매우 높은 전류 조건에서 얼마나 많은 MOSFET을 안전하게 병렬 연결할 수 있습니까? 48V 1600A에서 모터 애플리케이션에 문제가있었습니다

각각 240A의 16 + 16 MOSfets (실제로는 소스 단자로 인해 80-90A로 제한되었지만 각 터미널에 대해 매우 두꺼운 구리선 으로이 터미널을 두 배로 늘린)로 구성을 시도했습니다. 매우 대칭적인 배열, 트랜지스터 위치에 16 개의 MOSFET, 동기 정류기 구성에 16 개의 MOSFET이 있으며 일부 지점에서는 여전히 실패하는 것처럼 보이며 실패를 피하는 방법을 알 수 없습니다.

드라이버로 IR21094S를 사용하여 모두 공격을 받았으며, 각각 2 개의 트랜지스터는 MOSFET 토템폴 TC4422 드라이버로 구동되었습니다. 모터는 10kW dc 복합 모터로, 공칭 200A이며 시작시 1600A 정도 소요됩니다. 인덕턴스는 50uH, 펄스의 상승 전류 속도는 50V에서 = 1A / µs입니다. 선택한 주파수는 1kHz입니다. 동기식 정류 구성의 PWM 벅

회로가 조심스럽게 만들어졌으며 4 개의 모듈이 대칭으로 공급되고 별도의 출력 도체가 모터에 연결되고 독립 스 너버가 있고 모터 스 너버가 왜 트랜지스터가 여전히 실패하는지 이유를 알 수 없습니다. 회로는 정상적으로 작동하는 것처럼 보이지만 몇 분 후 일반적으로 가속시 수십 분 (온도는 정상, 약 45C)과 같으며 일반적으로 동기식 다이오드는 실패하고 모든 트랜지스터가 이어집니다.

처음에는 작은 mosfet를 병렬로 사용하여 MOSfets의 전류를 감지하려고했습니다 (드레인 드레인, 젠 너를 통한 게이트 / 게이트, 작은 mos의 소스를 22ohm 저항으로, 전압 증폭기 후 빠른 종료 보호 회로 활성화) 그러나 빠른 정류 시간으로 인해 작은 MOSFET은 항상 주 트랜지스터 앞에 들어가 보호 회로를 방해하고 사용할 수 없게 만듭니다 ...

샷 스루가 없으며 드라이버를 통해 2us 간격을 사용했으며 기생 인덕턴스의 비대칭만을 의심합니다. 성공적으로 어떤 조건에서 병렬로 몇 개의 MOSFET을 병렬 처리 했습니까?

8 개의 전원 모듈 중 하나

모든 전원 모듈

드라이버 중 일부

어셈블리의 절반

커패시터가없는 모든 스택

출력 신호

하강 에지, 출력 노란색, 48V 전원 파란색 전원 공급 장치는 산발적으로 분산 된 일부 100uF 및 100nF 세라믹 커패시터에 의해서만 유지되므로 초기 테스트 오 조작으로 인한 MOSFET 화상 방지

상승 에지; 오버 슈트가 매우 작은 것을 볼 수 있습니다. 단 5 볼트입니다. 트랜지스터는 75V 등급입니다

1600A에서는 잘못된 스위칭 구성 요소 선택으로이 문제에 접근하고 있습니다. 구리 보드에 납땜 된 TO-220 N-FET는이 애플리케이션에 충분하지 않은 것으로 보이며 많은 디바이스는 부품 고장 가능성이 높고 계단식 일 수 있음을 의미합니다.

모터 구동 애플리케이션의 경우, 모듈 단위로 훨씬 더 비싼 모듈 패키지 FET가 더 적합 할 수 있습니다.

• 마이크로 세미 APTM20AM04FG
• 고전류가 가능한 Digikey의 단일 싱글 N-FET

이 모듈을 사용하면 설계에서 총 스위칭 장치 수를 줄이고 베어 구리 피복 FR4가 아닌 버스 바와 연결할 수 있습니다.

다른 리드 / SMD FET 패키지로 전환하는 것이 더 적절하고 더 적은 수의 부품을 가능하게합니다.

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

기억하십시오 : 당신의 시간은 가치가 있습니다. 치명적인 장애가 발생할 때마다 시스템을 재 구축하면 비용이 발생하고 시스템을 완료하고 확인하지 않아도됩니다. 더 나은 FET는 비싸지 만 N 번째 시간 동안 수십 개를 폭파하지 않으면 부품과 시간이 절약됩니다.

