Реклама: Исследование силовых модулей разных контроллеров

 

Хочешь стать куратором любимой темы?

* Комментарии к новостям

7. Гироскутер, как источник мотор-колёс? (Электродвигатели и генераторы) от Alromcheg (16.07.2019 в 03:57)8. Электро чемодан (Самодельные электросамокаты) от ssilk (16.07.2019 в 03:44)9. «Тачка на прокачку» - BMW X6 [Upgrade] (Детский электротранспорт) от don_corleone (16.07.2019 в 03:33)10. Моноколёсное видео / видео с участием моноколеса (Моноколеса (электроунициклы)) от Stranniksberg (16.07.2019 в 03:12)11. BMS – подключение к элементам, описание, советы и т.д. (Системы управления аккумуляторными батареями (BMS)) от G.E.na (16.07.2019 в 03:09)12. Kugoo g-booster 48V max 2400 Вт 20Ah/10Ah (Электросамокаты Kugoo M и G серии и аналоги ) от Marcus81 (16.07.2019 в 02:54)
Не нравится реклама? Пройдите простую регистрацию на форуме и не будете видеть рекламу.

Прочитано 2485 раз

0 Пользователи и 1 Гость просматривают эту тему.

11 Фев 2017 в 00:26
Прочитано 2485 раз
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
Ради интереса рассматривал топологии силовых модулей разных контроллеров и решил поделиться своими умозаключениями по поводу предельных режимов работы этих контроллеров. Благо силовой электроникой занимаюсь не первый год и после долгого и тернистого пути выведал практически все нюансы (а вообще кто знает... хотя и сделал силовой модуль которому пики в 3000А не страшны и он из транзисторов выжимает фактически все что возможно выжать и без новогодних спецэффектов).
 Часть контроллеров я не держал в руках, но в интернете довольно много фотографий, из которых хорошо видно топологию и можно достаточно точно сделать вывод о перегрузочных способностях модуля.

Сначала немного теории.
Итак, в первом приближении у ФЕТов можно выделить 2 тока пробоя. Первый - от выбросов и второй - от перегрузки. Речь идет именно о кратковременных токах, возникающих при аварийных ситуациях (глюк контроллера, КЗ, отказ холлов в моторе и т.п.).
Приведу эти токи для наиболее распространенных транзисторов:
IRFB4310 75A / 550A
IRFB4110 120A / 670A
IRFP4468 180A / 1100A
75NF75 (неизвестно, но полагаю около 100А) / 320A
Как видим, токи отличаются раз в 5-8, т.е. очень даже ощутимо.
Чем выше напряжение питания и чем хуже спроектирован модуль, тем ближе мы приближаемся к пробою по первому току. Соответственно, идеальный модуль должен выдерживать второй ток на полном напряжении ФЕТа .
Для ориентира, я беру топологию, напряжение питания 80% от максимального для транзистора, приблизительную оценку перегрузочной способности, которую выражаю коэффициентом к первому току. Т.е. если коэффициент 2, то на 1 транзистор IRFB4110 можно давать 2x120=240A.

Итак,
1. sevcon.
Одна из лучших топологий. Коэффициент я бы дал 20-40, т.е. из транзисторов выжимается практически всё что он может . Узкое место - длинные ножки транзисторов :))
Узким местом здесь является ток из второй колонки, который может держать тразнистор.

2. kelly
Картинок потрохов в интернете немного, судил по этим фоткам: ссылка
По ним более-менее понятна топология.
Итак, моя оценка - хуже среднего. Коэффициент максимум 1.5. Но учитывая большое количество транзисторов, все равно довольно большие токи получаются. Но нужно сделать поправку на неравномерность распределения токов в транзисторах (очень длинная колбаса). Поэтому реальный коэффициент дал бы около единицы.

3. infineon / polaris и другие китайцы с этой же топологией. К ним же можно приравнять контроллеры BMC
Самые популярные контроллеры. Топология конечно не лучшая, но лучше среднего.
При наличии запаянных конденсаторов между шинами плюса и минуса перегрузочная способность должна существенно увеличиться.
Оценку дам около 1.5-3 (зависит от вышесказанного). Распределение токов более-менее нормальное, поправку делать не буду.

4. sabvoton, Yuyang King, adaptto 1 поколения
Несмотря на сильные внешние отличия топология одного типа. Отличаются не сильно, чуть хуже yuang king, чуть лучше adaptto, посередине sabvoton. Но разница не существенная.
Оценка - 1.5-2. Распределение токов хорошее, на это поправку делать не буду.

