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Problema con BJT usato come interruttore


Blacks

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Buongiorno a tutti,

ho un problema relativo al fatto che un transistor usato come interruttore per l'alimentazione si brucia spesso e non riesco a capirne il motivo.

Facendo riferimento allo schema sotto riportato vi descrivo brevemente quello che volevo ottenere:

L'emettitore del transistor PNP T2 è collegato ad una tensione (proveniente da un 7808) di +8V. Abilitando due dei tre ingressi (ON/OFF-Micro, ON/OFF-Ramo1 e ON/OFF-Ramo2)  voglio ottenere è una tensione di circa 8V sul pin denominato A oppure su quello denominato B. Mai entrambi i pins A e B (ramo 1 e 2) saranno abilitati nello stesso momento.

Attraverso il pin ON/OFF-Micro, pilotato tramite un uscita di un PIC, mando in conduzione T1 e, conseguentemente, T2. A questo punto potrò abilitare anche uno fra T3 o T5 (attraverso un integrato I/O dotato di open collector; questo spiega le resistenze di pull-up sui 5V R14 e R15) per ottenere la tensione di circa 8 volt rispettivamente sul pin A oppure sul pin B (circa 8V perchè diminuita delle tensioni Vcesat dei transistor accesi).

 

Per completezza voglio aggiungere che fra i pin A e B viene connesso un carico di qualche ohm (o al massimo qualche decina di ohm). Inoltre, sia il pin A che il pin B sono ulteriormente connessi ad un ingresso di un convertitore A/D. In questo modo, tramite le letture delle tensioni su A e su B ottengo i valori che mi permettono di calcolare il valore del carico fra A e B, semplicemente applicando la formula RAB = 180 * (VA - VB)/VB. 180 è il valore di R11 o R13.

 

Il tutto funziona egregiamente. La lettura dei valori del carico è molto precisa (testata connettendo vari resistori campione, eseguendone le letture A/D ed il conseguente calcolo).

 

Il problema sembra essere il transistor T2, un BC807 che per ben due volte, dopo qualche ora di funzionamento si brucia (la prima volta addirittura si è aperto il package del transistor (SOT-23)).

 

Riporto qui sotto i dati dei transistor NPN e PNP usati ricavati dai data sheets:

 

NPN: BC847

VEBmax = 6V

ICmax = 100 mA

HFE = fra 180 e 200

VCE sat = fra 0.2V e 0.6V

VBE sat = 0.9V

 

PNP: BC807

VEBmax = 5V

ICmax = 800 mA

HFE = fra 180 e 200

VCE sat = 0.7V

VBE sat = 1.3V

 

Dove sbaglio secondo voi?

 

Schema.jpg

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Con i valori riportati nello schema , l'unica cosa che posso pensare è un errore di '' cablaggio '' ; ho guardato per poco tempo , ma non vedo nessun errore di valori oppure collegamenti , ma può essere qualcosa che sfugge a me come a te ,....aspettiamo rinforzi .:thumb_yello:

Modificato: da gabri-z
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ciccioilgrande

La potenza del bc807 non è molto elevata,se non ho letto male i datasheet,dovrebbe essere 0,3 W, se dopo 2 ore di funzionamento il trs si brucia, è chiaro che non riesce a smaltire il calore prodotto,  ci vuole un trs più potente

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Grazie delle risposte. Vado per ordine.

 

gabri-z:

L'errore di cablaggio tenderei ad escluderlo. Ho realizzato il PCB definitivo. Il tutto non è montato su breadboard o millefori. Quindi i gerber ottenuti dal Cad "dovrebbero" essere sicuri.

Ho verificato che all'accensione del sistema (che è molto più complesso di quanto riportato nello schema iniziale) non ci sono spike in tensione; nè per quanto riguarda il segnale del micro (che abilita T1/T2), nè livelli logici alti sugli I/O (che abiliterebbero T3, T4, T5 e T6 contemporaneamente).