제시된 디자인의 진단을 위해 :

드라이버 보드에서 부트 스트랩 홀드 업 커패시턴스가 너무 작은 것 같습니다. 게이트 드라이버 공급이 안정적으로 유지되도록 3x100nF는 1 ~ 10uF의 추가 전력을 보충해야합니다.

테스트에서 채널 간 채널 드라이브 지연 / 타이밍 변동이 관대 한 2 시간의 데드 타임 내에서도 수용 가능한지 확인 했습니까? 특히 게이트 드라이버가 고장 나서 FET가 켜진 상태에서 모듈 간 슛 스루도 가능합니다. 또한 열전대 또는 IR 카메라로 작동하는 동안 케이스 온도를 확인하면 부품이 과열되지 않았는지 확인할 수 있습니다.

IRFS7730의 246A 실리콘 / 196A 패키지 정격 한계를 감안할 때 트랜지스터의 리드를 '강화'한다고 언급하면별로 도움이되지 않는 것처럼 보입니다 . 이것은 또한 시스템을 조립하는 데 필요한 추가 작업으로 인건비와 잠재적 신뢰성을 증가시킵니다.

또한 상승 및 하강 이미지는 바이 패스 캐패시턴스에 심각한 문제가 있음을 나타냅니다. 버스 전압을 ~ 50 % 떨어 뜨리고 있습니다 ! 당신은 해야 (가능성 100 + University of Florida의) 모두 총 가치 충분한 바이 패스 커패시턴스를 하고 리플 전류 정격에 (> 100Arms 정상 상태는 더 시작하는 동안) 성공적으로 시스템을 구현 할 수 있습니다. 전원 공급 장치가 너무 까다로워 져 전체 시스템 장애가 발생할 수 있습니다. 이 커패시터는 비쌀 것이다. 이러한 필름 커패시터 라인을 따르는 부품 은 구성 방법 및 요구 사항에 따라 적절할 수 있습니다.

추가 링크 : 전력 반도체 및 열 설계의 정격 전류 에 대한 Infineon의 앱 노트

더 많은 정보를 위해 회로도를 게시 할 수 있습니다. 게이트 저항은 켜기 / 끄기 속도에서 중요한 역할을합니다 (토템 폴이 공급하는 전류뿐만 아니라).

1. 전압

하프 브리지 및 풀 브리지 토폴로지에서 전력 MOSFET로 작업 한 결과 고장의 가장 큰 원인은 전압 스파이크 인 것 같습니다. 하단 스위치를 가로 지르는 TVS 다이오드가 도움이 될 수 있습니다. 그러나 실제 솔루션은 mosfet 및 과전압 MOSFET 전압 (VDS) 24v 시스템의 경우 75v mosfet를 사용하고 36v 시스템의 경우 100v mosfet 및 48v 시스템의 경우 150v mosfet를 사용하십시오.

2. 현재

정상 상태 및 과전류 상태에 맞게 mosfets의 전류를 적절하게 평가하고 모터의 연속 정격을 안전하게 처리 할 수있는 mosfets 수를 사용하십시오. 과전류를 쉽게 처리 할 수 ​​있기 때문에 스파이크 자체가 mosfets 자체에 의해 조작됩니다. MOSFET는, 예를 들어 이 인피니언의 MOSFET은 TO-220 패키지에 150V에서 7.5mohm 평가된다. 따라서 200a 8의 경우 방열판이 올바르게 작동하면 병렬로 작동해야합니다. 각 트랜지스터의 전력 손실은 (200/8) x (200/8) x7.5 = 4.6w이며 이는 현실적입니다. 트랜지스터 당 25a를 누르는 것은 최대 와이어 본드 한도 아래에 있으며, 이는 전류 스파이크를위한 공간을 남겨둔다.

3. 전류 제한

전류 감지 증폭기가있는 전류 센서, 홀 효과 또는 1 밀리 옴 션트를 추가하면 가속 감속을 제한하고 전류를 샘플링하고 PWM을 충분히 빠르게 제어 할 경우 과전류 상태를 방지해야합니다 ( 사이클 전류 제한 별 사이클 )

4. 게이트 드라이브 및 레이아웃

가장 중요한 요소 중 몇 킬로 헤르츠에서 고전류를 스위칭하기 때문에 전력 및 게이트 구동 회로의 레이아웃이 중요합니다. 회로의 표유 인덕턴스는 특히 MOSFET 및 소스에서 전압 스파이크를 크게 발생시킵니다. 16 mosfet 동안 게이트 드라이버 트레이스 또는 와이어의 길이를 상상할 수 있습니다! 게이트 드라이브 링링 an-937 및 APT0402 최소화와 관련된 일부 응용 프로그램 노트를 찾으십시오 .

