¿Por qué los controladores de motores BLDC (1 kW) tienen tantos MOSFET?

Question

Tengo una instalación trifásica de 1 kW BLDC motor de China, y yo mismo desarrollaba el controlador. A 48 Vcc, la corriente máxima debería ser de unos 25 amperios y una corriente de pico de 50 amperios para duraciones cortas.

Sin embargo, cuando busqué controladores de motores BLDC, encontré controladores MOSFET de 24 dispositivos que tienen cuatro MOSFET IRFB3607 por fase (4 x 6 = 24).

El IRFB3607 tiene una Id de 82 Amperios a 25 °C y 56 Amperios a 100 C. No puedo entender por qué los controladores se diseñarán con cuatro veces la corriente nominal. Tenga en cuenta que estos son controladores chinos baratos.

¿Alguna idea?

Puedes ver los mandos aquí, si necesitas que te traduzca alguna parte del vídeo, házmelo saber.

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

Teniendo en cuenta la disipación de calor, estos dispositivos funcionarían a 15 kHz, por lo que aproximadamente la mitad de las pérdidas serían de conmutación.

Tenga en cuenta que se trata de $25 chinese controllers and each mosfet would cost then about $ 0.25. No creo que a esta gente le importe mucho la eficacia o la calidad. Estos controladores tienen una garantía de 6 meses a 1 año como máximo.

BTW en el lenguaje lego de los usuarios, los Mosfets se llaman MOS-Tubos. De ahí tubos.

Answer 1

La razón para utilizar varios MOSFET es reducir la disipación de potencia, lo que da como resultado un más barato diseño.

Sí, un MOSFET puede manejar la corriente, pero se disipa algo de energía, ya que tiene cierta resistencia, por lo general 9 mohm para el IRFB3607 .

A 25 A eso significa 25 A * 9 m ohm = 225 mV de caída

A 25 A, esto significa 25 A * 225 mV = 5,625 W de potencia disipada.

Un disipador térmico para eso tendría que ser considerable.

Ahora hagamos el mismo cálculo para 4 IRFB3607 en paralelo:

Ahora 9 mohm se divide por 4 debido a 4 dispositivos paralelos:

9 m ohm / 4 = 2,25 mohm

A 25 A significa 25 A * 2,25 m ohm = 56,25 mV de caída.

A 25 A, esto significa 25 A * 56,25 mV = 1,41 W de potencia disipada.

Esos 1,41 W son para todos MOSFET juntos, por lo que menos de 0,4 W por MOSFET que pueden manejar fácilmente sin ningún tipo de refrigeración adicional.

El cálculo anterior no tiene en cuenta que los 9 mohm Rdson se aumentar cuando se calientan los MOSFET. Esto hace que la solución de un solo MOSFET sea aún más problemática, ya que se necesita un disipador de calor aún mayor. La solución de 4 MOSFET podría "arreglárselas", ya que aún tiene cierto margen (los 0,4 W podrían aumentar a 1 W y seguiría estando bien).

Si 3 MOSFETs son más baratos que un disipador (para disipar 6 vatios) entonces la solución de 4 MOSFETs es más barato .

También los costes de producción pueden ser ligeramente inferiores para la colocación de 4 MOSFETS en comparación con 1 MOSFET + disipador de calor como el MOSFET tiene que ser atornillada o sujeta al disipador de calor, que es el trabajo manual por lo que añade coste.

Una ventaja añadida es que mejora la fiabilidad, ya que esos 4 MOSFET no "trabajan" tanto como un único MOSFET.

¿Podríamos utilizar un MOSFET "4x" más grande, de 2,25 mohmios?

Claro, si puedes encontrarlo. 9 mohm ya es bastante bajo. Cada vez es más difícil (y más caro) bajar a medida que entra en juego la influencia de los cables de enlace. Además, seguro que cuatro MOSFET "de gama media" son más baratos que un MOSFET grande y gordo.

Answer 2

Para casi todos los componentes eléctricos, la vida útil disminuye exponencialmente con el aumento de la temperatura. Esto es especialmente cierto con los condensadores, que se encuentran en los controladores de motores BLDC para disminuir el ruido eléctrico y los picos de alta corriente.

Supongamos que el regulador con 4 FET por fase aumenta su temperatura en 10 °C con la carga nominal. Suponiendo una temperatura ambiente de 30°C, el regulador estaría funcionando a 40°C. A esta temperatura, incluso los condensadores electrolíticos de aluminio de rango de temperatura estándar podrían durar más de 120.000 horas.

Si el mismo regulador se construyera con 1 FET por fase en lugar de 4, la resistencia se multiplicaría por 4 y las pérdidas I^2R también aumentarían en la misma proporción. Con el mismo disipador de calor, el regulador experimentaría un calentamiento 4 veces superior al ambiente. Ahora estaría funcionando a 70°C. Esto reduciría la vida útil de los condensadores en alrededor de un factor de 10, y también disminuiría la vida útil de otros componentes de manera similar. Para contrarrestarlo, se necesitaría un disipador más grande, y sería más barato (y más pequeño) utilizar más FET.