[redLed]

Ciao a tutti, da principiante non ho ancora capito se la funzione della parte metallica del package T0220 di un mosfet sia quella di dissipare calore oppure di connettere a massa la sua struttura.
Può il mancato collegamento del drain di un mosfet portare al surriscaldamento del driver di pilotaggio?

[zioelp]

Con il termine drain identifichi uno dei tre terminali elettrici del mosfet, non l'aletta metallica.
Gli altri due terminali sono il gate, dove applichi il segnale di comando, e il source, che puoi immaginare come l'altra estremità di un "tubo" che inizia sul drain.
In pratica, il mosfet è un "tubo" che collega drain e source, con in mezzo un "rubinetto elettronico" che azioni dall'esterno agendo sul gate.
Esistono mosfet piccoli concepiti per trattare tensioni e correnti modeste, e mosfet grandi che devono gestire potenze notevoli. Tutti hanno ovviamente il drain, ma I primi non hanno l'aletta perché, in condizioni d'impiego normali, il calore prodotto può essere smaltito per semplice convenzione, cioè a contatto con l'aria dell'ambiente.
Nei mosfet grandi è prevista un'aletta metallica con la quale il componente può essere fissato a superfici metalliche esterne, affinché il calore generato abbia un percorso agevole per allontanarsi prima che la temperatura locale arrivi al limite potenzialmente dannoso.
L'aletta del mosfet viene di solito fissata con viti o mollette ad un pezzo d'alluminio nero, perché l'alluminio è un ottimo conduttore termico a costo ragionevole, e il colore nero è quello che "dissipa" meglio degli altri.
A seconda dei casi, il progettista della scheda che impiega il mosfet può scegliere di usare l'aletta soltanto per la funzione termica, nel qual caso non la collega o la isola elettricamente dal resto del circuito, o anche per la funzione elettrica, nel qual caso la collega e considera dove il circuito richiede il collegamento del drain.
Può accadere che il circuito preveda il drain collegato alla "massa" dell'alimentazione, e può accadere che, invece, preveda il drain collegato al positivo o anche a un negativo rispetto alla massa considerata zero.
Alla domanda circa la sconnessione del drain come probabile causa di surriscaldamento del driver di pilotaggio, rispondo con un prudente "mi sembra strano": se per "mancato collegamento" intendi che l'aletta non fa capo al circuito elettrico, direi di no; se invece vedi che l'aletta è collegata ad una pista e non sta toccando perché la vite si è allentata, direi "stringila".
Scherzi a parte, se consideri che il gate di un mosfet sano e integro non è internamente a contatto elettrico diretto col drain o col source, l'idea che un problema nella parte a valle possa far scaldare la parte a monte appare improbabile, seppure non da escludere a priori in assoluto.

[redLed]

Grazie, chiedevo questo in quanto cerco di capire la causa di una moria (1 ogni anno) di ventilatori a velocità variabile in CC dove esplodono i driver e si surriscaldano i trigger (HEF4093BT trigger schmitt) .
Allego qualche foto per farmi capire meglio.
Vista d'insieme del blocco ventilatore

Particolare della scheda elettronica danneggiata

Nel locale ho messo un data logger di umidità e temperatura per verificare se si hanno delle condizioni ambientali severe in quanto il motore è all'interno del mantello di una caldaia e la temperatura in prossimità del ventilatore oscilla tra 25°C (caldaie ferma) a 50°C (caldaia accesa) con umidità correlata alla temperatura ma comunque abbastanza elevata (70-65%) in quanto il tutto è in un locale interrato.

[zioelp]

Una diagnosi a distanza è sempre difficile, ma già a prima vista la causa sembra "iatrogena", cioè legata più a qualche debolezza propria del progetto che a questioni fisiche ambientali.
In pratica, sembra che i trigger "soffrano" nel pilotare i driver, e i driver "facciano fatica" a pilotare i mosfet.
Sulla carta (intesa come datasheet) non appaiono sottodimensionamenti clamorosi, ma se il coso si rompe sempre nello stesso modo e a cadenza regolare, bisogna armarsi di pazienza e cercare, schema e oscilloscopio alla mano, qualche punto dove la pratica non incontra o non conferma la teoria.
Se conosci e puoi divulgare lo schema, ci sarà modo di fare un po' più luce sulla faccenda.

[redLed]

Grazie ancora, ho chiesto in fabbrica lo schema ci vorrà un pò dato che il costruttore della caldaia (italiana) assembla quel ventilatore da un produttore tedesco (EBM-PAPST) e non mi meraviglierei che a sua volta assembla una scheda elettronica di produzione asiatica. Al momento sto aspettando.

