Исследование силовых модулей разных контроллеров

Автор jeka, 11 Фев. 2017 в 00:26

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

jeka

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: http://forum.index.hu/Article/viewArticle?a=113426045&t=9073728
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.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

jeka

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:
http://www.power-e.ru/2007_01_17.php
Там в основном про igbt сборки, но смысл почти не меняется.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

mr.Dream

А почему
ЦитироватьЧем 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.

ingener

Цитата: jeka от 11 Фев. 2017 в 00:26
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?

Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

Steel RAT

Массовая культура - синоним низкого качества.
Люди... они какие-то странные. По одному и тому же поводу каждый думает что-то своё.

jeka

Цитата: mr.Dream от 11 Фев. 2017 в 03:14
А почему
ЦитироватьЧем 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.

[user]Steel RAT[/user], сборки как правило хорошо сделаны. И при правильном подключении хорошо работают (часто в с даташите есть пример). Недостаток только один - они дороже.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

jeka

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.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

acyd

что скажете про такие издевательства ?
Контроллер вроде простой китаец.

Цитата: alayf78 от 15 Дек. 2016 в 22:32
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.

jeka

Цитата: acyd от 11 Фев. 2017 в 20:07
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.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

acyd

Суть в том дают ли преимущество быстрые 4030 феты с логическим управлением над "неповоротливыми" 4110, 4468?

jeka

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.
https://youtu.be/YKxzZ0YF9NM
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

on4ip

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.
В жизни все не так, как на самом деле.

Frolikum

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...

on4ip

[user]Frolikum[/user], Ну индуктивности как правило в сервах маломощных, а в контроллере с током в 350 А+) индуктивность не хилая такая.
В жизни все не так, как на самом деле.

Frolikum

Так я ж писал про габарит ))). Это очевидно.

on4ip

В жизни все не так, как на самом деле.

ingener

Цитата: Frolikum от 11 Фев. 2017 в 22:14
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.
Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

jeka

Оборвите мне провод мотора за 10 наносекунд :)))
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

on4ip

[user]ingener[/user], индуктивность после ключей будет шунтирована на, так что она выброса не будет.
В жизни все не так, как на самом деле.

ingener

Цитата: jeka от 12 Фев. 2017 в 01:22
Оборвите мне провод мотора за 10 наносекунд :)))
Если за 10 нС, то это будут киловольты. Если типичное время закрытия ключа, то сотни вольт.  А ключики обычно не более 100В используют.  Конечно, поможет погасить выброс собственная емкость ключа, но хватит ли ее?
Цитата: on4ip от 12 Фев. 2017 в 07:13
[user]ingener[/user], индуктивность после ключей будет шунтирована на, так что она выброса не будет.
Чем шунтирована? Оппозитным ключом фазы? Это конечно,  но существует deadtime,  которого может вполне хватить для появления ОЭДС достаточной величины.
В принципе, в силовой электронике промышленных инверторов (в т.ч.  сварочных)  используют дроссели  в качестве токоограничивающих элементов, но обычно их габариты и нагрев сопоставимы с силовым трансформатором, + необходимы все же снабберы, т.е.  в итоге стараются уходить в сторону быстродействующей  обратной связи.
Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

on4ip

[user]ingener[/user], шунтировать их будет боди диод, не наводите вы суету.
В жизни все не так, как на самом деле.

av404

#21
 Только что возился с отказавшим контроллером Shuangye 36в/350вт/15а, работавшим при 48в на движок 24в/250вт. Долго ехал в снежной мяше и контроллер ёк сделал.
Прозвонил - один фет кз, ещё один подозрительный. Вскрыл. Высыпались шарики припоя. Силовые дорожки к фетам голые, без припоя и ажно посиневшие. На подозрительном фете припой с пятака расплавился и замкнул сток-исток, что, видимо, послужило причиной пробоя соседнего фета. После этого от тряски жидкий припой захлестнуло на вторую силовую дорожку и тут уж сработала ВМС в аккуме и всё затихло. Предохранитель в аккуме 30а остался цел.

