Çok yüksek akımlarda kaç tane MOSFET güvenle paralel hale getirebiliriz? 48V 1600A'da motor uygulamasında sorunlar yaşadım

Her biri 240A 16 + 16 MOSfets (gerçekten kaynak terminali nedeniyle 80-90A ile sınırlı oldukları, ancak her biri için çok kalın bir bakır tel ile bu termminal'i iki katına çıkardığı bazı yapılandırmalarla denedim. çok simetrik düzenleme, transistör pozisyonunda 16 MOSFETS ve senkron doğrultucu konfigürasyonunda 16 MOSFETS ve bazı noktalarda hala başarısız görünüyorlar ve arızayı nasıl önleyeceğimizi anlayamıyorum.

Hepsi bir IR21094S ile sürücü olarak saldırıya uğradı ve her 2 transistör bir MOSFET totem-pole TC4422 sürücüsü tarafından sürüldü. Motor 10kW dc bileşik motor, yani 200A nominal ve muhtemelen başlangıçta 1600A alır. Endüktans 50uH gibi görünüyor, darbelerde yükselen akım hızı = 50V'de = 1 A / µs Frekans 1kHz, senkron düzeltme konfigürasyonlu PWM kova

Devrenin neden yapıldığını, simetrik olarak beslenen 4 modül ve motora kadar ayrı çıkış iletkenleri ile ve bağımsız snubberlerle ve motor snubber ile neden transistörlerin hala başarısız olduğunu anlayamıyorum. Devre iyi çalışıyor gibi görünüyor, ancak bir süre sonra, onlarca dakika (sıcaklıklar normal, yaklaşık 45 ° C) genellikle hızlanmalarda, genellikle senkron diyotlar başarısız olur, ardından tüm transistörler

Başlangıçta paralel olarak küçük bir mosfet kullanarak MOSfetlerdeki akımı algılamaya çalıştım (bir drenaj, bir zenner üzerinden geçit / kapı, 22 ohm'luk bir dirence küçük mos kaynağı ve bir hızlı kapanma koruma devresini etkinleştirmek için bir voltaj amplifikatörüne) ancak daha hızlı geçiş süresi nedeniyle küçük mosfet her zaman ana transistörden önce girdi, koruma devresini bozdu ve kullanılamaz hale getirdi ...

Shot-through yok, ben sürücü aracılığıyla 2us boşluk kullandım, ben sadece parazit indüktanslarında asimetri şüpheli. Kaç MOSFET ile başarılı bir şekilde ve hangi koşullarda başarılı oldunuz?

8 güç modülünden biri

Tüm güç modülleri

Bazı sürücüler

Meclisin yarısı

Tüm yığınlar, kapasitörler olmadan

Çıkış sinyali

Düşen kenar, çıkış sarı, 48V besleme mavisi Tedarik, ilk testlerin yanlış kullanımıyla MOSFET yanıklarını önlemek için sadece bazı dağıtılmış 100uF ve 100nF seramik kapasitörler tarafından sağlanır.

Yükselen kenar; aşırı atış çok küçük, sadece 5 volt görebilirsiniz. transistörler 75v değerinde

1600A'da, anahtarlama bileşenlerinin yanlış seçiminden bu soruna yaklaşmanızı bekliyorum. Bakır levhalara lehimlenen TO-220 N-FET'ler bu uygulama için yeterli görünmemektedir ve çok sayıda cihaz, bileşen arızası olasılığının yüksek ve basamaklı olabileceği anlamına gelir.

Motor sürücü uygulamaları için, modül başına paketlenmiş FET'ler birim başına önemli ölçüde daha pahalı olsa bile daha uygun olabilir.

• Microsemi APTM20AM04FG
• Digikey'in stoklanmış yüksek akım kapasitesine sahip tekli N-FET'leri

Bu modüller, tasarımınızdaki toplam anahtarlama cihazlarının sayısını azaltmanıza ve bunları çıplak bakır kaplı FR4 çeşitleri yerine bara ile birleştirmenize izin verecektir.

Farklı bir kurşunlu / SMD FET paketine geçmek bile daha uygun olabilir ve daha az bileşen sağlayabilir:

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

Unutmayın: zamanınız bir şeye değer. Her felaket başarısızlığınız olduğunda sistemi yeniden oluşturmak size maliyeti ve sistemi tamamlayıp doğrulamanıza engel olur. Daha iyi FET'ler pahalı olabilir, ancak onlarca kez Nth için patlamaması size bileşen ve zaman kazandıracaktır.