Quel che è chiaro è che il motore è a 24V in CC a magneti permanenti, alimentato attraverso i mosfet, che a sua volta sono pilotati dai driver.
Inoltre a monte di tutto c'è un segnale PWM generato da un controllore esterno.
Quel che non mi è chiaro è chi elabora il segnale PWM il trigger o il driver?
Ne mi è chiaro il ruolo dei trigger di Schmitt rispetto ai driver. La loro è una funzione di sincronismo/conteggio degli impulsi per il driver? Se si perchè quel ruolo non viene svolto direttamente dai driver?
Scusami per le tante domande, ma questo trigger non ho capito che ci sta a fare

[zioelp]

Non credo che la fabbrica renderà disponibile lo schema elettrico, soprattutto se sanno già che il problema dei guasti ricorrenti potrebbe derivare da una svista nel progetto.
Documentazione ufficiale a parte, dalla sola osservazione delle foto sembra che il motore sia del tipo "brushless", cioè senza spazzole striscianti.
A seconda della tecnologia più o meno recente, il brushless può aver bisogno di un sensore che legga la posizione angolare dell'albero, o può ricavare tale notizia dalla cosiddetta "back EMF", cioè dall'energia che torna indietro dagli avvolgimenti per effetto della rotazione in prossimità dei magneti (una roba tecnica che, al momento, non rientra nel discorso).
In parole semplici, il funzionamento di un motore brushless a due fili può essere descritto in modo fantasioso pensando a quel buffo scatolotto con due orologi e due pulsanti che si vede spesso nelle partite di scacchi: quando un giocatore compie la propria mossa, pigia il pulsante che attiva l'orologio dell'avversario; e l'avversario fa altrettanto dopo aver compiuto la propria mossa. Il concetto alla base dell'idea è questo: i giocatori attendono il proprio turno; compiono un'azione momentanea sui pulsanti; l'azione momentanea dà il via ad un tempo d'attesa fino al turno successivo.
Nella realtà di un motore brushless a due fili (ne esistono anche a tre o più fili con funzionamento diverso), i pulsanti che compiono l'azione momentanea sono i mosfet, e la scelta fra quale dei due giocatori deve "muovere" viene operata attraverso un sensore di posizione angolare influenzato da magneti solidali all'albero che gira.
Quando il sensore rileva che l'albero è in una certa posizione, ad esempio a ore 12, la "mossa" spetta al bianco, e quindi il controller invia un impulso a due dei mosfet affinché la corrente "dia una spinta" per muovere l'albero verso ore 3 (o verso ore 9). La corrente circola solo per un attimo, imprimendo all'albero una spinta momentanea che produce l'abbandono delle ore 12 e l'avvicinamento verso le ore 3 (oppure le ore 9).
La corrente non viene mantenuta troppo al lungo perché l'effetto dev'essere solo una spinta, non una vera attrazione o repulsione magnetica. Se la corrente circolasse a lungo, l'albero verrebbe prima accelerato e poi frenato, per questioni di fisica spicciola che in questa sede non possiamo approfondire.
Ovviamente, una volta che l'albero ha lasciato le ore 12, il sensore rileva che la posizione non è più ore 12 ma, ad esempio, ore 6, visto che le ore 3 (o le ore 9) son state oltrepassate per inerzia.
A questo punto, col sensore che rileva le ore 6, la mossa spetta al nero, e tutto il discorso si ripete con una nuova spinta dei mosfet organizzata per far passare corrente in senso opposto a quello già visto, in modo che l'albero tenda a spostarsi ancora a ore 9 (oppure a ore 3) e per inerzia torni a ore 12, permettendo di avere una rotazione continua e regolare.
Il senso di rotazione dipende dal verso della corrente che dà le spinte, e la velocità è legata alla "violenza" di ciascuna singola spinta.
Tieni presente che questa era solo una descrizione "terra terra" a grandi linee, ma anche ipotizzando un sensore che legga non solo ore 6 e ore 12, ma ad esempio 12, 3, 6, 9, cambia la forma tecnica ma non la sostanza di base.
Il segnale PWM esterno ha il compito di comunicare al circuito l'esatta "violenza" di ciascuna spinta, affinché l'albero possa raggiungere diverse velocità e abbia modo di accelerare e decelerare.
A seconda dell'implementazione (e quindi dello schema che, al momento, non ci è dato conoscere) il segnale PWM coinvolge solo il trigger o anche il driver, e in via indiretta anche i mosfet.
I trigger di Schmitt dovrebbero servire per minimizzare i tempi di salita e discesa degli impulsi, in relazione al fatto che la potenza dissipata nei mosfet in seguito alle commutazioni è tanto minore quanto più ripidi sono tali fronti.
I trigger 4093 non sono in grado di fornire la corrente necessaria per "accendere" direttamente i mosfet mantenendo i fronti d'impulso ripidi, poiché il gate di un mosfet è in pratica un condensatore, e come tale si "carica" tanto più velocemente quanto più alta è la corrente disponibile.
I driver hanno il compito di fornire tale corrente per tutta la durata dei brevissimi impulsi che ricevono dai driver, e nel caso in esame devono pure "spostare" i livelli di tensione affinché i mosfet superiori possano funzionare (altra faccenda tecnica che in questa sede non possiamo approfondire).
Se il circuito lavora davvero nel modo che ho descritto, non ha bisogno di alcun conteggio degli impulsi, poiché il circuito deve solo decidere come e quando spingere l'albero seguendo le letture del sensore locale, e stabilire la violenza delle spinte in base al duty cycle del PWM fornito dall'esterno.