Istnieje wiele strat związanych z przełączaniem, ale wydaje się, że najbardziej martwisz się dodatkowym obciążeniem termicznym wprowadzanym do tranzystorów MOSFET w okresie między włączaniem i wyłączaniem. Pomyślałem, że łatwo będzie znaleźć uwagi dotyczące tego zastosowania, ale o dziwo nie było. Najlepsze, jakie znalazłem, to AN-6005 Synchroniczne obliczenia strat MOSFET dla AN-6005 z modelem Excela firmy Fairchild, których odpowiednie części podsumuję tutaj.

Podczas przejścia przełączającego napięcie i prąd w tranzystorze MOSFET będą wyglądać mniej więcej tak:

Straty przełączania, które zamierzamy obliczyć, to te w okresach \ $ t2 \ $ i \ $ t3 \ $ ze względu na napięcie i prąd w tranzystorze MOSFET. Sposobem na podejście jest obliczenie energii każdego przejścia, a następnie przekonwertowanie tego na średnią moc zgodnie z częstotliwością przełączania.

Jeśli spojrzysz na \ $ t2 \ $, \ $ V \ $ jest prawie stała, a \ $ I \ $ rośnie w przybliżeniu liniowo, tworząc trójkąt. Zatem moc również rośnie liniowo, a całkowita energia jest całką mocy w czasie. Więc energia to tylko pole tego trójkąta:

$$ E_ {t2} = t_2 \ left (\ frac {V_ {in} I_ {out}} {2} \ right) $$

\ $ t3 \ $ również tworzy trójkąt. W tym przypadku napięcie zmienia się zamiast prądu, ale nadal moc tworzy trójkąt, a obliczenia energii są takie same.

Ponieważ obliczenia są takie same dla \ $ t2 \ $ i \ $ t3 \ $, to nie jest naprawdę ważne, ile czasu spędza się w \ $ t2 \ $ vs \ $ t3 \ $; liczy się tylko całkowity czas spędzony na zmianie. Straty energii z jednego przełącznika są więc następujące:

$$ E_ {switch} = (t_2 + t_3) \ left (\ frac {V_ {in} I_ {out}} {2} \ right) $ $

A częstotliwość przełączania to liczba strat energii w ciągu sekundy, więc pomnożenie tych dwóch razem daje średnią utratę mocy w wyniku przełączania:

$$ P_ {switch} = f (t_2 + t_3) \ left (\ frac {V_ {in} I_ {out}} {2} \ right) $$

A zatem biorąc pod uwagę, że okres przełączania wynosi \ $ 150ns \ $, a maksymalny prąd \ $ 330A \ $, a napięcie \ $ 12V \ $ i częstotliwość przełączania \ $ 30kHz \ $, straty mocy przy przełączaniu wynoszą:

$$ 30kHz \ cdot 150ns \ left (\ frac {12V \ cdot 330A} {2} \ right) = 8,91W $$

To \ 8,91 $ W \ $, najlepiej, dzielone między trzy tranzystory, więc tylko około \ $ 3W \ $ każdy, co jest dość nieistotne w porównaniu z innymi stratami.

Tę liczbę można sprawdzić pod kątem rozsądności za pomocą prostszego modelu : jeśli wydałeś \ 150ns \ $ przełączania i robisz to \ 30000 $ \ $ razy na sekundę, możesz obliczyć ułamek czasu spędzonego na przełączaniu i przyjąć najbardziej pesymistyczne założenie, że pełna moc \ 12V $ \ cdot330A \ $ gubi się w tranzystorach:

$$ \ require {cancel} \ frac {150 \ cdot 10 ^ {- 9} \ cancel {s}} {\ cancel {switch}} \ frac {30 \ cdot 10 ^ 3 \ cancel {przełączniki}} {\ cancel {s}} \ cdot 12V \ cdot 330A = 17,82W $$

Oczywiście w okresie przełączania średni prąd i wolt e jest tylko o połowę mniejsze od maksymalnego, więc straty przy przełączaniu są o połowę mniejsze, co właśnie obliczyliśmy.