Напаял на силовые дорожки посеребрённый провод 0.8мм из старых запасов. Подводил петли прямо к выводам фетов. Фет с кз заменил, второй оказался целым после устранения замыканий на плате.

Ещё не пробовал ставить, хочу ещё разъём холлов поменять. Так что пока не знаю, починил ли. Но суть уже понятна - фольги силовых дорожек недостаточно даже в маломощных контроллерах. Жирный припой на них не спасает положение. Надо обязательно усиливать эти дорожки проводом потолще. Удобнее гибким многожильным.

п.с. Я предлагаю скорректировать название <Исследование и доработка силовых цепей разных контроллеров>
Green City Jet New 16''. Мотор - 24в/250вт. АКБ - литиево-ионный 48в/16ач 13s5p 18650

jeka

Цитата: av404 от 12 Фев. 2017 в 13:52
Ещё не пробовал ставить, хочу ещё разъём холлов поменять. Так что пока не знаю, починил ли. Но суть уже понятна - фольги силовых дорожек недостаточно даже в маломощных контроллерах.
А еще фольга еще могла погореть вследствие пробоя.

[user]on4ip[/user], ну зачем про диод :)))) Весь холливар одним постом зарубили. Я думал в ионизированную плазму и свойства дуги при обрыве здесь перейдет...
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

av404

Цитата: jeka от 12 Фев. 2017 в 15:04
А еще фольга еще могла погореть вследствие пробоя.
Ну да, если бы БМС не отключила аккум, то погорела бы, но цвета побежалости на фольге уже появились
Green City Jet New 16''. Мотор - 24в/250вт. АКБ - литиево-ионный 48в/16ач 13s5p 18650

on4ip

[user]jeka[/user], я против пустых холиваров.)) ролик я посмотрел тот где двигатель с 2 обмотками и коротили его, действительно к кз мало общего имеет.
В жизни все не так, как на самом деле.

ingener

Цитата: jeka от 12 Фев. 2017 в 15:04
Весь холливар одним постом зарубили. Я думал в ионизированную плазму и свойства дуги при обрыве здесь перейдет...
Ага, зарубили всю тему по исследованию топологии силовой части контроллеров. Длина дорожек,  площадь силового контура, близость конденсатоов к ключам...все пустое, у нас есть  волшебный обратный диод в ключах
Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

on4ip

[user]ingener[/user], Индуктивный выброс на ключе при коммутации тока конечно обусловлен паразитными индуктивностями, но в случае индуктивностей в фазах, при закрытии ключей, никаких выбросов не будет. Соберите модель в Orcad проверьте.
В жизни все не так, как на самом деле.

VVK

Цитата: jeka от 11 Фев. 2017 в 22:03
Кстати, залил из раскопок старенький видосик, где эксперементируем с защитой от кз на уровне драйверов.

[user]jeka[/user], как-то сильно искрит. Если не секрет, какое время срабатывания защиты? И с каким двигателем, нагрузкой и питанием это видео снимали?

Цитата: acyd от 11 Фев. 2017 в 20:07
что скажете про такие издевательства ?
В этом контроллере, похоже, кратковременной защиты по току вообще нет, только средний ограничен. Думаю, что контроллер не сгорает, т.к. силовая часть мощная и (возможно) батарея слабая. Поэтому дым из проводов идет и искр много.


Ниже видео моих контроллеров с КЗ фаз.

Контроллер сигвея:
https://youtu.be/K7D0GiyG4Wk

Для этого контроллера важно, чтобы при ложном срабатывании колесо как можно быстрее начало опять работать. Иначе с сигвея упасть можно.


И контроллер на 1МК:

https://youtu.be/NPNTGZGDfik




jeka

#28
[user]VVK[/user], искрит от ЭДС крутящегося мотора, который на маховике сидит. Крошка 3х витковая, на токарнике зажатая. Питание что-то около 75в, батарея мощная плюс кондеров батарея.
Время срабатывания не измерял, по ощущениям наверное порядка 200-250 нс.

LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

on4ip

В жизни все не так, как на самом деле.

av404

Цитата: av404 от 12 Фев. 2017 в 13:52
Ещё не пробовал ставить, хочу ещё разъём холлов поменять. Так что пока не знаю, починил ли. Но суть уже понятна - фольги силовых дорожек недостаточно даже в маломощных контроллерах.
Разъём поменял - всё закрутилось. Вывод прежний - надо усиливать силовые дорожки
Green City Jet New 16''. Мотор - 24в/250вт. АКБ - литиево-ионный 48в/16ач 13s5p 18650

on4ip

В жизни все не так, как на самом деле.

ingener

Цитата: strannik от 13 Фев. 2017 в 18:47
Если между шинами питания контроллера напихать смд 1 мкф 250 В во всю длину,
Толк будет в бОльшей безопасности  ключей, так как будут гаситься выбросы паразитной индуктивности (т.е. можно использовать ключики с чуть меньшим напряжением), и для электролитов,  которые, не будучи блокированы малыми емкостями, могут нешуточно греться.
По ощущениям от езды вряд ли что-то изменится.
Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

on4ip

[user]ingener[/user], ну и важно не забыть что ток предзаряда будет дольше и выше, а также есть шанс получить встроенное радио)
В жизни все не так, как на самом деле.

ingener

[user]on4ip[/user], насчет радио не понятно, о чем речь  O_O
а насчет заряда - на фоне штатных сотен мкФ   лишние 20 вряд ли как-то повлияют.
хотя, эта проблема для тех, кто часто отсоединяет батарею, действительно есть.
один из вариантов решения -
https://electrotransport.ru/index.php?msg=998343

Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

on4ip

[user]ingener[/user], ёмкость с разным еср и индуктивность между ними, можно много интересного узнать про колебательные контуры.

Добавлено 13 Фев. 2017 в 21:31

[user]strannik[/user], на нагрев ключа влияет режим работы в плане нагрузки по току и качество переходных процессов при переключении. Конденсатор сам по себе ничем не поможет.
В жизни все не так, как на самом деле.

ingener

Цитата: strannik от 13 Фев. 2017 в 21:28
Чтоб ключи меньше грелись, так сказать облегчить им жизнь.
если в этом смысле,  то поставьте их на изолирующие прокладки из нитрида алюминия. Это реально порадует ключи. Но хозяина ключей не очень - каждая прокладочка стоит больше, чем очень хороший ключик.
Explore Brabus HD 8"
Full custom offroad 14,5"

jeka

Цитата: on4ip от 13 Фев. 2017 в 21:28
ёмкость с разным еср и индуктивность между ними, можно много интересного узнать про колебательные контуры.
Интересно, на практике такого не встречал. Может везло или просмотрел... Если керамика шунтирует по минимальному контуру, а где-то за ней дальше стоят электролиты, то никогда не наблюдал резонансов. (хотя смотрел на бутербродной топологии, может из-за этого) Наоборот, если всю керамику выкинуть - тогда да, адские колебания начинаются.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

jeka

А вообще да, если начнешь улучшать кривую топологию, то в одном месте улучшишь, а какой-то другой косяк усилится, и в итоге может получиться еще хуже.
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.

on4ip

[user]jeka[/user], точно, не зря есть поговорка про конфетку из .....
В жизни все не так, как на самом деле.

Gostya

Цитата: jeka от 11 Фев. 2017 в 00:26

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.
День добрый! Если не сложно, покажите фотки этого контроллера...

jeka

Фотки ищутся в гугле, по запросу "<имя контроллера> teardown" или "<имя контроллера> inside".
LiFe A123 40AH/78v, max-e, крошка 3 витка.
На форуме бываю нерегулярно, поэтому лучше звонить чем писать в личку. Телефон adaptto: +7 495 215 2878.