มอสเฟตกี่ตัวที่เราสามารถขนานได้อย่างปลอดภัยในสภาพที่มีกระแสสูงมาก ฉันมีปัญหากับแอปพลิเคชั่นมอเตอร์ที่ 48V 1600A

ฉันลองด้วยการกำหนดค่าบางอย่างที่ 16 + 16 MOSfets ของ 240A แต่ละอัน (จริง ๆ แล้วพวกเขาถูก จำกัด อยู่ที่ 80-90A เพราะเทอร์มินัลต้นทาง แต่ฉันเพิ่มเทอร์มินัลสองเท่านี้ด้วยลวดทองแดงหนามากสำหรับแต่ละอัน) การจัดเรียงสมมาตรมาก MOSFETS 16 ตำแหน่งในทรานซิสเตอร์และ 16 ในการกำหนดค่าตัวเรียงกระแสแบบซิงโครนัสและพวกเขายังดูเหมือนจะล้มเหลวในบางจุดและฉันไม่สามารถหาวิธีที่จะหลีกเลี่ยงความล้มเหลว

พวกเขาถูกโจมตีทั้งหมดด้วย IR21094S ในฐานะคนขับและทรานซิสเตอร์ 2 ตัวแต่ละตัวถูกขับเคลื่อนด้วยไดรเวอร์โทเท็ม - เสา TC4422 ของ MOSFET มอเตอร์เป็นมอเตอร์คอมโพสิต 10kW dc ซึ่งเป็น 200A เล็กน้อยและอาจ 1600A เมื่อเริ่มต้น การเหนี่ยวนำดูเหมือนว่าจะเป็น 50uH, ความเร็วในปัจจุบันที่เพิ่มขึ้นของพัลส์คือ = 1 A / ats ที่ความถี่ 50V ที่เลือกคือ 1kHz, เจ้าชู้ PWM พร้อมการปรับแต่งแบบซิงโครนัส

ฉันไม่สามารถหาสาเหตุได้ว่าถึงแม้วงจรจะถูกสร้างขึ้นอย่างระมัดระวังโดยมี 4 โมดูลที่ให้มาทาง symetrically และมีตัวนำแยกสัญญาณแยกกันไปถึงมอเตอร์และด้วยหัวต่ออิสระและด้วยตัวเลื่อนมอเตอร์ทรานซิสเตอร์ยังคงล้มเหลว วงจรดูเหมือนว่าจะทำงานได้ดี แต่หลังจากเวลาผ่านไปเช่นหลายสิบนาที (อุณหภูมิเป็นปกติ 45 C บางส่วน) มักจะเร่งความเร็วมักจะไดโอดแบบซิงโครนัสล้มเหลวตามด้วยทรานซิสเตอร์ทั้งหมด

ในขั้นต้นฉันพยายามที่จะรับรู้กระแสของ MOSfets โดยใช้ mosfet ขนาดเล็กแบบขนาน (drain-drain, gate / gate ผ่าน zenner แหล่งที่มาของ mos ขนาดเล็กถึงตัวต้านทาน 22 โอห์มและต่อจากวงจรขยายแรงดันไฟฟ้าเพื่อเปิดใช้งานวงจรป้องกันการปิดเครื่องอย่างรวดเร็ว) แต่เนื่องจากเวลาในการเปลี่ยนที่เร็วกว่า mosfet ขนาดเล็กจึงเข้ามาก่อนทรานซิสเตอร์หลักรบกวนวงจรป้องกันและทำให้มันใช้ไม่ได้ ...

ไม่มีการยิงผ่านฉันใช้ช่องว่าง 2us ผ่านไดรฟเวอร์ฉันเพียง แต่สงสัยว่า assimetry ในการเหนี่ยวนำกาฝาก พวกคุณจำนวนมอสเฟตกี่คนที่ขนานกันประสบความสำเร็จและมีเงื่อนไขอะไรบ้าง?

หนึ่งใน 8 โมดูลพลังงาน

โมดูลพลังงานทั้งหมด

ไดรเวอร์บางตัว

ครึ่งหนึ่งของการชุมนุม

กองทั้งหมดโดยไม่มีตัวเก็บประจุ

สัญญาณเอาท์พุต

ขอบตก, สีเหลืองออก, สีฟ้าอุปทาน 48V ซัพพลายจะยั่งยืนโดยบางตัวกระจายเซรามิกเป็นระยะ ๆ 100uF และ 100nF เซรามิกเพื่อหลีกเลี่ยงการเผาไหม้ MOSFET โดยการทดสอบเริ่มต้นผิดพลาด

ขอบที่เพิ่มขึ้น; คุณสามารถเห็นการโอเวอร์เฮทมีขนาดเล็กมากเพียง 5 โวลต์ ทรานซิสเตอร์อยู่ที่คะแนน 75v