Jednak w praktyce czas przełączania będzie wolniejszy. "\ $ 2A \ $ sterownik bramki" nie jest stałym źródłem prądu, jak zakładają te obliczenia. Prawdziwy obraz jest bardziej skomplikowany niż ten prosty model. Dodatkowo prąd będzie ograniczony przez rezystancję, a zwykle znacznie bardziej indukcyjność pakietów tranzystorów i ślady do nich prowadzące.

Powiedzmy, że indukcyjność sterownika bramki, pakietu tranzystorów i ślady to \ $ 1 \ mu H \ $. Jeśli napięcie napędu twojej bramy wynosi \ $ 12V \ $, to \ $ di / dt \ $ jest ograniczone do \ $ 12V / 1 \ mu H = (1,2 \ cdot 10 ^ 7) A / s \ $. To może wydawać się dużo, ale w skali czasu \ $ 150ns \ $ tak nie jest. Utrzymanie niskiej indukcyjności wymaga bardzo starannego układu.

Powiedziałbym więc, że te obliczenia pokazują, że straty podczas przełączania mogą być do opanowania, chociaż nie będziesz tego pewien, dopóki nie stworzysz układu i nie przetestujesz go. Nawet jeśli nie możesz osiągnąć ideału czasu przełączania \ $ 150ns \ $, straty są wystarczająco niskie w porównaniu z innymi problemami, że masz pewien margines, aby gorzej i nadal funkcjonować.

Twój większy Problem polega prawdopodobnie na tym, że trzy tranzystory MOSFET przełączają się w tym samym czasie. W przeciwnym razie jeden z nich otrzyma nieproporcjonalną część całkowitego prądu, a tym samym ciepło, co doprowadzi do przedwczesnej awarii.

Co muszę zrobić, aby napędzać moje FET-y jeszcze szybciej?

Przeczytałem odpowiedzi, ale nie sądzę, aby ktokolwiek powiedział, że ma sterować napięciem bramki kilka woltów poniżej napięcia źródła - oznacza to, że możesz całkowicie rozładować bramkę w szybszym czasie, aw okresie, gdy te FET-y są wyłączone, możesz przywrócić napięcie bramki (we względnym czasie wolnym) z powrotem do napięcia źródła (a może nawet odrobinę) wyższa) gotowa na następny atak.

FET-y z wyższą stroną - to obserwatorzy źródła i przypuszczam, że dzieje się tak dlatego, że nie można znaleźć kanału P, który wykonuje swoją pracę. Należy zachować nieco większą ostrożność podczas ich prowadzenia, ponieważ źródło podąża za wyjściem. Chciałbym użyć transformatora, aby zapewnić izolowane zasilanie dla tych sterowników FET i użyć naprawdę szybkiego transformatora do przesyłania sygnału sterującego do tego obwodu. Ponownie, uważam, że przy wyłączaniu należy przyjąć ujemną wartość bramki.

Oto przybliżony szkic tego, jak napędzać zwolenników źródła za pomocą tylko transformatora napędowego, chociaż myślę, że będziesz potrzebować transformatora mocy i sterownik, a także tylko transformator napędu: -

Jak się upewnić, że moje źródło (akumulator kwasowo-ołowiowy 12 V) jest w stanie obsłużyć skoki prądu do 10A?

Jak to źródło poradzi sobie z 330A? Bieżące skoki są rozwiązywane za pomocą naprawdę wysokiej jakości kondensatorów zbliżonych do FET i dobrych praktyk w zakresie układu.

Powodzenia i nie martw się o poparzenie palców!

Jest to dużo do zrobienia. Nie mówisz tutaj, czym jeździ pełny mostek, więc myślę o transformatorze, po którym następuje mostek diodowy, a następnie do filtra LC i obciążenia. Zakładam również, że mostek po prostu sieka na 50% dla każdej nogi.

