Quantos MOSFETs podemos paralelizar com segurança em condições de correntes muito altas? Eu tive problemas com uma aplicação de motor em 48V 1600A

Eu tentei com algumas configurações nas quais 16 + 16 MOSfets de 240A cada (na verdade eles são limitados a 80-90A por causa do terminal de origem, mas eu dobrei esse terminal com um fio de cobre muito grosso para cada um deles). arranjo muito simétrico, 16 MOSFETS na posição do transistor e 16 na configuração do retificador síncrono, e eles ainda parecem falhar em alguns pontos e não consigo descobrir como evitar falhas.

Eles foram atacados, todos com um IR21094S como driver, e cada dois transistores foram acionados por um driver TC4422 do totem MOSFET. O motor é um motor composto de 10kW dc, que é 200A nominal e provavelmente leva 1600A na partida. A indutância parece ser 50uH, a velocidade atual crescente em pulsos é = 1 A / µs a 50V A frequência escolhida é 1kHz, buck PWM com configuração de retificação síncrona

Não consigo entender por que, mesmo o circuito foi feito com cuidado, com 4 módulos fornecidos simetricamente e com condutores de saída separados até o motor, e com amortecedores independentes e com um amortecedor do motor, os transistores ainda falham. O circuito parece funcionar bem, mas, após algum tempo, como dezenas de minutos (as temperaturas são normais, cerca de 45 ° C) geralmente em acelerações, geralmente os diodos síncronos falham, seguidos por todos os transistores

Inicialmente, tentei detectar a corrente nos MOSfets usando um pequeno mosfet em paralelo (dreno de drenagem, gate / gate através de um zenner, fonte de pequeno mos para um resistor de 22 ohms e depois para um amplificador de tensão para ativar um circuito de proteção de desligamento rápido) , mas devido ao tempo de comutação mais rápido, o pequeno mosfet entrava sempre antes do transistor principal, perturbando o circuito de proteção e tornando-o inutilizável ...

Não existe um tiro direto, usei 2us gap através do driver, só suspeito assimetria nas indutâncias parasitárias. Quantos MOSFETs vocês fizeram paralelo com sucesso e em que condições?

Um dos 8 módulos de energia

Todos os módulos de potência

Alguns dos drivers

Metade da montagem

Toda a pilha, sem capacitores

Sinal de saída

Borda de queda, saída amarela, alimentação de 48V azul O suprimento é sustentado apenas por alguns capacitores de cerâmica de 100uF e 100nF esporadicamente distribuídos, para evitar queimaduras de MOSFET devido ao manuseio incorreto dos testes iniciais.

Borda ascendente; você pode ver que o overshoot é muito pequeno, apenas 5 volts. transistores estão na classificação de 75v

Em 1600A, espero que você esteja abordando esse problema com a escolha errada de componentes de comutação. Os N-FETs TO-220 soldados em placas de cobre parecem insuficientes para esta aplicação e o grande número de dispositivos significa que a probabilidade de falha do componente é alta e pode estar em cascata.

Para aplicações de acionamento de motor, os FETs embalados em módulo podem ser mais apropriados, mesmo que sejam substancialmente mais caros por unidade.

• Microsemi APTM20AM04FG
• Os N-FETs únicos estocados da Digikey, capazes de alta corrente

Esses módulos permitem reduzir o número total de dispositivos de comutação em seu projeto e combiná-los com barramentos, em vez de uma variedade de FR4 sem revestimento de cobre.

Mesmo a mudança para um pacote FET com chumbo / SMD diferente pode ser mais apropriado e permitir menos componentes:

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

Lembre-se: seu tempo vale alguma coisa. A reconstrução do sistema sempre que houver uma falha catastrófica custa e o impede de concluir e verificar o sistema. FETs melhores podem ser caros, mas não estourar dezenas deles pela enésima vez, você economizará componentes e tempo.

Para o diagnóstico do seu desenho apresentado:

Na placa do driver, parece que você tem muito pouca capacidade de retenção de inicialização. O 3x100nF quase certamente precisa ser complementado por 1s a 10s uF adicionais para garantir que o suprimento do driver de portão permaneça estável.

Nos seus testes, você verificou que a variação de atraso / tempo da unidade de porta a canal é aceitável, mesmo dentro de seus 2us generosos de tempo morto? A captura de módulo a módulo também é possível, principalmente se um driver de porta falhar, deixando um FET ativado. Além disso, a verificação da temperatura da caixa durante a operação com um termopar ou câmera infravermelha permitiria verificar se as peças estão ou não superaquecendo.

Sua menção de 'aprimorar' a liderança do transistor parece que não ajudará muito, dados os limites nominais do pacote 246A silicon / 196A do IRFS7730 . Este também é um trabalho adicional necessário para montar o sistema, aumentando os custos de mão-de-obra e a potencial falta de confiabilidade.

Além disso, suas imagens em ascensão e queda indicam problemas graves com a capacidade de derivação. Você está reduzindo a tensão do barramento em ~ 50% ! Você DEVE ter capacidade de desvio suficiente, tanto no valor total (mais de 100 uF, provavelmente) quanto na classificação da corrente de ondulação (> 100Arms no estado estacionário, mais durante a inicialização) para implementar com sucesso o seu sistema. O suprimento extremamente difícil pode ser parte do motivo das falhas completas do sistema. Esses capacitores serão caros. As peças ao longo das linhas desses capacitores de filme podem ser apropriadas, dependendo do método e dos requisitos de construção.

