Combien de MOSFET pouvons-nous mettre en parallèle en toute sécurité dans des conditions de courants très élevés? J'ai eu des problèmes avec une application moteur à 48V 1600A

J'ai essayé avec certaines configurations dans lesquelles 16 + 16 MOSfets de 240A chacun (vraiment ils sont limités à 80-90A à cause du terminal source, mais j'ai doublé ce terminal avec un fil de cuivre très épais pour chacun d'eux.) Ont été configurés dans un arrangement très symétrique, 16 MOSFETS en position de transistor et 16 en configuration de redresseur synchrone, et ils semblent toujours échouer à certains moments et je ne peux pas comprendre comment éviter l'échec.

Ils ont tous été attaqués avec un IR21094S comme conducteur, et chacun des 2 transistors a été entraîné par un conducteur TC4422 à mât totémique MOSFET. Le moteur est un moteur composé à courant continu de 10 kW, soit 200 A nominal et prend probablement 1600 A au démarrage. L'inductance semble être de 50 uH, la vitesse de courant croissante en impulsions est = 1 A / µs à 50 V La fréquence choisie est de 1 kHz, PWM buck avec configuration de rectification synchrone

Je ne peux pas comprendre pourquoi, même le circuit a été soigneusement fabriqué, avec 4 modules fournis symétriquement et avec des conducteurs de sortie séparés jusqu'au moteur, et avec des amortisseurs indépendants, et avec un amortisseur de moteur, les transistors échouent toujours. Le circuit semble bien fonctionner mais, après un certain temps, comme des dizaines de minutes (les températures sont normales, environ 45 C) généralement aux accélérations, généralement les diodes synchrones échouent, suivies de tous les transistors

J'ai d'abord essayé de détecter le courant sur les MOSfets en utilisant un petit mosfet en parallèle (drain-drain, grille / grille à travers un zenner, source de petite mos à une résistance de 22 ohms et ensuite à un amplificateur de tension pour activer un circuit de protection à arrêt rapide) , mais en raison du temps de commutation plus rapide, le petit mosfet est toujours entré avant le transistor principal, perturbant le circuit de protection et le rendant inutilisable ...

Il n'y a pas de coup de feu, j'ai utilisé un écart de 2us avec le conducteur, je ne soupçonne que l'assimétrie dans les inductances parasites. Combien de MOSFET avez-vous réussi à mettre en parallèle et dans quelles conditions?

L'un des 8 modules de puissance

Tous les modules de puissance

Certains pilotes

La moitié de l'assemblage

Tout empiler, sans condensateurs

Signal de sortie

Front descendant, sortie jaune, alimentation 48 V bleu L'alimentation n'est maintenue que par certains condensateurs céramiques de 100 uF et 100 nF distribués sporadiquement, pour éviter les brûlures de MOSFET par les premiers tests de mauvaise gestion

Front montant; vous pouvez voir que le dépassement est très petit, seulement 5 volts. les transistors sont à 75v

À 1600 A, je m'attends à ce que vous abordiez ce problème à partir d'un mauvais choix de composants de commutation. Les N-FET TO-220 soudés sur des cartes en cuivre semblent insuffisants pour cette application et le grand nombre de dispositifs signifie que la probabilité de défaillance des composants est élevée et peut être en cascade.

Pour les applications d'entraînement de moteur, les transistors FET groupés peuvent être plus appropriés, même s'ils sont beaucoup plus coûteux par unité.

• Microsemi APTM20AM04FG
• Digikey stocke des N-FET simples capables de courant élevé

Ces modules vous permettraient de réduire le nombre total de dispositifs de commutation dans votre conception et vous permettraient de les coupler avec une barre omnibus plutôt qu'avec un assortiment de FR4 cuivré nu.

Même le passage à un package FET plomb / SMD différent pourrait être plus approprié et activer moins de composants:

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

N'oubliez pas: votre temps vaut quelque chose. Reconstruire le système chaque fois que vous avez une panne catastrophique vous coûte et vous empêche de terminer et de vérifier le système. De meilleurs FET peuvent être coûteux, mais ne pas en faire exploser des dizaines pour la Nème fois vous fera économiser des composants et du temps.