 

ciccioilgrande:

E' vero. La potenza del BC807 è circa 300mW. Supponiamo però di cortocircuitare la resistenza R11 da 180 ohm (per esempio supponiamo di attivare il ramo1 (T3 e T4) oltre ovviamente ad accendere T1 e T2). Cortocircuitare R11 significa mettere nella condizione teorica estrema (ma non raggiungibile) il parallelo fra R11 e R13 quando il carico fra A e B è zero ohm. Facendo così considero il caso peggiore (e oltre, avendo messo a massa il punto A). In questo caso la corrente che circola nell'emettitore del transistor T1 è circa 47 mA (non riporto i conti fatti per il calcolo della/delle correnti, ma se interessa li inserisco).

Con una corrente di 47 mA fra emettitore e collettore, con la Vce sat data dai datasheet ottengo una potenza (massima teorica) pari a 47mA*0.7V = 32.9 mW, ovvero circa un ordine di grandezza inferiore rispetto al limite di 300mW (310mW secondo i datasheet che ho io).

 

Inoltre, il transistor non lavora per 2 ore in maniera continuativa. Infatti l'accensione dei transistors avviene per qualche millisecondo, giusto il tempo necessario per eseguere la conversione A/D. Poi, per parecchie decine di secondi, ed a volte anche minuti, i transistors rimangono spenti.

 

 

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ciccioilgrande

ok ma per vedere se realmente la corrente è 0,47 mA,inserisci un amperometro sull'emettitore del T2 e verifica questa corrente, puo darsi che qualche resistenza non è corretta 

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1 minuto fa, ciccioilgrande ha scritto:

ok ma per vedere se realmente la corrente è 0,47 mA,inserisci un amperometro sull'emettitore del T2 e verifica questa corrente, puo darsi che qualche resistenza non è corretta 

Si, può essere  una buona idea. Proverò con questa misura. Cercherò un modo semplice per realizzarla.

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ciccioilgrande

penso che il problema sia da cercare nella R2,controllala con un tester per vedere se il valore corrisponde a 4,7K,io penso che sia inferiore, comunque l'amperometro va inserito cosi:

 

bc807.png

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Certo ciccioilgrande, anche se in quel punto misurerei anche la corrente che circola in R1 (seppur trascurabile). Il problema (un po' macchinoso ma non irrisolvibile) è che come dicevo prima lo stampato "dovrebbe" essere definitivo. Quindi dovrei sconnettere (dissaldare) il pin di uscita del 7808 e inserire in quel punto l'amperometro.

 

Sicuramente dovrò verificare il corretto valore di R2. In effetti, se sarà confermato che la corrente sull'emettitore è quanto aspettato, l'unico parametro fuori limite non può essere che la corrente di base.

 

Ho fatto anche una verifica che non ho descritto. La tensione VEB di T2 (emettitore-base) deve rimanere sempre sotto i 5Volt (vedi il parametro -VEB0 = 5V nel data sheet nella parte relativa al Maximum ratings).

Ho connesso una sonda dell'oscilloscopio sull'Emettitore di T2 ed un altra sulla base. Ho poi fatto visualizzare sull'oscilloscopio non i due segnali, ma la differenza (algebrica) fra i due. Ed in ogni momento la tensione aveva valori compresi fra 0V e 4V, quindi sotto il valore limite di 5V.

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ciccioilgrande

Ho il forte sospetto che quella resistenza non è da 4,7 K ma addirittura da 47 ohm se non meno,come prima prova dissaldala solo da un lato e misurala con un tester

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2 ore fa, ciccioilgrande ha scritto:

@Blacks, il problema è stato risolto?

No Ciccio, ieri sera sono andato in trasferta e tornerò stasera.

Domani in mattinata verifico il resistore e faccio il test della corrente. Poi ti saprò dire.

Grazie dell'interessamento.