ที่ 1600A ฉันคาดหวังว่าคุณกำลังใกล้ถึงปัญหานี้จากการเลือกส่วนประกอบที่ไม่ถูกต้อง TO-220 N-FET บัดกรีให้กับแผงทองแดงดูเหมือนว่าไม่เพียงพอสำหรับแอปพลิเคชั่นนี้และอุปกรณ์จำนวนมากหมายความว่าความน่าจะเป็นของความล้มเหลวของส่วนประกอบนั้นสูงและสามารถลดหลั่นลงมา

สำหรับการใช้งานมอเตอร์ขับเคลื่อน FETs แบบโมดูลอาจมีความเหมาะสมมากกว่าแม้ว่าจะมีราคาต่อหน่วยที่สูง

• Microsemi APTM20AM04FG
• N-FETsในสต็อกเดียวของ Digikey มีความสามารถในการกระแสสูง

โมดูลเหล่านี้จะช่วยให้คุณลดจำนวนอุปกรณ์สวิตช์ทั้งหมดในการออกแบบของคุณและช่วยให้คุณจับคู่พวกเขากับบัสบาร์ได้แทนที่จะใช้ชุดหุ้มทองแดงเปลือยหุ้ม FR4

แม้การเปลี่ยนไปใช้แพคเกจ FET ที่เป็นตัวนำ / SMD อื่นอาจจะเหมาะสมกว่าและเปิดใช้งานส่วนประกอบน้อยลง:

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

โปรดจำไว้ว่า: เวลาของคุณคุ้มค่า การสร้างระบบขึ้นใหม่ทุกครั้งที่เกิดความล้มเหลวจากภัยพิบัติทำให้คุณต้องเสียค่าใช้จ่ายและทำให้คุณไม่สามารถทำการตรวจสอบระบบได้ FET ที่ดีขึ้นอาจมีราคาแพง แต่การที่ไม่นับหลายหมื่นครั้งในเวลาที่ Nth จะช่วยให้คุณประหยัดเวลาและส่วนประกอบ

สำหรับการวินิจฉัยการออกแบบที่คุณนำเสนอ:

บนแผงควบคุมของคุณดูเหมือนว่าคุณมีความจุในการบูตสต็อกน้อยเกินไป 3x100nF เกือบจะแน่นอนต้องได้รับการเสริมด้วย 1s ถึง 10s uF เพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่าอุปทานตัวขับเกตยังคงมีเสถียรภาพ

ในการทดสอบของคุณคุณได้ตรวจสอบแล้วว่ารูปแบบการหน่วงเวลา / กำหนดเวลาไดรฟ์แบบประตูต่อแชนเนลนั้นยอมรับได้แม้ในช่วงเวลาที่เสียชีวิต 2us สามารถถ่ายภาพระหว่างโมดูลกับโมดูลได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคนขับเกตล้มเหลวและเปิด FET ทิ้งไว้ นอกจากนี้การตรวจสอบอุณหภูมิเคสระหว่างการใช้งานด้วยเทอร์โมคัปเปิลหรือกล้อง IR จะช่วยให้คุณสามารถตรวจสอบว่าชิ้นส่วนนั้นมีหรือไม่มีความร้อนสูงเกินไป

พูดถึงของคุณของการเสริมสร้าง 'นำของทรานซิสเตอร์ที่ดูเหมือนว่ามันจะไม่ช่วยมากเกินไปให้ซิลิคอน 246A / 196A แพคเกจขอบเขตของ IRFS7730 นี่เป็นงานเพิ่มเติมที่จำเป็นในการรวบรวมระบบการเพิ่มต้นทุนแรงงานและความไม่แน่นอนที่อาจเกิดขึ้น

นอกจากนี้รูปภาพที่เพิ่มขึ้นและลดลงของคุณยังระบุว่ามีปัญหาร้ายแรงเกี่ยวกับความจุบายพาส คุณลดแรงดันบัสของคุณลง~ 50% ! คุณต้องมีความจุบายพาสเพียงพอในทั้งมูลค่ารวม (100+ uF, น่าจะเป็น) และในการจัดอันดับปัจจุบันระลอกคลื่น (> 100Arms คงที่รัฐมากขึ้นในระหว่างการเริ่มต้น) เพื่อใช้ระบบของคุณสำเร็จ การจัดหา "บราวนิ่งออก" ยากมากอาจเป็นส่วนหนึ่งของสาเหตุของความล้มเหลวของระบบทั้งหมดของคุณ ตัวเก็บประจุเหล่านี้จะมีราคาแพง ชิ้นส่วนตามเส้นของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มเหล่านี้อาจเหมาะสมขึ้นอยู่กับวิธีการก่อสร้างและข้อกำหนดของคุณ