Link adicional: Nota do aplicativo da Infineon sobre as classificações atuais de semicondutores de potência e projeto térmico

Você pode postar seu esquema para obter mais informações, os resistores de porta desempenham um papel na velocidade de ligar / desligar (não apenas a corrente fornecida pelo totem)

1. Tensão

O objetivo deste trabalho é analisar os principais aspectos que envolvem o uso de redes de fibra ótica, tais como o uso de cabos de fibra óptica, cabos de fibra óptica, cabos de fibra óptica, cabos de fibra ótica, cabos de fibra óptica, entre outros. overrate mosfet voltage (VDS) Portanto, para sistemas de 24V, use 75v mosfet, para sistemas de 36v use 100v mosfet e para sistemas de 48v use 150v mosfet.

2. Atual

Atualize seus mosfets corretamente para o estado estacionário e condição de sobrecorrente, use o número de mosfets que podem lidar com segurança (limite térmico) lida com a classificação contínua do motor e os picos são gerenciados pelos próprios mosfets porque eles podem lidar com sobrecorrente facilmente, você não precisa 16 mosfet, por exemplo Este infineon mosfet tem uma classificação de 7.5mohm a 150v no pacote to220. Portanto, para 200a 8 deles em paralelo devem funcionar se o dissipador de calor for adequado. A perda de potência em cada transistor é (200/8) x (200/8) x7,5 = 4,6w, o que é realista. e pressionar 25a por transistor está bem abaixo do limite máximo da conexão com fio, o que deixa espaço para os picos de corrente.

3. Limitação de corrente

A adição de um sensor de corrente, efeito hall ou desvio de 1 mili ohm com amplificador de detecção de corrente deve funcionar para limitar a desaceleração da aceleração e evitar a condição de sobrecorrente se você amostrar a corrente e controlar o PWM com rapidez suficiente ( limite de corrente ciclo a ciclo )

4. Movimentação e layout do portão

Um dos fatores mais importantes é o layout do circuito de alimentação e de acionamento do portão, uma vez que você está alternando alta corrente em alguns kilohertz, qualquer indutância perdida no circuito criará picos de tensão enormes, especialmente no portão e na fonte mosfet. por 16 mosfet eu posso imaginar o comprimento do traço ou fio do driver do portão! procure algumas notas de aplicativos relacionadas à minimização da movimentação do portão tocando o an-937 e o APT0402 .

EDITAR:

Depois de ver seu esquema: eu recomendo:

1 - ESFREGAREI Mais sobre a classificação de tensão de mosfet excessiva e reforçarei minha resposta pelos padrões automotivos que usam transistores de 40V em sistemas de carro de 12V e 75V para sistemas elétricos de caminhões de 24V. Eu acho que o motivo é despejo de carga e esses picos. isso será importante em testes de campo em ambientes agressivos que não estão em seu banco de testes. Portanto, o mínimo que você pode fazer é usar o IRFP4468PBF mosfet (100v classificado, não 75v ou 60v como o); lembre-se de que o sistema 48v não é realmente 48v, porque as baterias totalmente carregadas, seja lítio ou ácido de chumbo, estão entre 55 e 60v, portanto, é necessário manter alguma margem.

2- Adicione resistores de porta em torno de 3-5ohm para cada transistor (eles não desacelerarão a ligação) lembre-se de 15/3 = 5A por transistor, que pode carregar a porta de Qg = 500nC em: dt = q / I = 100ns, que é mais do que suficiente para a frequência de comutação de 20khz.

Não é necessário um circuito de desligamento rápido, basta usar um diodo schottky anti-paralelo ao resistor de porta, pois o TC4422 desligará o mosfet rapidamente.

4-USE MELHOR HEATINK, eu não posso acreditar que você está empurrando essa quantidade de corrente do mosfet e apenas usando aquela minúscula porção de metal para remover o calor, especialmente se a placa estiver trabalhando por algum tempo em que eles falham, isso significa que a falha deve superaquecer . se você tiver um termovisor que seria ótimo em detectar essa concentração de estresse de calor. conecte os mosfets ao alumínio de barras grossas de cobre e use ventiladores, se necessário, algo usado na máquina de solda

pela maneira como há postagens nesses sites que informam como calcular a resistência térmica e quanto calor será acumulado pelo transistor na perda de energia especificada.

5- desculpe por erro no sensor de corrente, eu quis dizer que o shunt deve ser 100micro ohm (não 1milli). Melhor é usar um sensor de hall menos isolado ao redor do fio como estes . Lembre-se de que os sensores de corrente bidirecionais são muito importantes no acionamento do motor, porque você pode conectá-los ao fio do motor (não antes do terra) para detectar o fornecimento de corrente e a corrente regenerativa durante a frenagem, para limitar as duas correntes.

Usamos 4 x 100A (8 incluindo os FETs de bloqueio reverso) e testamos ok com 400Amp.

Tivemos problemas com picos indutivos, mesmo que os MOSFETs tenham sido classificados como potência de avaria (nem todos os MOSFETS são classificados para sobreviver à quebra de tensão). A tensão de ruptura não estava equilibrada e um MOSFET consumiu a maior parte da energia indutiva no desligamento. E a tensão de ruptura não aumentou com a temperatura.

No nosso caso, não excedemos a corrente nominal em nosso teste de quebra de tensão, porque poderíamos obter falha de quebra de tensão apenas usando um indutor maior. Mas no seu caso, você pode ter uma falha de corrente de pico durante a quebra de tensão, mesmo que não tenha uma falha térmica.

Além disso, não está claro o que você quer dizer com "caso limitado por causa do terminal de origem". Eu pessoalmente não usei um MOSFET em que poderia aumentar a classificação atual usando um condutor maior.

Nota: o atual MOSFET compartilha naturalmente, o Rds aumenta com o atual.

Outra observação: você precisa ativar os FETs totalmente. Cada um deles terá uma tensão limite diferente. Isso não é um problema se sua ativação for mais rápida que sua aceleração indutiva.