На этот коэффициент влияет также сигнал драйвера транзистора, поэтому на это тоже стоит делать поправку. Чем ниже скорость переключения - тем горячее контроллер, но тем больше токи перегрузки.

В первом (довольно грубом) прибилижении примерно так. Для общего представления думаю достаточно. Если интересно по каким-то другим контроллерам, давайте ссылки на фото потрохов, посмотрим. Возможно что-то упустил.
Вообщем, вывод таков: из популярных здесь мощных контроллеров только sevcon имеет по уму спректированную силу.
« Последнее редактирование: 11 Фев 2017 в 00:53 от jeka »

11 Фев 2017 в 03:06
Ответ #1
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
Еще забыл.
5. curtis
Есть много сильно разных компоновок, топология в основном достойная. Но... не увидел в нужных местах цепи питания low-esr конденсаторов. Несколько удивлён. Точнее, есть 2 пленочных, но они как-то очень уж далеко и не той ориентации.
Без конденсаторов коэффициент 2-4, с конденсаторами было бы 8-15.

p.s. по просьбам для особо интересующихся в подробностях, рекомендую почитать это:
ссылка
Там в основном про igbt сборки, но смысл почти не меняется.

11 Фев 2017 в 03:14
Ответ #2
Оффлайн

mr.Dream

Ternopil, Ukraine Сообщений: 3042
А почему
Цитата
Чем ниже скорость переключения - тем горячее контроллер, но тем больше токи перегрузки
?
Ведь если переключать медленно, кристалл получает больше тепловой мощности, и соответственно может перегреться и прогореть всего за один такт, если будет превышен лимит энергии одиночного импульса. очень интересно узнать мнение кмпетентных.

11 Фев 2017 в 12:10
Ответ #3
Оффлайн

ingener

Россия, Москва Сообщений: 1041
При наличии запаянных конденсаторов между шинами плюса и минуса перегрузочная способность должна существенно увеличиться.
Значит, не зря заморачивался впаиванием пленочного конденсатора 4,7 мкФ на шины питания фетов  :-)
А прикинуть эффективность от емкости блокирующих конденсаторов можно?


11 Фев 2017 в 14:46
Ответ #4
Оффлайн

Steel RAT

Россия, Ярославль Сообщений: 2908
А что скажите по поводе SME на сборках?



11 Фев 2017 в 18:48
Ответ #5
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
А почему
Цитата
Чем ниже скорость переключения - тем горячее контроллер, но тем больше токи перегрузки
?
Ведь если переключать медленно, кристалл получает больше тепловой мощности, и соответственно может перегреться и прогореть всего за один такт, если будет превышен лимит энергии одиночного импульса. очень интересно узнать мнение кмпетентных.
Потому что он сгорает не от мощности, выделяемой на переключении, а от пробоя из-за резких выбросов. Если скорость переключения снизить, выбросы также уменьшатся.

, сборки как правило хорошо сделаны. И при правильном подключении хорошо работают (часто в с даташите есть пример). Недостаток только один - они дороже.

11 Фев 2017 в 18:59
Ответ #6
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
А прикинуть эффективность от емкости блокирующих конденсаторов можно?

[/quote]
В принципе модуль и так довольно компактный, но петля питания до электролитов насколько это можно разглядеть, по-моему длинная и широкая. Разводки второй стороны нет.
При грубом приближении 4 мкф достаточно, если запаять в районе верхних и нижних фетов.
я бы запаял несколько кондеров емкостью поменьше, в разные места. Это самый эффективный вариант.

11 Фев 2017 в 20:07
Ответ #7
Оффлайн

acyd

Хлынов=Вятка=Киров Сообщений: 3936
что скажете про такие издевательства ?
Контроллер вроде простой китаец.

подсказка. в контроллере стоят феты irlb4030 в 220 корпусе.  в самом начале этой  темы есть фото,как я его еще только сделал :-D
у меня вообще идея возникла поменять 4468 на эти в максе.  токи почти такие же,но есть предотвращение лавинного пробоя. в 4468 его нет :pardon:

текст из рекламки тогда сохранил 

MOSFET транзисторы International Rectifier на напряжение 40-100 В разработаны по новейшей Trench технологии и предназначены для DC-DC преобразователей и систем управления приводом с высоким рабочим током. Низкий уровень сопротивления открытого канала помогает улучшить термопроводимость системы - один из самых критичных параметров преобразователей с высоким рабочим током. С другом стороны, низкое напряжение затвор-исток позволяет управлять транзистором от микроконтроллера или при низком уровне заряда аккумулятора. Низкое напряжение затвор-исток также позволяет повысить эффективность при работе на малых нагрузках благодаря уменьшенному заряду затвора.

