Por que os controladores de motor BLDC (1 kW) possuem tantos MOSFETs?

Eu tenho um motor BLDC trifásico de 1 kW da China e desenvolvi o controlador pessoalmente. A 48 Vcc, a corrente máxima deve ser de cerca de 25 A e um pico de corrente de 50 A por breves períodos.

No entanto, quando pesquisei controladores de motor BLDC, me deparei com controladores MOSFET de 24 dispositivos que possuem quatro MOSFETs IRFB3607 por fase (4 x 6 = 24).

O IRFB3607 tem um ID de 82 A a 25 ° C e 56 A a 100 C. Não consigo entender por que os controladores serão projetados com quatro vezes a corrente nominal. Lembre-se de que são controladores chineses baratos.

Alguma ideia?

Você pode ver os controladores aqui, se precisar de alguma parte do vídeo traduzida, entre em contato.

https://www.youtube.com/watch?v=UDOFXAwm8_w https://www.youtube.com/watch?v=FuLFIM2Os0o https://www.youtube.com/watch?v=ZeDIAwbQwoQ

Considerando a dissipação de calor, esses dispositivos operariam a 15kHz, portanto cerca da metade da perda seria comutada.

Lembre-se de que estes são controladores chineses de US $ 25 e cada mosfet custaria cerca de US $ 0,25. Eu não acho que essas pessoas se preocupam muito com eficiência ou qualidade. Esses controladores são garantidos por 6 meses a 1 ano no máximo.

Aliás, na linguagem leiga dos usuários, os Mosfets são chamados MOS-Tubes. Daí tubos.

O motivo para usar vários MOSFETs é reduzir a dissipação de energia, resultando em um design mais barato .

Sim, um MOSFET pode lidar com a corrente, mas ele dissipará um pouco de energia, pois possui alguma resistência, normalmente 9 mohm para o IRFB3607 .

Em 25 A, isso significa 25 A * 9 m ohm = queda de 225 mV

A 25 A, isso significa 25 A * 225 mV = 5,625 W de dissipação de energia

Um dissipador de calor para isso precisaria ser substancial.

Agora vamos fazer o mesmo cálculo para 4 IRFB3607 em paralelo:

Agora 9 mohm é dividido por 4 por causa de 4 dispositivos paralelos:

9 m ohm / 4 = 2,25 mohm

Em 25 A, isso significa 25 A * 2,25 m ohm = 56,25 mV de queda

A 25 A, isso significa 25 A * 56,25 mV = 1,41 W de dissipação de energia

Que 1,41 W é para todos os MOSFETs juntos, com menos de 0,4 W por MOSFET, que eles podem manipular facilmente sem nenhum resfriamento extra.

O cálculo acima não leva em consideração que o Rdson de 9 mohm aumentará quando os MOSFETs aquecerem . Isso torna a solução MOSFET ainda mais problemática, pois é necessário um dissipador de calor ainda maior. A solução 4 MOSFET pode "apenas gerenciar", pois ainda possui alguma margem (os 0,4 W podem aumentar para 1 W e isso ainda seria bom).

Se 3 MOSFETs forem mais baratos que um dissipador de calor (para dissipar 6 Watt), a solução 4 MOSFET será mais barata .

Além disso, os custos de produção podem ser ligeiramente mais baixos para a colocação de 4 MOSFETS em comparação com 1 MOSFET + Dissipador de calor, pois o MOSFET precisa ser parafusado ou preso ao dissipador de calor, o que é trabalho manual, portanto, aumenta os custos.

Um benefício adicional é que a confiabilidade se torna melhor, pois esses 4 MOSFETs não são, de longe, "trabalhados" tanto quanto um único MOSFET.

Poderíamos usar um MOSFET "4x" maior, 2,25 mohm?

Claro, se você pode encontrá-lo! 9 mohm já é bastante baixo. Fica cada vez mais difícil (e mais caro) diminuir à medida que a influência dos fios de ligação entra em jogo. Também, com certeza, quatro MOSFETs "intermediários" são mais baratos que um MOSFET grande e gordo.

Para quase todos os componentes elétricos, a vida útil diminui exponencialmente com o aumento da temperatura. Isso é especialmente verdade nos capacitores, encontrados nos drivers do motor BLDC para diminuir o ruído elétrico e os picos de alta corrente.

Digamos que o controlador com 4 FETs por fase aumentou a temperatura em 10 ° C na carga nominal. Assumindo uma temperatura ambiente de 30 ° C, o controlador estaria funcionando a 40 ° C. Nessa temperatura, até mesmo os capacitores eletrolíticos de alumínio na faixa de temperatura padrão podem durar mais de 120.000 horas.

Se o mesmo controlador fosse construído com 1 FET por fase em vez de 4, a resistência aumentaria em um fator de 4 e as perdas de I ^ 2R também aumentariam na mesma quantidade. Com o mesmo dissipador de calor, o controlador experimentaria 4 vezes o aquecimento acima do ambiente. Agora estaria funcionando a 70 ° C. Isso reduziria a vida útil dos capacitores em cerca de um fator de 10 e também diminuiria a vida útil de outros componentes da mesma forma. Para combater isso, seria necessário um dissipador de calor maior e seria mais barato (e menor) usar apenas mais FETs.