Ile tranzystorów MOSFET możemy bezpiecznie połączyć równolegle w warunkach bardzo wysokich prądów? Miałem problemy z aplikacją silnika przy 48V 1600A

Próbowałem z niektórymi konfiguracjami, w których 16 + 16 MOSfetów po 240 A każdy (tak naprawdę są ograniczone do 80-90 A ze względu na terminal źródłowy, ale podwoiłem ten terminal za pomocą bardzo grubego drutu miedzianego dla każdego z nich.) Skonfigurowano w bardzo symetryczny układ, 16 tranzystorów MOSFET w pozycji tranzystora i 16 w konfiguracji prostownika synchronicznego, i nadal wydają się zawodzić w niektórych punktach i nie mogę wymyślić, jak uniknąć awarii.

Wszystkie zostały zaatakowane za pomocą IR21094S jako sterownika, a każdy 2 tranzystory były napędzane przez sterownik TCOS22 totem-biegun MOSFET. Silnik jest silnikiem złożonym o mocy 10kW prądu stałego, który ma nominalną wartość 200 A i przy rozruchu pobiera prawdopodobnie 1600 A. Indukcyjność wydaje się wynosić 50uH, prędkość rosnącego prądu w impulsach wynosi = 1 A / µs przy 50 V Wybrana częstotliwość to 1 kHz, PWM buck z konfiguracją synchronicznego prostowania

Nie mogę zrozumieć, dlaczego nawet obwód został starannie wykonany, z 4 modułami zasilanymi symetrycznie i z oddzielnymi przewodami wyjściowymi aż do silnika oraz z niezależnymi tłumikami i z tłumikiem silnika, tranzystory wciąż zawodzą. Obwód wydaje się działać dobrze, ale po pewnym czasie, jak kilkadziesiąt minut (temperatury są normalne, około 45 ° C) zwykle przy przyspieszeniach, zwykle zawodzi diody synchroniczne, a następnie wszystkie tranzystory

Początkowo próbowałem wykryć prąd w MOSfetach przy użyciu małego mosfeta równolegle (drenaż-dren, bramka / bramka przez zenner, źródło małego mos-ku do rezystora 22 omów, a następnie do wzmacniacza napięcia w celu aktywacji obwodu ochronnego szybkiego wyłączania) , ale z powodu krótszego czasu komutacji mały mosfet wszedł zawsze przed głównym tranzystorem, zakłócając obwód ochronny i uniemożliwiając jego użytkowanie ...

Nie ma strzału, zastosowałem przerwę 2us przez sterownik, podejrzewam jedynie asymetrię w indukcyjnościach pasożytniczych. Ile MOSFETÓW udało się wam równolegle z powodzeniem i w jakich warunkach?

Jeden z 8 modułów mocy

Wszystkie moduły mocy

Niektórzy kierowcy

Połowa zestawu

Cały stos, bez kondensatorów

Sygnał wyjściowy

Zbocze opadające, wyjście żółte, zasilanie 48 V niebieskie Zasilanie jest podtrzymywane tylko przez niektóre sporadycznie rozłożone kondensatory ceramiczne 100uF i 100nF, aby uniknąć poparzeń MOSFET podczas wstępnych nieprawidłowych obchodzeń

Wschodząca krawędź; widać, że przeregulowanie jest bardzo małe, tylko 5 woltów. tranzystory mają napięcie 75 V.

Przy 1600A spodziewam się, że podchodzisz do tego problemu z powodu złego wyboru przełączanych komponentów. TO-220 N-FET przylutowane do płyt miedzianych wydają się niewystarczające do tego zastosowania, a duża liczba urządzeń oznacza, że ​​prawdopodobieństwo uszkodzenia elementu jest wysokie i może być kaskadowe.

W zastosowaniach z napędem silnikowym pakiety FET z modułami mogą być bardziej odpowiednie, nawet jeśli są znacznie droższe na jednostkę.

• Microsemi APTM20AM04FG
• Zapasowe pojedyncze N-FET firmy Digikey zdolne do wysokiego prądu

Moduły te pozwoliłyby zmniejszyć całkowitą liczbę urządzeń przełączających w twoim projekcie i umożliwić połączenie ich z szyną zbiorczą, a nie z asortymentem gołego FR4 pokrytego miedzią.

Nawet przejście na inny pakiet FET ołowiu / SMD może być bardziej odpowiednie i umożliwić mniej elementów:

• H2PAK-2 180A STH310N10F7-6
• D2PAK7 240A IRFS3107TRL7PP
• TO- 247-3 209A IRFP2907PBF
• TO-247-3 400A 247-3 IXFH400N075T2
• 24-BESOP 500A MMIX1F520N075T2 (wymagany specjalny radiator)

Pamiętaj: twój czas jest coś wart. Odbudowa systemu za każdym razem, gdy wystąpi katastrofalna awaria, kosztuje Cię i odsuwa od ukończenia i weryfikacji systemu. Lepsze tranzystory FET mogą być drogie, ale nie wysadzenie ich w dziesiątkę po raz n-ty zaoszczędzi ci komponentów i czasu.