Помимо низкого сопротивления канала, новое семейство транзисторов имеет рабочий ток 195 А в корпусах TO-220, D2PAK, TO-262. Это на 60% превышает типичные номинальные параметры для данных корпусов, предлагаемые конкурентными компонентами (их рабочий ток не превышает 120А). А транзисторы в 7-выводных корпусах D2PAK достигают еще 16%-ного снижения сопротивления канала при повышении тока до 240 А, что делает их самыми надежными приборами в корпусах для поверхностного монтажа на рынке.

Высокий рабочий ток транзисторов в корпусах TO-220, D2PAK, TO-262 позволяет улучшить защиту от нежелательных выбросов напряжения, а также сократить число внешних компонентов при параллельном соединении полевых транзисторов, которое часто используется в системах с высоким рабочим током.

11 Фев 2017 в 21:29
Ответ #8
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
что скажете про такие издевательства ?
Контроллер вроде простой китаец.
Издевательства как издевательства.
Вопрос в том, что из мотора торчат 2 комплекта проводов. Вероятно это 2 комплекта разных обмоток. Насколько я разглядел, один комплект был подключен к контроллеру, а другой коротился. Если коротился второй комплект обмоток - это это нечестный тест.
Если же комплекты проводов замкнуты в моторе, то все равно получаются ну очень длинные петли проводов, которые сильно облегчает жизнь контроллеру.
Судя по звуку, контроллер не уходил в защиту даже при КЗ.

Жесткий тест на КЗ - это замыкание фазных проводов на выходе из контроллера без длинных соплей. Ибо чем больше расстояние между фазными проводами (читай - индуктивность), тем проще контроллеру.

11 Фев 2017 в 21:48
Ответ #9
Оффлайн

acyd

Хлынов=Вятка=Киров Сообщений: 3936
Суть в том дают ли преимущество быстрые 4030 феты с логическим управлением над "неповоротливыми" 4110, 4468?

11 Фев 2017 в 22:03
Ответ #10
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
По пробою - не дают. Управление у них немного другое. Где стояли обычные феты, впаивать логические не рекомендую - драйвера не расчитаны на пороги этих транзисторов. поплывут времена переключения и миллер вполне может проявиться.

Кстати, залил из раскопок старенький видосик, где эксперементируем с защитой от кз на уровне драйверов. Сразу предупреждаю - это не серийный контроллер. Серийные таких издевательств не любят.

11 Фев 2017 в 22:04
Ответ #11
Оффлайн

on4ip

Россия, Раменское Сообщений: 2421
Тут как то тестировали контроллеры на 140 вольтах, так токи КЗ выходили под 1000А. Контроллер на 18 фетах. И с Jeka полностью согласен что самые интересные тесты именно на выходе контроллера.

11 Фев 2017 в 22:14
Ответ #12
Оффлайн

Frolikum

Синяокая Сообщений: 54
Для того что бы увеличить надёжность в ситуации замыкания прямо на клемнике во многих инверторах ставят индуктивности в каждую фазу которые ограничивают скорость нарастания тока. И все расчёты ведутся исходя из постоянной времени этих индуктивностей. Но это и цена и габарит так что этот метод не для всех...

11 Фев 2017 в 22:30
Ответ #13
Оффлайн

on4ip

Россия, Раменское Сообщений: 2421
, Ну индуктивности как правило в сервах маломощных, а в контроллере с током в 350 А+) индуктивность не хилая такая.

11 Фев 2017 в 22:38
Ответ #14
Оффлайн

Frolikum

Синяокая Сообщений: 54
Так я ж писал про габарит ))). Это очевидно.

11 Фев 2017 в 22:43
Ответ #15
Оффлайн

on4ip

Россия, Раменское Сообщений: 2421

12 Фев 2017 в 00:43
Ответ #16
Оффлайн

ingener

Россия, Москва Сообщений: 1041
ставят индуктивности в каждую фазу которые ограничивают скорость нарастания тока
Ток она ограничит, а вот что будет после обрыва цепи индуктивности с током (закрытие ключа)?  Бросок обратной ЭДС,  который может просто пробить ключи,  придется   городить в таких случаях снабберы нешуточные.

12 Фев 2017 в 01:22
Ответ #17
Оффлайн

jeka

Сообщений: 970
Оборвите мне провод мотора за 10 наносекунд :)))