Почему MOC3021 глючит?

ludovikIV · 07.04.2009, 18:10

Здравствуйте. Недавно возникла необходимость в старом оборудовании заменить герконовые реле (5шт на одной плате) на электронику. За 15 лет эксплуатации герконы износились и если для включения симисторов еще годились, то для управления входами микросхем нет.
Заменил, спаяв приведенную схему. Как понятно из рисунка, вместо герконового реле поставил 4N25 и MOC3021. К 4N25 и последующим деталям никаких претензий, а вот MOC неприятно удивил. Управляемый им симистор каждый раз исправно открывался, а вот закрывался далеко не всегда. Т.Е. управляющее напряжение +24 уже отключилось, а симистор остается открытым неограниченно долго. И симисторы и резисторы 270 Ом взяты из старой платы. Причем в глюках были замечены 3 из 5 каналов. Из за особенностей шкафа управления (платы как книги на полке) и отсутствия разъема переходника, провести измерения не удалось. На другой день заменил MOC3021 на MOC3041 с детектором нуля, и глюки исчезли. И что бы это значило? Вряд ли дело в детекторе нуля. Бракованная партия MOC или кто-то с подобным глюком уже встречался?

-- Прилагается рисунок: --

alexgap · 07.04.2009, 19:37

Скорее всего дело в индуктивной нагрузке симистора. В таких случаях часто применяют демпфирующую RC цепочку параллельно симистору. В противном случае возможен пробой симистора или цепей управления из-за высокого напряжения, возникающего при прекращении тока через индуктивную нагрузку. У вас, похоже, именно это и происходило - симистор переоткрывался под воздействием шокового большого напряжения, создаваемого индуктивностью в момент пропадания тока. Еще один вариант развития событий - пробой управляющего отпосимистора MOC3021. Да, и 270 Ом - маловато. Номинал этого резистора зависит от типа применяемого силового симистора, но в большинстве случаев - 1 кОм - 2.2 кОм (для ~220В).

ludovikIV · 07.04.2009, 19:51

Уважаемый alexgap, спасибо за совет. К сожалению все не так. В цепи пускателя на родной плате стояли именно эти симисторы, я их выпаял. Схема работала без каких либо демпфирующих цепочек. Так же стояли именно эти резисторы. При напряжении 110 вольт и сопротивлении 270 Ом максимально возможный ток 110х1,44/270=0,586А.
MOC выдерживает до одного ампера в импульсе.
К сожалению, я не понял вашей фразы :"симистор переоткрывался под воздействием шокового большого напряжения, создаваемого индуктивностью в момент пропадания тока". Во первых что значит переоткрывался? А во вторых он не закрывался, значит и броска напряжения не было. В третих с другими МОСами работает же. Кстати МОС не пробивался, во всяком случае необратимо. В том то и дело что примерно в 50 процентах случаев схема срабатывала корректно, а 50 процентах глючила.

Falconist · 07.04.2009, 20:29

Уважаемый ludovikIV, насколько видно из приведенной Вами схемы, нагрузкой симистора служит обмотка контактора. А это - именно та индуктивность, о которой писал alexgap. Если учесть, что МОС3021 - 200-вольтовый, то вполне возможно, что ЭДС противоиндукции этой обмотки как-то складывается с питающим напряжением и оптосимистор оптрона "не выдерживает", открывается. Тем более, что 400-вольтовые МОС3041 работают у Вас нормально.

ludovikIV · 07.04.2009, 21:06

Уважаемый Falconist, спасибо за проявленный интерес. Если я Вас правильно понял, Вы хотите сказать, что при снятии управляющего напряжения возникает ЭДС, МОС открывается и открывает симистор. Когда симистору надоедает быть открытым, он закрывается и процесс повторяется. Т.Е. процесс носит харатер незатухающих колебаний. Это крайне интересно. Раньше я о таком не слышал. Я не ерничаю, я действительно рад копнуть чуть глубже повседневности. На очереди еще три таких платы, специально поставлю один старый МОС и загляну в осциллограф.
PS МОС3021 расчитан на 400 вольт если верить даташиту. Напряжение ЭДС на катушке пускателя может превышать и 400 вольт, в чем же разница с МОС3041?

Falconist · 07.04.2009, 21:36

Уважаемый ludovikIV, поскольку все советы даются "на расстоянии", а экстрасенсы, как Вы сами понимаете, в дефиците, то все они - на уровне домыслов "А может быть, так... А может быть эдак...". Я только высказал предположение. Может быть, "попал", может быть - нет... Разбираться всё равно Вам.

Попробуйте всё-таки поставить снабберную цепочку параллельно симистору из конденсатора 0,01 мк на 1000 В последовательно с резистором 39 Ом ватт этак на 0,5...1 (поскольку импульсы могут быть нехилыми), хотя у меня и 0,25-ваттные работают по нескольку лет без претензий, но у меня нагрузка активная (лампы накаливания).