Sunulan tasarımınızın teşhisi için:

Sürücü kartınızda, çok az önyükleme tutma kapasitansınız var gibi görünüyor. 3x100nF'nin, kapı sürücüsü beslemesinin sabit kalmasını sağlamak için neredeyse kesinlikle ek 1s ila 10s uF ile desteklenmesi gerekir.

Testinizde, cömert 2us ölü zamanınızda bile kanaldan kanala geçit sürücü gecikmesi / zamanlaması varyasyonunun kabul edilebilir olduğunu doğruladınız mı? Modülden modüle geçiş, özellikle bir kapı sürücüsü arızalanırsa, bir FET açık bırakıldığında da mümkündür. Ek olarak, çalışma sırasında bir termokupl veya IR kamera ile kasa sıcaklığının kontrol edilmesi, parçaların aşırı ısındığını veya aşırı ısındığını doğrulamanızı sağlar.

IRFS7730'un 246A silikon / 196A paket nominal limitleri göz önüne alındığında, transistörün elektrotunu 'geliştirme' konusundan bahsetmeniz çok yardımcı olmayacak gibi görünüyor . Bu aynı zamanda sistemi monte etmek için gerekli ek iştir, işçilik maliyetlerini ve potansiyel güvenilmezliği arttırır.

Ayrıca, yükselen ve düşen görüntüleriniz bypass kapasitansı ile ilgili ciddi sorunları gösterir. Bus voltajınızı ~% 50 düşürüyorsunuz ! Sisteminizi başarılı bir şekilde uygulamak için hem toplam değerde (100+ uF, olası) hem de dalgalanma akım derecesinde (> 100Arms sabit durum, başlatma sırasında daha fazla) yeterli bypass kapasitansına sahip olmanız GEREKİR . Son derece sert olan "kızarma" kaynağı, tüm sistem arızalarınızın nedeninin bir parçası olabilir. Bu kapasitörler pahalı olacaktır. Bu film kapasitörlerinin hatları boyunca parçalar , inşaat yönteminize ve gereksinimlerinize bağlı olarak uygun olabilir.

Ek bağlantı: Infineon'un Güç Yarı İletkenlerinin ve Termal Tasarımın Güncel Derecelendirmeleri hakkındaki uygulama notu

Daha fazla bilgi için şemanızı gönderebilirsiniz, kapı dirençleri açma / kapama hızında rol oynar (sadece totem direği tarafından sağlanan akım değil)

1. Gerilim

Yarım köprü ve tam köprü topolojilerinde güç mosfetleri ile çalıştım ve arıza nedenlerinin çoğu voltaj sivri gibi görünüyor. Alt taraftaki anahtardaki TVS diyotları yardımcı olabilir.Ancak gerçek çözüm mosfet'in Çığ derecesine güvenmek ve mosfet voltajını (VDS) abartın Yani 24v sistem için 75v mosfet kullanın, 36v sistem için 100v mosfet kullanın ve 48v sistem için 150v mosfet kullanın.

2. Güncel

Sabit durum ve aşırı akım durumu için mosfetlerinizi doğru bir şekilde değerlendirin, güvenli bir şekilde işleyebilen (termal limit) mosfet sayısını kullanın, motorun sürekli derecelendirmesini kullanın ve sivri uçlar mosfetler tarafından yönetilir, çünkü aşırı akımları kolayca idare edebilir, mosfet, örneğin Bu infineon mosfet , 150v'de to220 paketinde 7.5mohm olarak derecelendirilmiştir. Yani 200a için bunlardan 8'i soğutucuya uygun şekilde bağlanmışsa çalışmalıdır. Her bir transistördeki güç kaybı (200/8) x (200/8) x7.5 = 4.6w, bu gerçekçi. ve transistör başına 25a itmek, mevcut sivri uçlar için alan bırakan maksimum kablo bağı sınırının altındadır.

3. Akım sınırlama

Akım sensörü, hall efekti veya akım algılama amplifikatörlü 1 mili ohm şönt eklemek, hızlanma yavaşlamasını sınırlamak ve akımı örneklemek ve PWM'yi yeterince hızlı kontrol etmek ( çevrim akım sınırına göre çevrim ) yapmak durumunda aşırı akımın önlenmesinde çalışmalıdır.