Do diagnozy przedstawionego projektu:

Na płycie sterownika wygląda na to, że masz za mało pojemności podtrzymującej bootstrap. 3x100nF prawie na pewno trzeba uzupełnić o dodatkowe 1 s do 10 s uF, aby zapewnić stabilność zasilania sterownika bramki.

Czy w trakcie testowania sprawdziłeś, czy zmiana opóźnienia / synchronizacji napędu między kanałami jest akceptowalna, nawet w hojnym czasie martwym? Możliwe jest także strzelanie z jednego modułu do drugiego, szczególnie w przypadku awarii sterownika bramki, pozostawiając włączony FET. Ponadto sprawdzenie temperatury obudowy podczas pracy za pomocą termopary lub kamery na podczerwień umożliwi sprawdzenie, czy części się nie przegrzewają.

Twoja wzmianka o „ulepszeniu” ołowiu tranzystora wydaje się, że nie pomoże to zbytnio, biorąc pod uwagę ograniczenia znamionowe pakietu 246A krzemu / 196A w IRFS7730 . Jest to również dodatkowa praca wymagana do montażu systemu, zwiększająca koszty pracy i potencjalną zawodność.

Ponadto rosnące i spadające obrazy wskazują na poważne problemy z pojemnością obejściową. Spadasz napięcie magistrali o ~ 50% ! Państwo musi mieć wystarczającą pojemność obejścia zarówno łącznej wartości (100+ uF, prawdopodobne) oraz w ocenie tętnienia prądu (> 100Arms stan równowagi, więcej podczas uruchamiania), aby skutecznie wdrożyć system. Niezwykle silne „zbrązowienie” zasilania może być jedną z przyczyn kompletnych awarii systemu. Te kondensatory będą drogie. Części wzdłuż linii kondensatorów filmowych mogą być odpowiednie, w zależności od metody budowy i wymagań.

Dodatkowe łącze: Nota aplikacji Infineon na temat aktualnych ocen półprzewodników mocy i konstrukcji termicznej

Możesz opublikować swój schemat, aby uzyskać więcej informacji, rezystory bramkowe odgrywają rolę w szybkości włączania / wyłączania (nie tylko prąd dostarczany przez biegun totemu)

1. Napięcie

Pracowałem z mosfetami mocy w topologii półksiężycowej i pełnej mostka, a jedną z głównych przyczyn awarii wydają się skoki napięcia. Diody TVS w dolnym przełączniku bocznym mogą pomóc. Ale prawdziwym rozwiązaniem jest poleganie na ocenie lawinowej mosfetu i overrate napięcie mosfet (VDS) Tak więc dla systemu 24 V, użyj 75 V mosfet, dla systemu 36 V użyj 100 V mosfet, a dla systemu 48 V użyj 150 V mosfet.

2. Obecny

Bieżąco oceniaj prawidłowo mosfety dla stanu ustalonego i nadprądowego, użyj liczby mosfetów, które mogą bezpiecznie obsłużyć (limit termiczny) obsłużyć ciągłą ocenę silnika, a kolce są mocowane przez same mosfety, ponieważ mogą one łatwo obsłużyć nadprąd, nie potrzebujesz 16 mosfet, na przykład Ten infineon mosfet ma ocenę 7,5 mA przy 150 V w pakiecie to220. Tak więc dla 200a 8 z nich równolegle powinno działać, jeśli prawidłowo się radiator. Strata mocy w każdym tranzystorze wynosi (200/8) x (200/8) x7,5 = 4,6 w, co jest realistyczne. a popychanie 25a na tranzystor jest znacznie poniżej maksymalnego limitu drutu, co pozostawia miejsce na skoki prądu.

3. Ograniczenie prądu

Dodanie czujnika prądu, efektu Halla lub bocznika 1 milioma ze wzmacniaczem pomiaru prądu powinno działać w ograniczaniu opóźnienia przyspieszania i zapobiegać nadmiernemu prądowi, jeśli próbkujesz prąd i sterujesz PWM wystarczająco szybko ( limit prądu cykl po cyklu )

4. Napęd i układ bramki

Jednym z najważniejszych czynników jest układ zasilania i obwodu napędu bramki, ponieważ przełączasz wysoki prąd przy kilku kilohercach, każda błądząca indukcyjność w obwodzie wytworzy ogromne skoki napięcia, szczególnie w bramie i źródle mosfeta. dla 16 mosfet mogę sobie wyobrazić długość śladu lub drutu sterownika bramy! poszukaj notatek aplikacji dotyczących minimalizacji dzwonienia napędu bramy AN -937 i APT0402 .