Сообщение от ludovikIV

Когда симистору надоедает быть открытым, он закрывается и процесс повторяется. Т.Е. процесс носит харатер незатухающих колебаний.

Не думаю, что характер колебаний незатухающий. Скорее - помеха импульсная, но закономерно повторяющаяся.

Цитата:

МОС3021 расчитан на 400 вольт если верить даташиту. Напряжение ЭДС на катушке пускателя может превышать и 400 вольт, в чем же разница с МОС3041

А х.з. ...

P.S. Тему я перенесу в "источники питания" - там она будет "на месте".

ludovikIV · 07.04.2009, 21:50

Спасибо за совет, на днях посмотрю осциллографом напряжение на катушке пускателя и отпишусь.

alexgap · 07.04.2009, 22:42

Цитата:

Когда симистору надоедает быть открытым, он закрывается и процесс повторяется. Т.Е. процесс носит харатер незатухающих колебаний. Это крайне интересно.

Да, именно так. Только ему надоест не просто так, а при переходе через 0. Ток через индуктивность резко пропадает, возникает бросок напряжения из-за самоиндукции, напряжение какое-то время воздействует на симистор. Если вы не замечали, то некоторые симисторы имеют привычку самопроизвольно открываться при достижении предельного напряжения между силовыми концами. А так как источник этого напряжения - индуктивность, то следовательно, это состояние может легко продержаться до начала следующего полупериода. В итоге вполне может получится циклический процесс. Это может происходить как с управляющим оптосимистором, так и с управляемым силовым. В вашем случае скорее всего это происходит с управляющим.

Пробуйте RC снаббер паралелльно силовому симистору.

ludovikIV · 08.04.2009, 20:29

Эврика! Все мы правы. Суть вот в чем: всплеск напряжения заставлял открываться оптосимистор, с этим все ясно, а вот почему не открывается MOC3041? По определению!!! В нем находится детектор нуля и когда на электродах симистора напряжение больше чем принятое за ноль, детектор не дает ему открыться. А когда напряжение падает, открываться нет желания. Уважаемый Falconist, на мой взгляд, познанная закономерность заслуживает большего чем прозябать в "световом оборудовании". Зачем каждому наступать на мои грабли. Ясно, что снабберная цепочка способна решить проблему, но иногда можно будет использовать и МОС с детектором нуля.

alexgap · 08.04.2009, 21:26

Снабберная цепочка устраняет лавинные эффекты в симисторах. Проблема в том, что лавинные эффекты в полупроводниках делятся на две категории - восстановимые и невосстановимые. Невосстановимый лавинный эффект - это банальный пробой с последующим выкидыванием в мусорное ведро.

Если поставить детектор нуля, то таким образом можно избавится от восстановимых лавинных эффектов. Но вот касательно просто "пробоя", то тут уже детектор нуля защитить не может, это все зависит от типа силового симистора. Например, симисторы серии BT13x очень чувствительны к перенапряжению и моментально выходят из строя. Они без снаббера не могут надежно работать на индуктивную нагрузку. А серия симисторов BTA2xx и BTB2xx к этому относится некритически, т.е. может неплохо работать и без снаббера, хотя он все таки рекомендуется и для нее.

Другими словами, если вы не хотите полагаться только на удачу, то снабберу быть и в схеме с переходом через ноль.

Вот основные правила для обеспечения долговременной надежности, которые я познал, работая с симисторами.

Первое правило при использовании симисторов - RC снаббер. Ни в коем случае не варистор, так как варистор - элемент с ограниченным кол-ом гарантированных срабатываний. В качестве снаббера также можно использовать мощные сапрессорные диоды (двунаправленные быстродействующие стабилитроны).

Второе правило - импульс управления симистора должен иметь крутые фронты, т.е. должен иметь прямоугольную форму. В противном случае может разрушиться внутренняя структура кристалла из-за половинчатого открытия, что приводит к большому сопротивлению перехода и следовательно к мгновенному выделению тепла, вызванного падением напряжения на полуоткрытом полупроводнике. Возникает тепловой шок, из-за резкой смены температуры кристалл не успевает полностью прогреться и физически разрушается из-за внутренней разности температур.

Третье правило - симисторы не любят емкостную нагрузку в непосредственной близости к силовым пинам, т.к. возникает тот же внутренний тепловой шок из-за огромных пиковых токов. Следствия: нельзя подключать конденсатор параллельно симистору, нельзя коммутировать емкостную нагрузку, если она расположена слишком близко к симистору и проводники до нагрузки не обладают достаточной индуктивностью. Если индуктивности проводников до емкостной нагрузки недостаточно, то ставят дополнительную индуктивность последовательно с нагрузкой.