Myślę, że możesz być trochę konserwatywny ze stratami przewodzenia, ponieważ każdy FET będzie miał najwyżej 50% cykl pracy. W przypadku strat przewodzenia AUIRF1324 przy 110 amperach na FET można by się spodziewać:

\ $ P _ {\ text {cond}} \ $ = \ $ \ text {DC} i_ {\ text {rms}} ^ 2 R_ {\ text {ds}} \ $ = \ $ \ text {(0,5)} \ text {(110)} ^ 2 \ text {(1,4)} \ text {(0.0008)} \ $ = 6,8 W

Gdzie użyłem wartości nominalnej dla \ $ R_ {\ text {ds}} \ $ (0,8 mOhm) i mnożnika 1,4 dla \ $ T_j \ $ 125C i cyklu pracy (DC ) 50%.

Możesz oszacować stratę przełączania (każdego z najlepszych tranzystorów FET), używając:

\ $ P _ {\ text {sw}} \ $ ~ \ $ \ frac {I_o f _ {\ text {sw}} V _ {\ text {in}} Q _ {\ text {sw}}} {I_g} \ $ Gdzie \ $ I_g \ $ = \ $ \ frac {V _ {\ text { gmax}} - V _ {\ text {pl}}} {R_g + R _ {\ text {driver}}} \ $ i \ $ V _ {\ text {pl}} \ $ to napięcie plateau Millera.

Zatem \ $ P _ {\ text {sw}} \ $ ~ \ $ \ frac {\ text {(110A)} \ text {(12V)} \ text {(30kHz)} \ text {(135nC)}} {\ text {0.94A}} \ $ = 5,7 W

Strata przy przełączaniu bramki dla każdego FET wynosiłaby:

\ $ P _ {\ text {bramka }} \ $ = \ $ f _ {\ text {sw}} Q_g V _ {\ text {gmax}} \ $ = \ $ \ text {(12V)} \ text {(30kHz)} \ text {(175nC)} \ $ = 0,063 W

Optymalna strata FET będzie miała miejsce, gdy \ $ P _ {\ text {cond}} \ $ = \ $ P _ {\ text {sw}} \ $ + \ $ P _ {\ text {brama}} \ $. Tak więc ten FET jest dość bliski optymalnego.

Najłatwiejszym sposobem sterowania tranzystorami FET będzie użycie sterownika mostka H, ​​takiego jak LM5104. Niezależnie od używanego napędu bramki, należy go umieścić jak najbliżej tranzystorów FET, aby zminimalizować indukcyjność obwodu bramki (\ $ L_g \ $). Rezystancja obwodu bramki \ $ R_g \ $ + \ $ R _ {\ text {driver}} \ $ musi być nie mniejsza niż \ $ \ sqrt {\ frac {L_g} {C _ {\ text {iss}}}} \ $, aby zapobiec dzwonieniu bramki.

Kiedy łączysz równolegle tranzystory FET, upewnij się, że każdy ma swój własny rezystor bramkowy.

Jeszcze jedna rzecz do przemyślenia

Należy pamiętać, że przełączanie zasilaczy wykazuje ujemną impedancję wejściową. Oznacza to, że jeśli impedancja wejściowa pełnego mostka jest mniejsza niż impedancja wyjściowa źródła zasilania wejściowego, system będzie oscylował. 330A od 12V wynosi 36 mΩ. Tak więc źródło zasilania wejściowego, w tym dowolny filtr wejściowy, który możesz mieć, będzie wymagało impedancji wyjściowej około 18 mΩ, aby uniknąć oscylacji.

To, co Cię tu zawodzi, to szybkość narastania (Tr) AUIRF1324S-7P, która wynosi ogromne 240 ns.

Myślę o MOSFET-ie, który jest w pakiecie, który może obsłużyć 240A , jest ograniczona do 1000A, więc każdy czas przełączania 5ns, w którym jeden FET jest włączony przed drugim, nie uszkodzi złącza. Sprzedaje za mniej niż 5 USD za sztukę, co oznacza 5-krotnie lepsze wyniki niż AUIRF we wszystkich pomiarach prędkości. Potrzebujesz tylko dwóch razem do wytworzenia 500A.

Powinieneś sprawdzić rzeczywiste wykresy źródła prądu bramki dla sterowników, ponieważ niektóre, które są uśrednione przy 2,5 A w broszurach, mają maksymalne wartości 3,8 A przy Vgs max.

Wielu kierowców z oceną 2A radziło sobie tylko z maks. 1,96 A przy Vgs max