Pour le diagnostic de votre design présenté:

Sur votre carte de pilote, il semble que vous ayez trop peu de capacité de rétention bootstrap. Il est presque certain que 3x100nF doit être complété par 1s à 10s uF supplémentaires pour garantir que l'alimentation du pilote de porte reste stable.

Lors de vos tests, avez-vous vérifié que le délai / variation de synchronisation de commande de porte de canal à canal est acceptable, même dans les 2us généreux de votre temps mort? La traversée de module à module est également possible, en particulier si un pilote de porte échoue, laissant un FET activé. De plus, la vérification de la température du boîtier pendant le fonctionnement avec un thermocouple ou une caméra infrarouge vous permettrait de vérifier que les pièces surchauffent ou non.

Votre mention d '«améliorer» le fil du transistor semble ne pas aider beaucoup, étant donné les limites nominales du boîtier 246A silicium / 196A de l'IRFS7730 . Il s'agit également de travaux supplémentaires requis pour assembler le système, ce qui augmente les coûts de main-d'œuvre et le manque de fiabilité potentiel.

De plus, vos images montantes et descendantes indiquent de graves problèmes de capacité de dérivation. Vous réduisez la tension de votre bus de ~ 50% ! Vous DEVEZ avoir une capacité de dérivation suffisante à la fois dans la valeur totale (100+ uF, probablement) et dans le courant nominal d'ondulation (> 100Arms en régime permanent, plus au démarrage) pour réussir la mise en œuvre de votre système. Le «brunissement» de l'alimentation extrêmement difficile peut être une des raisons des pannes complètes de votre système. Ces condensateurs seront chers. Des pièces le long de ces condensateurs à film peuvent être appropriées, selon votre méthode de construction et vos exigences.

Lien supplémentaire: note d'application d'Infineon sur les évaluations actuelles des semi-conducteurs de puissance et de la conception thermique

Vous pouvez poster votre schéma pour plus d'informations, les résistances de grille jouent un rôle dans la vitesse d'activation / désactivation (pas seulement le courant fourni par le totem)

1. Tension

J'ai travaillé avec des mosfets de puissance dans des topologies de demi-pont et de pont complet et l'une des principales causes de défaillance semble être des pointes de tension.Les diodes TVS sur le commutateur latéral inférieur peuvent aider.Mais la vraie solution est de s'appuyer sur la valeur d'avalanche du mosfet et Surtension de la tension mosfet (VDS) Donc, pour un système 24v, utilisez un mosfet 75v, pour un système 36v, utilisez un mosfet 100v et pour un système 48v, utilisez un mosfet 150v.

2. Actuel

Évaluez correctement vos mosfets pour un état stable et une condition de surintensité, utilisez le nombre de mosfets qui peuvent gérer en toute sécurité (limite thermique) pour gérer la puissance continue du moteur et les pointes sont gérées par les mosfets eux-mêmes car ils peuvent gérer facilement les surintensités, vous n'avez pas besoin de 16 mosfet, par exemple Ce mosfet infineon est classé 7,5mohm à 150v dans un boîtier to220. Donc, pour 200a, 8 d'entre eux en parallèle devraient fonctionner s'ils sont correctement dissipés. La perte de puissance dans chaque transistor est de (200/8) x (200/8) x7,5 = 4,6 w, ce qui est réaliste. et pousser 25a par transistor est bien en dessous de la limite maximale de liaison de fil, ce qui laisse de la place pour les pointes de courant.

3. Limitation de courant

L'ajout d'un capteur de courant, d'un effet Hall ou d'un shunt de 1 milli ohm avec un amplificateur de détection de courant devrait fonctionner pour limiter la décélération de l'accélération et empêcher la surintensité si vous échantillonnez le courant et contrôlez le PWM assez rapidement ( limite de courant cycle par cycle )

4. Drive Gate et disposition

L'un des facteurs les plus importants est la configuration de votre circuit d'alimentation et de commande de porte, car vous commutez un courant élevé à quelques kilohertz, toute inductance parasite dans le circuit créera d'énormes pics de tension, en particulier à la porte et à la source mosfet. pour 16 mosfet, je peux imaginer la longueur de la trace ou du fil du pilote de porte! recherchez des notes d'application concernant la réduction de la sonnerie du lecteur de porte an-937 et APT0402 .