EDYTOWAĆ:

Po obejrzeniu schematu: polecam:

1- BĘDĘ STRESOWAĆ Więcej na temat przekraczania napięcia znamionowego mosfetu i będę wspierać moją odpowiedź zgodnie ze standardami motoryzacyjnymi, które wykorzystują tranzystory 40 V w systemach samochodowych 12 V i 75 V w systemach elektrycznych ciężarówek 24 V. Myślę, że powodem jest zrzut obciążenia i takie skoki. okaże się to ważne w testach terenowych w trudnych warunkach, a nie na stanowisku testowym. Więc co najmniej możesz zrobić, używając mosfetu IRFP4468PBF (100 V nie oceniono na 75 V lub 60 V jak) Pamiętaj, że system 48 V nie jest tak naprawdę 48 V, ponieważ baterie w pełni naładowane, niezależnie od tego, czy litowo czy ołowiowo, mają moc około 55 do 60 V, więc musisz zachować pewien margines.

2- Dodaj rezystory bramkowe około 3-5 Ω dla każdego tranzystora (nie spowalniają włączania) pamiętaj 15/3 = 5A na tranzystor, który może ładować bramkę Qg = 500nC w: dt = q / I = 100ns co jest więcej niż wystarcza na częstotliwość przełączania 20 kHz.

3-szybki obwód wyłączający nie jest potrzebny, wystarczy użyć diody Schottky'ego opornika równoległego do bramki, ponieważ TC4422 szybko wyłączy mosfet.

4-KORZYSTANIE Z LEPSZEGO URZĄDZENIA HEATINK, nie mogę uwierzyć, że wypychasz taką ilość prądu z mosfetu i po prostu używasz tego maleńkiego kawałka metalu do usuwania ciepła, szczególnie jeśli płyta działa przez pewien czas, gdy zawodzi, to znaczy, że awaria jest spowodowana przegrzaniem . jeśli masz kamerę termowizyjną, która byłaby świetna w wykrywaniu takiego stężenia stresu cieplnego. przymocuj mosfety do aluminiowych prętów o grubości miedzi i użyj wentylatorów, jeśli to konieczne, czegoś używanego w spawarce

tak przy okazji, są posty na tych stronach internetowych, które powiedzą ci, jak obliczyć opór cieplny i ile ciepła wytworzy się z tranzystora przy określonej utracie mocy.

5 - przepraszam za błąd na bieżącym czujniku. Oznaczałem, że bocznik powinien wynosić 100 mikro omów (nie 1 milli). Lepiej jest używać bezdotykowego izolowanego czujnika Halla wokół drutu w ten sposób . Pamiętaj, że dwukierunkowe czujniki prądu są bardzo ważne w napędzie silnikowym, ponieważ możesz je przymocować do drutu silnika (nie przed uziemieniem), aby wykryć zasilanie prądem i prąd regeneracyjny podczas hamowania, dzięki czemu możesz ograniczyć oba prądy.

Używamy 4 x 100A (8 w tym FET z blokowaniem wstecznym) i przetestowaliśmy ok z 400Amp.

Mieliśmy problemy z skokami indukcyjnymi, mimo że MOSFET-y zostały ocenione pod kątem siły przebicia (NIE WSZYSTKIE MOSFETY SĄ OCENIONE NA PODZIAŁ NAPIĘCIA PRZETRWANEGO). Napięcie przebicia nie było zrównoważone, a jeden MOSFET pobierał większość mocy indukcyjnej przy wyłączaniu. Napięcie przebicia nie wzrosło wraz z temperaturą.

W naszym przypadku nie przekroczyliśmy prądu znamionowego w naszym teście przebicia napięcia, ponieważ mogliśmy uzyskać awarię przebicia napięcia tylko przy użyciu większego induktora. Ale w twoim przypadku możesz mieć awarię prądu szczytowego podczas zaniku napięcia, nawet jeśli nie masz awarii termicznej.

Ponadto nie jest jasne, co rozumiesz przez „ograniczone wielkością liter ze względu na terminal źródłowy”. Nie korzystałem osobiście z MOSFET-a, w którym mógłbym zwiększyć prąd przy użyciu większego przewodnika.

Uwaga: Naturalnie udział MOSFET-ów rośnie, Rds rośnie wraz z prądem.

Inna uwaga: musisz całkowicie włączyć FET. Każdy będzie miał inne napięcie progowe. Nie stanowi to problemu, jeśli włączenie jest szybsze niż przyspieszenie indukcyjne.