 

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Errore di lettura di un resistore E24 e quindi un resistore di valore errato. La serie E24 fa girare un po le sc***le...non sono ancora riuscito a memorizzare i 24 valori e neppure leggerli in un batter d'occhio è per quello che ipotizzo questo errore...

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Non escludo che sia un errore del valore. Domani avrò modo di verificare. In ogni caso il resistore è SMD in contenitore 1206. Con una lente di ingrandimento si dovrebbe leggere il valore corretto dato che sono valori in cifre. Comunque domani vi farò sapere come è andata.

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Ok. Ho terminato i test ora. Niente di fatto. Tutto sembrerebbe regolare. Li descrivo brevemente.

 

1. Il valore di R2 è di 4.7 kohm, come da progetto. Ho comunque rimosso la resitenza (SMD) e misurata separatamente. Valore confermato.

 

2. Prova della corrente effettiva che circola fra emettitore e collettore di T2. Inizialmente ho usato il multimetro (digitale) con fondo scala 400mA. Tuttavia questo metodo non mi ha permesso, come temevo, di avere letture affidabili. Il 7808 che alimenta l'emettitore di T2 è usato anche per derivare i 5V di tutti i circuiti digitali (microprocessore e tutto il resto) attraverso un 7805 in cascata. Interponendo quindi l'amperometro fra l'uscita del 7808 e la piazzola degli 8V in cui era connesso il pin di uscita lo strumento leggeva l'assorbimento cercato + tutto l'assorbimento della rete a 5V (molto maggiore). Inoltre, le piccole oscillazioni di corrente non venivano rilevate efficacemente da un tester digitale.

Ho quindi dissaldato il pin del collettore di T2 ed ho inserito in serie una resistenza di 1.2 ohm con potenza di 1W. Ai capi della resistenza ho poi misurato la tensione (con oscilloscopio) per ricavarne la corrente. Da qui le 3 possibilità di variazione della corrente (T5 e T6 sempre spenti):

# coppia T1 e T2 spenti (ON/OFF-MICRO = 0) e coppia T3 e T4 spenti (ON/OFF RAMO1 = 0). Corrente rilevata sulla resistenza 0mA (0V). Come aspettato.

# coppia T1 e T2 accesi (ON/OFF-MICRO = +5V) e coppia T3 e T4 spenti (ON/OFF RAMO1 = 0). Corrente rilevata sulla resistenza 0mA (0V). Come aspettato.

# coppia T1 e T2 accesi (ON/OFF-MICRO = +5V) e coppia T3 e T4 accesi (ON/OFF RAMO1 = +5V). Corrente rilevata sulla resistenza 90mA (75mV). Corrente superiore a quanto mi aspettassi ma comunque sicuramente nulla di particolarmente allarmante.

 

3.Ho eseguito la misura della tensione fra la base e l'emettitore di T2 nei tre casi sopra. Quando T1 e T2 sono spenti, il valore della tensione letto è Veb=0V. Quando sono accesi tutti i transistors T1, T2, T3 e T4 il valore sale a Veb=0.7V (1.3V dichiarati come valore massimo). Quindi mi sembra che nella pratica il circuito si comporta grosso modo come dovrebbe essere nel caso teorico.

 

Non so più a cosa imputare la rottura di T2.

Altre Idee?

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Aggiornamento.

T2 si è bruciato altre 2 volte. In pratica T1 non è più in grado di controllarlo. Qualunque sia il valore di tensione sul collettore di T1 (0 oppure 5V) emettitore e collettore di T2 sembrano in cortocircuito (in pratica sugli emettitori di T4 e T6 c'è sempre 8V).

 

Modificato: da Blacks
Doppione
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Scusa prchè non simuli ilcircuito,magari con LTspice che è gratuito?

Così lo puoi analizzare in tutte le condizioni senza bruciare componenti.

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45 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

Scusa prchè non simuli ilcircuito,magari con LTspice che è gratuito?