ลิงค์เพิ่มเติม: แอพโน้ตของ Infineon เกี่ยวกับพิกัดของ Power Semiconductors และการออกแบบการระบายความร้อนในปัจจุบัน

คุณสามารถโพสต์แผนผังของคุณสำหรับข้อมูลเพิ่มเติมตัวต้านทานเกตมีบทบาทในความเร็วของการเปิด / ปิด (ไม่เพียง แต่กระแสที่จัดทำโดยเสาโทเท็ม)

1. แรงดันไฟฟ้า

ฉันได้ทำงานกับมอสเฟตกำลังไฟฟ้าในฮาล์ฟบริดจ์และโทโพโลยีสะพานเต็มรูปแบบและสาเหตุส่วนใหญ่ของความล้มเหลวที่ดูเหมือนจะเป็นแรงดันไฟฟ้าไดโอด TVS ข้ามสวิตช์ด้านล่างสามารถช่วยได้ แต่วิธีการแก้ปัญหาจริงคือ overrate mosfet voltage (VDS) ดังนั้นสำหรับระบบ 24v ให้ใช้ 75v mosfet สำหรับ 36v system ใช้ 100v mosfet และสำหรับ 48v system ใช้ 150v mosfet

2. ปัจจุบัน

อัตรากระแส mosfets ของคุณอย่างถูกต้องสำหรับสภาวะคงที่และสภาวะกระแสเกินใช้จำนวน mosfets ที่สามารถจัดการได้อย่างปลอดภัย (ขีด จำกัด ทางความร้อน) จัดการคะแนนอย่างต่อเนื่องของมอเตอร์และ spikes จะ manged โดย mosfets ตัวเองเพราะสามารถจัดการกระแสเกินได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่าง mosfet, mosfetนี้ infineon คือคะแนน 7.5mohm ที่ 150v ใน to220 แพคเกจ ดังนั้นสำหรับ 200a 8 ของเหล่านี้ในแบบคู่ขนานควรทำงานถ้าฮีทซิงค์อย่างถูกต้อง การสูญเสียพลังงานในแต่ละทรานซิสเตอร์คือ (200/8) x (200/8) x7.5 = 4.6w ซึ่งเป็นจริง และการผลัก 25a ต่อทรานซิสเตอร์อยู่ภายใต้ขีด จำกัด สูงสุดของ wirebond ซึ่งทำให้มีพื้นที่สำหรับหนามแหลมในปัจจุบัน

3. ขีด จำกัด ปัจจุบัน

เพิ่มเซ็นเซอร์ปัจจุบันผลฮอลล์หรือปัดโอห์ม 1 มิลลิแอมป์กับความรู้สึกในปัจจุบันควรจะทำงานในการ จำกัด การชะลอตัวของการเร่งความเร็วและป้องกันมากกว่าสภาพปัจจุบันถ้าคุณตัวอย่างในปัจจุบันและการควบคุม PWM เร็วพอ ( รอบโดยรอบวงเงินหมุนเวียน )

4. Gate Drive และ Layout

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือเลย์เอาต์ของวงจรกำลังและวงจรขับเคลื่อนของประตูเนื่องจากคุณสลับกระแสสูงในเวลาไม่กี่กิโลเฮิร์ตซ์การเหนี่ยวนำที่ผิดพลาดใด ๆ ในวงจรจะสร้างแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่โดยเฉพาะที่ประตูมอสเฟตและแหล่งกำเนิด สำหรับ 16 mosfet ฉันสามารถจินตนาการความยาวของร่องรอยของประตูคนขับหรือสาย! มองหาบันทึกแอปบางประการเกี่ยวกับการลดการไดรฟ์ประตูเรียกเข้าใช้ 937และAPT0402

แก้ไข:

หลังจากเห็นแผนผังของคุณแล้ว: ฉันแนะนำ:

1- ฉันจะเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประเมินพิกัดแรงดันมอสเฟตและฉันจะสำรองคำตอบของฉันตามมาตรฐานยานยนต์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ 40v ในระบบรถยนต์ 12v และ 75v สำหรับระบบไฟฟ้ารถบรรทุก 24v ฉันคิดว่าเหตุผลก็คือโหลดดัมพ์และเดือยแหลมดังกล่าว สิ่งนี้จะพิสูจน์ว่ามีความสำคัญในการทดสอบภาคสนามในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงไม่ได้อยู่บนม้านั่งทดสอบของคุณ อย่างน้อยที่สุดคุณสามารถทำได้คือใช้ IRFP4468PBF mosfet (100v อันดับไม่ 75v หรือ 60v เหมือน) จำไว้ว่าระบบ 48v ไม่ใช่ 48v จริง ๆ เพราะแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้วไม่ว่าจะเป็นลิเธียมหรือกรดตะกั่วอยู่ที่ประมาณ 55 ถึง 60v