4. Kapı Tahrik ve Yerleşim

En önemli faktörlerden biri, birkaç kilohertz'de yüksek akımı değiştirdiğinizden, güç ve kapı tahrik devresinin düzenidir, devredeki herhangi bir kaçak endüktans, özellikle mosfet kapısı ve kaynağında büyük voltaj yükselmeleri yaratacaktır. 16 mosfet için kapı sürücü izi veya tel uzunluğunu hayal edebiliyorum! an-937 ve APT0402 zil sesini en aza indirmeye ilişkin bazı uygulama notlarına bakın .

DÜZENLE:

Şemanızı gördükten sonra: Tavsiye ederim:

1- STRES İSTEYECEK Daha fazla mosfet voltaj değerini aşmak ve cevabımı 12v araba sistemlerinde 40v transistörler ve 24v kamyon elektrik sistemleri için 75v kullanan otomotiv standartlarına göre yedekleyeceğim. Bunun sebebi yük dökümü ve bu tür ani artışlar. bu, test tezgahınızda olmayan zorlu ortamlarda saha testlerinde önemli olacaktır. Yani yapabileceğiniz en az şey, IRFP4468PBF mosfet (75v veya 60v değil 100v olarak derecelendirilmiş) kullanmaktır. 48v sisteminin aslında 48v olmadığını hatırlayın, çünkü piller lityum veya kurşun asit yaklaşık 55 ila 60v arasındadır, bu nedenle biraz marj tutmanız gerekir.

2- Her bir transistör için 3-5ohm civarında kapı dirençleri ekleyin (dönüşü yavaşlatmazlar) Transistör başına 15/3 = 5A'yı hatırlayın, bu da Qg = 500nC'nin kapısını şarj edebilir: dt = q / I = 100ns 20 khz anahtarlama frekansı için fazlasıyla yeterli.

3 hızlı kapatma devresi gerekli değildir, sadece TC4422 mosfet'i hızla kapatacağından kapı direncine paralel bir schottky diyot kullanın.

4-DAHA İYİ ISI ISINI KULLANIN, bu miktardaki akımı mosfet'ten ittiğinize ve ısıyı gidermek için sadece o küçük metal parçasını kullandığınıza inanamıyorum, özellikle de kartlar bir süre için çalışıyorsa, başarısızlığın aşırı ısınmadan kaynaklandığı anlamına gelir. . böyle bir ısı stresi konsantrasyonunu tespit etmede harika bir termal görüntüleyiciniz varsa . mosfetleri bakır kalın çubukların alüminyumuna takın ve gerekirse kaynak makinesinde kullanılan bir şey kullanın

Bu arada, bu web sitelerinde, ısı direncinin nasıl hesaplanacağını ve belirtilen güç kaybında transistörden ne kadar ısı birikeceğini söyleyecek mesajlar var.

5-akım sensöründe hata için üzgünüm ben şant 100micro ohm (1 mil değil) olması gerektiği anlamına geliyordu. Daha iyisi, bu gibi telin etrafında daha az izole edilmiş salon sensörü kullanmaktır . İki yönlü akım sensörlerinin motor tahrikinde çok önemli olduğunu unutmayın, çünkü frenleme sırasında akım beslemesini ve rejeneratif akımı algılamak için onları motor kablosuna (topraktan önce değil) bağlayabilirsiniz, böylece her iki akımı da sınırlayabilirsiniz.

4 x 100A (8 adet ters bloklu FET dahil) kullanıyoruz ve 400Amp ile test edildi.

MOSFET'ler arıza gücü için derecelendirilmiş olsalar bile, endüktif sivri uçlarla ilgili sorun yaşadık (TÜM MOSFETLER YAŞAYAN GERİLİM DAĞILIMI İLE DEĞİLDİR). Arıza voltajı dengelenmedi ve bir MOSFET, endüktif gücün çoğunu açma sırasında aldı. Ve arıza voltajı sıcaklıkla artmadı.

Bizim durumumuzda, gerilim arızası testimizde anma akımını aşmadık, çünkü sadece daha büyük bir indüktör kullanarak voltaj arızası hatası alabildik. Ancak sizin durumunuzda, termal arıza olmasa bile, gerilim arızası sırasında tepe akım arızası olabilir.

Ayrıca, "kaynak terminali nedeniyle vaka sınırlı" ile ne demek istediğinizi de belli değil. Kişisel olarak daha büyük bir iletken kullanarak akım oranını artırabileceğim bir MOSFET kullanmadım.

Not: MOSFET'lerin akımı doğal olarak paylaştırılır, Rds akımla artar.

Diğer not: FET'leri tamamen açmanız gerekir. Her birinin farklı eşik voltajı olacaktır. Açma işleminiz endüktif rampanızdan daha hızlıysa bu bir sorun değildir.