편집하다:

당신의 회로도를 본 후 : 나는 추천한다 :

1- 나는 STMOS 정격 전압을 과대 평가하는 것에 대해 더 자세히 설명하며 12v 차량 시스템에서 40v 트랜지스터를 사용하고 24v 트럭 전기 시스템에서 75v를 사용하는 자동차 표준으로 답을 뒷받침합니다. 그 이유는로드 덤프와 그러한 스파이크라고 생각합니다. 이것은 테스트 벤치가 아닌 열악한 환경에서 현장 테스트에 중요하게됩니다. 따라서 당신이 할 수있는 최소한의 일은 IRFP4468PBF mosfet (75v 또는 60v와 같은 100v 등급)를 사용하는 것입니다 .48v 시스템은 실제로 48v가 아니라는 것을 기억하십시오. 리튬 또는 납 산이 약 55-60v인지 여부에 관계없이 배터리는 완전히 충전되어 있기 때문에 약간의 여유를 유지해야하기 때문입니다.

2- 각 트랜지스터에 대해 3-5ohm 정도의 게이트 저항을 추가하십시오 (켜기 속도를 늦추지 않음). Qg = 500nC의 게이트를 다음과 같이 충전 할 수있는 트랜지스터 당 15 / 3 = 5A를 기억하십시오. dt = q / I = 100ns 20khz 스위칭 주파수에 충분합니다.

TC4422가 MOSFET을 신속하게 끌 수 있기 때문에 3 개의 빠른 차단 회로가 필요하지 않으며 게이트 저항에 병렬 인 쇼트 키 다이오드를 사용하면된다.

4- 사용 BETTER HEATINK, 나는 당신이 mosfet에서 그 양의 전류를 밀고 있고, 작은 보드의 금속 조각을 사용하여 열을 제거한다고 생각할 수 없다. . 이러한 열 스트레스 농도를 감지하는 데 큰 열 화상 장비 가 있는 경우 . 구리 두꺼운 막대의 알루미늄에 mosfets를 부착하고 필요한 경우 용접 기계에 사용되는 팬을 사용하십시오.

그런데이 웹 사이트에 열 저항을 계산하는 방법과 지정된 전력 손실에서 트랜지스터에서 얼마나 많은 열이 축적되는지 알려주는 게시물이 있습니다.

5- 전류 센서의 실수로 죄송합니다. 션트는 100 마이크로 옴 (1 밀리가 아님)이어야합니다. 이와 같이 전선 주위에 접촉이 덜 된 홀 센서를 사용하는 것이 좋습니다 . 양방향 전류 센서는 모터 드라이브 (접지 전이 아님)에 부착하여 제동 중 전류 공급 및 회생 전류를 감지하여 두 전류를 모두 제한 할 수 있으므로 모터 드라이브에서 매우 중요합니다.

우리는 4 x 100A (역 차단 FET를 포함하여 8 개)를 사용하고 400Amp로 ok를 테스트했습니다.

MOSFET이 항복 전력 등급을 받았음에도 불구하고 유도 성 스파이크에 문제가있었습니다 (모든 MOSFET이 생존 전압 고장이 아님). 항복 전압은 균형이 맞지 않았으며, 하나의 MOSFET이 대부분의 유도 성 전원을 껐다가 켰습니다. 그리고 항복 전압은 온도에 따라 증가하지 않았다.

우리의 경우, 우리는 더 큰 인덕터를 사용하는 것만으로 전압 고장 고장을 얻을 수 있기 때문에 전압 고장 테스트에서 정격 전류를 초과하지 않았습니다. 그러나 귀하의 경우 열 고장이 없어도 전압 고장 중에 피크 전류 고장이 발생할 수 있습니다.

또한 "소스 터미널로 인해 대소 문자 제한"이 무엇을 의미하는지 명확하지 않습니다. 더 큰 도체를 사용하여 전류 정격을 높일 수있는 MOSFET을 개인적으로 사용하지 않았습니다.

참고 : MOSFET 전류는 자연스럽게 공유되며 Rds는 전류에 따라 증가합니다.

기타 참고 사항 : FET를 완전히 켜야합니다. 각기 다른 임계 전압을 갖습니다. 턴온이 유도 램프 업보다 빠른 경우에는 문제가되지 않습니다.