Сколько МОП-транзисторов мы можем безопасно подключить в условиях очень высоких токов? У меня были проблемы с приложением двигателя на 48В 1600А

Я попытался с некоторыми конфигурациями, в которых 16 + 16 MOSfets 240A каждый (на самом деле они ограничены регистром 80-90A из-за клеммы источника, но я удвоил этот термин с очень толстым медным проводом для каждой из них.) Были настроены в очень симметричное расположение, 16 МОП-транзисторов в положении транзистора и 16 в конфигурации синхронного выпрямителя, и они все еще, кажется, выходят из строя в некоторых моментах, и я не могу понять, как избежать отказа.

Все они были атакованы IR21094S в качестве драйвера, и каждые 2 транзистора управлялись MOSFET драйвером тотема с полюсом TC4422. Двигатель представляет собой составной двигатель 10 кВт постоянного тока, номинальный ток 200 А и, вероятно, 1600 А при запуске. Кажется, что индуктивность составляет 50 мкГн, скорость нарастания тока в импульсах составляет = 1 А / мкс при 50 В. Выбранная частота составляет 1 кГц, шина PWM с конфигурацией синхронного выпрямления.

Я не могу понять, почему, даже схема была тщательно сделана, с 4 симметрично поставляемыми модулями и с отдельными выходными проводами до двигателя, с независимыми демпферами и с демпфером мотора, транзисторы все еще выходят из строя. Схема, кажется, работает нормально, но через некоторое время, например, десятки минут (температура нормальная, около 45 С), обычно при ускорениях, обычно отказывают синхронные диоды, за которыми следуют все транзисторы.

Первоначально я пытался определить ток на MOSfets, используя небольшой Mosfet параллельно (сток-сток, затвор / затвор через Ценнер, источник малых МО к резистору 22 Ом, а затем к усилителю напряжения, чтобы активировать схему защиты от быстрого отключения). , но из-за более быстрого времени коммутации маленький мосфет входил всегда перед главным транзистором, нарушая схему защиты и делая его непригодным для использования ...

Прохода нет, я использовал зазор 2us через драйвер, я подозреваю только асимметрию в паразитных индуктивностях. Сколько MOSFET-ов вы, ребята, использовали параллельно и в каких условиях?

Один из 8 модулей питания

Все силовые модули

Некоторые из водителей

Половина сборки

Весь стек, без конденсаторов

Выходной сигнал

Задний фронт, выходной желтый, питание 48 В синий. Питание поддерживается только некоторыми спорадически распределенными керамическими конденсаторами 100 мкФ и 100 нФ, чтобы избежать ожогов МОП-транзистора при неправильном обращении с первичными тестами.

Поднимающийся край; Вы можете видеть, что выброс очень маленький, всего 5 вольт. транзисторы на 75 в рейтинге

В 1600A я ожидаю, что вы подходите к этой проблеме из-за неправильного выбора переключающих компонентов. N-FET TO-220, припаянные к медным платам, кажутся недостаточными для этого применения, а большое количество устройств означает, что вероятность отказа компонентов высока и может быть каскадной.

Для применений с электроприводом пакетные полевые транзисторы могут быть более подходящими, даже если они значительно дороже на единицу.

• Microsemi APTM20AM04FG
• Запасные одиночные N-FET от Digikey, способные выдерживать большие

Эти модули позволят вам сократить общее количество коммутирующих устройств в вашей конструкции и соединить их с шиной, а не с ассортиментом оголенного медного FR4.

Даже переключение на другой пакет FED / SMD FET может быть более подходящим и включать меньше компонентов:

• H2PAK-2 180A STH310N10F7-6
• D2PAK7 240A IRFS3107TRL7PP
• TO-247-3 209A IRFP2907PBF
• ТО-247-3 400А IXFH400N075T2
• 24-BESOP 500A MMIX1F520N075T2 (требуется специальный радиатор)

Помните: ваше время чего-то стоит. Перестройка системы каждый раз, когда у вас случается катастрофический сбой, стоит вам денег и мешает вам завершить и проверить систему. Лучшие полевые транзисторы могут быть дорогими, но не взорвав десятки из них в N-й раз, вы сэкономите свои компоненты и время.

