Warum haben BLDC-Motorregler (1 kW) so viele MOSFETs?

Ich habe einen 1-kW-Drehstrom- BLDC- Motor aus China und habe den Regler selbst entwickelt. Bei 48 VDC sollte der maximale Strom für kurze Zeit etwa 25 A und ein Spitzenstrom von 50 A betragen.

Als ich mich jedoch mit BLDC-Motorsteuerungen befasste, stieß ich auf 24-Geräte-MOSFET-Steuerungen mit vier IRFB3607-MOSFETs pro Phase (4 x 6 = 24).

Der IRFB3607 hat eine Id von 82 Ampere bei 25 ° C und 56 Ampere bei 100 ° C. Ich kann nicht herausfinden, warum Steuerungen mit dem vierfachen Nennstrom ausgelegt werden. Denken Sie daran, dass dies billige chinesische Controller sind.

Irgendwelche Ideen?

Sie können die Controller hier sehen. Wenn Sie einen Teil des Videos übersetzt haben möchten, lassen Sie es mich bitte wissen.

https://www.youtube.com/watch?v=UDOFXAwm8_w https://www.youtube.com/watch?v=FuLFIM2Os0o https://www.youtube.com/watch?v=ZeDIAwbQwoQ

In Anbetracht der Wärmeabgabe würden diese Geräte mit 15 kHz betrieben, so dass etwa die Hälfte des Verlusts Schaltverluste wären.

Denken Sie daran, dass dies 25 US-Dollar chinesische Controller sind und jeder Mosfet dann etwa 0,25 US-Dollar kosten würde. Ich glaube nicht, dass diese Leute viel Wert auf Effizienz oder Qualität legen. Diese Regler haben eine Garantie von 6 Monaten bis maximal 1 Jahr.

Übrigens werden Mosfets in der Laiensprache der Benutzer MOS-Tubes genannt. Daher Röhren.

Der Grund für die Verwendung mehrerer MOSFETs besteht darin, die Verlustleistung zu senken, was zu einem billigeren Design führt.

Ja, ein MOSFET kann den Strom verarbeiten, verbraucht jedoch etwas Strom, da er einen Widerstand aufweist, normalerweise 9 MOhm für den IRFB3607 .

Bei 25 A bedeutet dies 25 A * 9 m Ohm = 225 mV Abfall

Bei 25 A bedeutet dies 25 A * 225 mV = 5,625 W Verlustleistung

Ein Kühlkörper dafür müsste erheblich sein.

Führen Sie nun die gleiche Berechnung für 4 IRFB3607 parallel durch:

Jetzt werden 9 Mohm durch 4 geteilt, da 4 Geräte parallel geschaltet sind:

9 mOhm / 4 = 2,25 mOhm

Bei 25 A bedeutet dies 25 A * 2,25 m Ohm = 56,25 mV Abfall

Bei 25 A bedeutet dies 25 A * 56,25 mV = 1,41 W Verlustleistung

Diese 1,41 W sind für alle MOSFETs zusammen weniger als 0,4 W pro MOSFET, die sie ohne zusätzliche Kühlung problemlos handhaben können.

Die obige Berechnung berücksichtigt nicht, dass der 9-Mhm-Rdson ansteigt, wenn sich die MOSFETs erwärmen. Dies macht die Einzel-MOSFET-Lösung noch problematischer, da ein noch größerer Kühlkörper erforderlich ist. Die 4-MOSFET-Lösung könnte "gerade noch" auskommen, da sie noch einen gewissen Spielraum aufweist (die 0,4 W könnten auf 1 W ansteigen, und das wäre noch in Ordnung).

Wenn 3 MOSFETs billiger als ein Kühlkörper sind (um 6 Watt zu verbrauchen), ist die 4 MOSFET-Lösung billiger .

Die Produktionskosten für die Platzierung von 4 MOSFETs können im Vergleich zu 1 MOSFET + Kühlkörper geringfügig niedriger sein, da der MOSFET an den Kühlkörper geschraubt oder geklemmt werden muss.

Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Zuverlässigkeit verbessert wird, da diese 4 MOSFETs bei weitem nicht so hart wie der einzelne MOSFET "arbeiten".

Könnten wir einen "4x" größeren MOSFET mit 2,25 Mohm verwenden?

Klar, wenn du es finden kannst! 9 mohm ist schon ziemlich niedrig. Es wird immer schwieriger (und teurer), niedriger zu werden, wenn der Einfluss von Bonddrähten ins Spiel kommt. Auch vier "Middle-of-the-Road" -MOSFETs sind mit Sicherheit billiger als ein großer fetter MOSFET.

Bei fast allen elektrischen Bauteilen nimmt die Lebensdauer mit steigender Temperatur exponentiell ab. Dies gilt insbesondere für Kondensatoren, die in BLDC-Motortreibern zum Verringern von elektrischem Rauschen und Hochstromspitzen verwendet werden.

Angenommen, die Temperatur des Controllers mit 4 FETs pro Phase steigt bei Nennlast um 10 ° C. Bei einer Umgebungstemperatur von 30 ° C würde die Steuerung bei 40 ° C laufen. Bei dieser Temperatur können selbst Aluminium-Elektrolytkondensatoren im Standardtemperaturbereich eine Lebensdauer von über 120.000 Stunden haben.

Wenn derselbe Controller mit 1 FET pro Phase anstelle von 4 gebaut würde, würde sich der Widerstand um den Faktor 4 erhöhen und die I ^ 2R-Verluste würden sich ebenfalls um den gleichen Betrag erhöhen. Mit dem gleichen Kühlkörper würde der Regler die vierfache Erwärmung über der Umgebung erfahren. Es würde jetzt bei 70 ° C laufen. Dies würde die Lebensdauer der Kondensatoren um den Faktor 10 verkürzen und in ähnlicher Weise auch die Lebensdauer anderer Komponenten verringern. Um dem entgegenzuwirken, wäre ein größerer Kühlkörper erforderlich, und es wäre billiger (und kleiner), nur mehr FETs zu verwenden.