2- เพิ่มตัวต้านทานเกตประมาณ 3-5ohm สำหรับแต่ละทรานซิสเตอร์ (พวกมันจะไม่ทำให้ช้าลงในการเปิด) จำ 15/3 = 5A ต่อทรานซิสเตอร์ซึ่งสามารถชาร์จเกตของ Qg = 500nC ใน: dt = q / I = 100ns ซึ่งมากกว่า เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนความถี่ 20khz

ไม่จำเป็นต้องปิดวงจร 3 ความเร็วเพียงใช้ schottky diode anti ขนานกับตัวต้านทาน gate เนื่องจาก TC4422 จะปิด mosfet อย่างรวดเร็ว

การใช้ HEATINK ที่ดีกว่าแบบ 4 ทิศทางฉันไม่สามารถเชื่อได้ว่าคุณกำลังผลักกระแสไฟฟ้าจาก mosfet และใช้โลหะชิ้นเล็ก ๆ เพื่อขจัดความร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากบอร์ดทำงานบางครั้งอาจเกิดความล้มเหลวนั่นหมายถึงความล้มเหลวเกิดจากความร้อนสูงเกินไป . หากคุณมีตัวถ่ายภาพความร้อนซึ่งจะช่วยในการตรวจจับความเข้มข้นของความร้อน ติด mosfets เข้ากับอลูมิเนียมของแท่งทองแดงหนาและใช้พัดลมหากจำเป็นต้องใช้บางอย่างใน เครื่องเชื่อม

โดยวิธีการที่มีโพสต์ในเว็บไซต์นี้ที่จะบอกคุณถึงวิธีการคำนวณความต้านทานความร้อนและเท่าใดความร้อนจะสร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์ที่สูญเสียพลังงานที่ระบุ

5- ขออภัยสำหรับความผิดพลาดในเซ็นเซอร์ปัจจุบันฉันหมายถึง shunt ควรจะเป็น 100micro ohm (ไม่ใช่ 1milli) ดีคือการใช้การติดต่อเซ็นเซอร์ห้องโถงโดดเดี่ยวน้อยลงไปรอบ ๆ ลวดเช่นนี้ โปรดจำไว้ว่าเซ็นเซอร์กระแสสองทิศทางมีความสำคัญอย่างมากในมอเตอร์ขับเคลื่อนเนื่องจากคุณสามารถติดตั้งเข้ากับสายมอเตอร์ (ไม่ใช่ก่อนกราวด์) เพื่อรับรู้ถึงกระแสไฟฟ้าและกระแสการหมุนเวียนระหว่างการเบรกดังนั้นคุณจึงสามารถ จำกัด กระแสทั้งสองได้

เราใช้ 4 x 100A (8 รวมถึง FET ที่บล็อกการย้อนกลับ) และผ่านการทดสอบกับ 400Amp

เรามีปัญหากับการเหนี่ยวนำแหลมแม้ว่ามอสเฟตได้รับการจัดอันดับสำหรับพลังการพังทลาย แรงดันพังทลายไม่สมดุลและหนึ่ง MOSFET ใช้พลังงานเหนี่ยวนำส่วนใหญ่ในการเปิดปิด และแรงดันพังทลายจะไม่เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ

ในกรณีของเราเราไม่ได้กระแสเกินพิกัดในการทดสอบแรงดันไฟฟ้าสลายเพราะเราอาจได้รับแรงดันไฟฟ้าล้มเหลวเพียงแค่ใช้ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ แต่ในกรณีของคุณคุณอาจมีความล้มเหลวของกระแสไฟฟ้าสูงสุดในระหว่างการแยกแรงดันไฟฟ้าแม้ว่าคุณจะไม่เกิดความร้อน

นอกจากนี้ยังไม่ชัดเจนว่าคุณหมายถึงอะไรโดย "ตัวพิมพ์เล็ก - ใหญ่เนื่องจากเทอร์มินัลต้นทาง" ฉันไม่ได้ใช้ MOSFET เป็นการส่วนตัวซึ่งฉันสามารถเพิ่มคะแนนปัจจุบันโดยใช้ตัวนำที่ใหญ่ขึ้น

หมายเหตุ: MOSFETs แบ่งปันในปัจจุบันตามธรรมชาติ Rds เพิ่มขึ้นตามกระแส

หมายเหตุอื่น ๆ : คุณต้องเปิด FETs ตลอดทาง พวกเขาแต่ละคนจะมีเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน นี่ไม่ใช่ปัญหาหากการเปิดเครื่องของคุณเร็วกว่าทางลาดอุปนัยของคุณ