Для диагностики вашего представленного дизайна:

На вашей плате драйвера, похоже, у вас слишком маленькая емкость удержания загрузчика. 3x100nF почти наверняка нужно дополнить дополнительными 1–10 сФ, чтобы обеспечить стабильное питание драйвера затвора.

В своем тестировании проверяли ли вы, что задержка / колебание привода межканального шлюза приемлемы даже в пределах ваших щедрых 2 часов мертвого времени? Также возможна сквозная съемка между модулями, особенно в случае сбоя драйвера шлюза, когда FET включен. Кроме того, проверка температуры корпуса во время работы с термопарой или ИК-камерой позволит вам убедиться, что детали не перегреваются.

Ваше упоминание об «усилении» отведения транзистора, похоже, не слишком поможет, учитывая номинальные пределы 246A Silicon / 196A для IRFS7730 . Это также дополнительная работа, необходимая для сборки системы, что увеличивает стоимость рабочей силы и потенциальную ненадежность.

Кроме того, ваши повышающиеся и понижающиеся изображения указывают на серьезные проблемы с емкостью байпаса. Вы понижаете напряжение на шине на ~ 50% ! Вам НЕОБХОДИМО иметь достаточную емкость байпаса как по общему значению (вероятно, более 100 мкФ), так и по номинальному току пульсаций (устойчивое состояние> 100Arms, больше во время запуска), чтобы успешно внедрить вашу систему. Чрезвычайно тяжелое снабжение может стать причиной полной поломки вашей системы. Эти конденсаторы будут дорогими. Части вдоль линий этих пленочных конденсаторов могут быть подходящими, в зависимости от вашего метода строительства и требований.

Дополнительная ссылка: примечание к приложению Infineon о текущих характеристиках силовых полупроводников и тепловом дизайне

Вы можете опубликовать свою схему для получения дополнительной информации, затворные резисторы играют роль в скорости включения / выключения (не только ток, подаваемый полюсом тотема)

1. Напряжение

Я работал с мощными МОП-транзисторами в полумостовых и полностраничных топологиях, и одной из причин сбоя, по-видимому, являются скачки напряжения. Могут помочь диоды ТВС через нижний боковой выключатель. Но реальное решение состоит в том, чтобы полагаться на оценку Лавины в полете и превышение напряжения Mosfet (VDS) Итак, для системы 24 В используйте Mosfet 75 В, для системы 36 В используйте Mosfet 100 В, а для системы 48 В - Mosfet 150 В.

2. Текущий

В настоящее время оцените правильность работы ваших полынных блоков в устойчивом состоянии и условиях перегрузки по току, используйте количество полых досок, которые могут безопасно обрабатывать (температурный предел) выдерживает постоянную мощность двигателя, а шипы управляются самими полыньями, потому что они легко справляются с перегрузкой по току. Вам не нужно 16 Мосфет, например Это Infineon Мосфет имеет рейтинг 7,5 МОм при 150 В в упаковке до 220 Вт. Таким образом, для 200a 8 из них параллельно должны работать, если теплоотвод правильно. Потеря мощности в каждом транзисторе составляет (200/8) х (200/8) х 7,5 = 4,6 Вт, что является реалистичным. и нажатие 25a на транзистор значительно ниже максимального предела кабельной связи, что оставляет место для всплесков тока.

3. Ограничение тока

Добавление датчика тока, эффекта Холла или 1-миллиметрового шунта с усилителем, чувствительным к току, должно работать для ограничения замедления ускорения и предотвращения перегрузки по току, если вы производите выборку тока и управляете ШИМ достаточно быстро ( цикл за циклом ограничения тока )

4. Ворота и макет ворот

Одним из наиболее важных факторов является расположение цепи питания и затвора, поскольку вы переключаете большой ток на несколько килогерц, любая паразитная индуктивность в цепи создаст огромные скачки напряжения, особенно на затворе и источнике Mosfet. за 16 мосфет я могу представить длину следа водителя ворот или провода! поищите некоторые примечания к приложениям, касающиеся минимизации звонков от дисков затвора an-937 и APT0402 .