ÉDITER:

Après avoir vu votre schéma: je recommande:

1- JE VAIS STRES Plus d'informations sur la surestimation de la tension de mosfet et je sauvegarderai ma réponse selon les normes automobiles qui utilisent des transistors 40v dans les systèmes de voiture 12v et 75v pour les systèmes électriques des camions 24v. Je pense que la raison est le vidage de la charge et ces pointes. cela s'avérera important dans les tests sur le terrain dans des environnements difficiles et non sur votre banc d'essai. Donc, le moins que vous puissiez faire est d'utiliser le mosfet IRFP4468PBF (100v classé pas 75v ou 60v comme le) rappelez-vous que le système 48v n'est pas réellement 48v, car les batteries complètement chargées, que le lithium ou le plomb soit d'environ 55 à 60v, vous devez donc garder une certaine marge.

2- Ajoutez des résistances de grille autour de 3-5ohm pour chaque transistor (elles ne ralentiront pas la mise en marche) rappelez-vous 15/3 = 5A par transistor qui peut charger la grille de Qg = 500nC en: dt = q / I = 100ns qui est plus que suffisant pour une fréquence de commutation de 20 kHz.

Un circuit d'arrêt à 3 vitesses n'est pas nécessaire, utilisez simplement une diode schottky anti parallèle à la résistance de grille, car le TC4422 éteindra rapidement le mosfet.

4-UTILISEZ MIEUX HEATINK, je ne peux pas croire que vous poussez cette quantité de courant du mosfet et que vous utilisez juste ce petit morceau de métal pour éliminer la chaleur, surtout si la planche fonctionne pendant un certain temps, ce qui signifie que la panne est due à une surchauffe . si vous avez un imageur thermique, ce serait formidable pour détecter une telle concentration de stress thermique. attacher les mosfets à l'aluminium de barres épaisses en cuivre et utiliser des ventilateurs si nécessaire quelque chose utilisé dans la machine à souder

par la façon dont il publie sur ce site Web qui vous dirait comment calculer la résistance thermique et la quantité de chaleur qui se développera à partir du transistor à la perte de puissance spécifiée.

5- Désolé pour une erreur sur le capteur de courant, je voulais dire que le shunt devrait être 100micro ohm (pas 1milli). Il vaut mieux utiliser un capteur à effet Hall sans contact autour du fil comme ceux-ci . N'oubliez pas que les capteurs de courant bidirectionnels sont très importants dans l'entraînement du moteur car vous pouvez les attacher au fil du moteur (pas avant la terre) pour détecter l'alimentation en courant et le courant de régénération pendant le freinage afin de limiter les deux courants.

Nous utilisons 4 x 100A (8 y compris les FET à blocage inversé), et testé ok avec 400Amp.

Nous avons eu des problèmes avec les pointes inductives, même si les MOSFET étaient conçus pour une puissance de claquage (TOUS LES MOSFETS NE SONT PAS TENUS POUR SURVIVRE À LA RÉPARTITION DE LA TENSION). La tension de claquage n'était pas équilibrée et un MOSFET a absorbé la majeure partie de la puissance inductive à la coupure. Et la tension de claquage n'a pas augmenté avec la température.

Dans notre cas, nous n'avons pas dépassé le courant nominal dans notre test de panne de tension, car nous pouvions obtenir une panne de panne de tension simplement en utilisant un inducteur plus gros. Mais dans votre cas, vous pourriez avoir une panne de courant de pointe pendant une panne de tension même si vous n'avez pas de panne thermique.

En outre, ce que vous entendez par "limité à la casse en raison du terminal source" n'est pas clair. Je n'ai pas personnellement utilisé un MOSFET où je pourrais augmenter le courant nominal en utilisant un conducteur plus gros.

Remarque: la part actuelle des MOSFET naturellement, Rds augmente avec le courant.

Autre remarque: vous devez activer les FET à fond. Ils auront chacun une tension de seuil différente. Ce n'est pas un problème si votre allumage est plus rapide que votre montée en puissance inductive.