Funcionou mais de uma hora com o alto falante. Nem mornou o dissipador. Com esse tempo da outra vez tinha fritado, aliás com menos da metade do tempo. 
 

Amanha continua os teste. Caso queiram mais algum detalhe ou alguma coisa não ficou clara, por favor perguntem. 
 

No mais, muito obrigado a todos.