РЕДАКТИРОВАТЬ:

После просмотра вашей схемы: я рекомендую:

1- Я буду настаивать на повышении номинального напряжения MOSFET и подкреплю свой ответ автомобильными стандартами, которые используют транзисторы 40 В в автомобильных системах 12 В и 75 В для электрических систем грузовиков 24 В. Я думаю, что причина в загрузке и таких скачках. это окажется важным при полевых испытаниях в жестких условиях, а не на вашем испытательном стенде. Поэтому самое малое, что вы можете сделать, - это использовать IRFP4468PBF mosfet (100 В, рассчитанный не на 75 В или не на 60 В). Помните, что система на 48 В на самом деле не 48 В, потому что батареи полностью заряжены, будь то литиевая или свинцовая кислота, примерно от 55 до 60 В, поэтому вам нужно сохранить запас.

2- Добавьте резисторы затвора примерно 3-5 Ом для каждого транзистора (они не будут замедлять включение), помните, что 15/3 = 5 А на транзистор, который может заряжать затвор Qg = 500 нК, в: dt = q / I = 100 нс, что больше чем достаточно для частоты переключения 20 кГц.

Схема быстрого выключения не требуется, просто используйте диод Шоттки, параллельный резистору затвора, так как TC4422 быстро отключит мосфет.

4-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛУЧШЕГО ОБОГРЕВА, я не могу смириться с тем, что вы проталкиваете такое количество тока от mosfet и просто используете этот крошечный кусочек металла для отвода тепла, особенно если плата работает в течение некоторого времени, когда они выходят из строя, это означает, что сбой вызван перегревом , Если у вас есть тепловизор , который отлично подходит для определения такой концентрации теплового напряжения. прикрепите москиты к алюминию из толстых медных прутков и при необходимости используйте вентиляторы, используемые в сварочном аппарате

кстати, на этих сайтах есть сообщения, которые расскажут вам, как рассчитать тепловое сопротивление и сколько тепла будет накапливаться от транзистора при указанной потере мощности.

5 - извините за ошибку на датчике тока, я имел в виду, что шунт должен быть 100 мкОм (не 1 милли). Лучше использовать контактный менее изолированный датчик Холла вокруг провода , как это . Помните, что двунаправленные датчики тока очень важны в приводе двигателя, потому что вы можете подключить их к проводу двигателя (не перед землей), чтобы измерять ток питания и рекуперативный ток во время торможения, чтобы вы могли ограничить оба тока.

Мы используем 4 х 100А (8, включая блокирующие устройства с обратной блокировкой) и протестированы на 400А.

У нас были проблемы с индуктивными всплесками, даже несмотря на то, что МОП-транзисторы были рассчитаны на мощность пробоя (НЕ ВСЕ МОП-транзисторы рассчитаны на то, чтобы выдержать падение напряжения). Напряжение пробоя не было сбалансировано, и один МОП-транзистор потреблял большую часть индуктивной мощности при выключении. И напряжение пробоя не увеличивалось с температурой.

В нашем случае мы не превысили номинальный ток в нашем тесте на пробой напряжения, потому что мы могли получить пробой напряжения, просто используя большую индуктивность. Но в вашем случае у вас может быть пиковый ток во время падения напряжения, даже если у вас нет теплового сбоя.

Кроме того, не ясно, что вы подразумеваете под «ограниченным регистром из-за терминала источника». Я лично не использовал МОП-транзистор, где я мог бы увеличить номинальный ток, используя проводник большего размера.

Примечание: текущая доля MOSFETs, Rds увеличивается с увеличением тока.

Другое примечание: Вы должны полностью включить FET. Каждый из них будет иметь различное пороговое напряжение. Это не проблема, если ваше включение происходит быстрее, чем индуктивное ускорение.