Così lo puoi analizzare in tutte le condizioni senza bruciare componenti.

Non è proprio il mio pane la simulazione, ma lo farò. Vi tengo aggiornati.

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1 ora fa, Blacks ha scritto:

Aggiornamento.

T2 si è bruciato altre 2 volte. In pratica T1 non è più in grado di controllarlo. Qualunque sia il valore di tensione sul collettore di T1 (0 oppure 5V) emettitore e collettore di T2 sembrano in cortocircuito (in pratica sugli emettitori di T4 e T6 c'è sempre 8V).

 

Controlla bene le piste intorno a T2, con una lente di ingrandimento,può esserci un falso contatto fra la base di T2 e il negativo

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14 minuti fa, Blacks ha scritto:

Lo escludo. La scheda su cui ho eseguito le prove oggi è un'altra, non è la stessa che ho usato le volte precedenti.

Mi pare impossibile che con quelle resistenze il T2 si bruci,salvo che non ci sia un falso contatto, può darsi che saldando i componenti una piccolissima goccia di stagno crei un contatto accidentale,io per scrupolo un controllo lo farei ,inoltre se ci puoi inviare le foto del circuito lato componenti e lato piste così vediamo com'è questo circuito

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3 ore fa, Blacks ha scritto:

Corrente rilevata sulla resistenza 90mA (75mV)

Parlavi di una   '' 1R2 ''  ?Qualcosa non ci sta , per prima nei valori , e poi :

3 ore fa, Blacks ha scritto:

Corrente rilevata sulla resistenza 90mA

 

3 ore fa, Blacks ha scritto:

Corrente superiore a quanto mi aspettassi ma comunque sicuramente nulla di particolarmente allarmante.

Ma se tu hai una serie di due VCE con due volte 180 Ohm = 360 Ohm , con addosso 8 Volt , non ti preoccupano 90 mA nel circuito ? 

La mia calcolatrice ( che io non sono più in grado di fare conti ) , dice che (8,00V - 0,60 V ) / 180 + 180< => 7, 40 V /360 Ohm = 0, 0205 A= 20,5 mA

Ti risulta ancora non preoccupante ?

Spero di essere '' fuori '' io , perché altrimenti sarebbe veramente preoccupante.....

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Omettiamo le Vce dei TR.

Nel suo massimo T2 supporta una corrente di 44 mA. Consideriamo T4 e T6 in conduzione contemporaneamente, lasciamo perdere le rispettive c.d.t. (Vce) ci ritroviamo con (R10+R11) // (R12+ R13) = 180 ohm quindi: 44 mA

Peggioriamo le cose:

La corrente esce e finisce a 0V da A e B abbiamo quindi R10//R12 = 180//180=90 ohm  IC max = +8V : 90 ohm = 90 mA

 

Oggi è sabato e ci sono i saldi. IC= il doppio è 180 mA ..... T2 non lavora sotto sforzo.

 

PS: Non siate maligni,non ho usato LTspice per applicare la legge di ohm...e che volevo simularlo nel completo ma disegnando mi sono accorto che si possono fare i conti della famosa serva.

 

plc.png

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Il carico resistivo che vede T2 varia da 360 Ohm (A-B aperto ) ai 270 Ohm (A-B in corto ) , con le correnti ICT2 20,5mA e ICT2 =27,4mA , altro che 90 mA.

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Nel mio schema ipotizzo la situzione più gravosa ed in tale situazione conducono sia T4 che T6.

Non lo so dove vanno a finire A e B ma peggio che 0V non posso avere e quindi R= 180//180.

 

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Appunto facciamo i conti della serva :

la potenza di questo transistor è di 0,3 W,la tensione di alimentazione del circuito è di 8V, la corrente Ic non deve essere superiore a : 0.3/8=0,0375 A cioè 37,5 mA,superata questa corrente il trs si brucia,e glielo avevo detto sin dall'inizio di metterne uno più potente

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