非常に高い電流の状態で、いくつのMOSFETを安全に並列接続できますか？48V 1600Aのモーターアプリケーションで問題が発生しました

それぞれ240Aの16 + 16 MOSfet（実際にはソース端子のために80-90Aに制限されているケースですが、それぞれに非常に太い銅線でこの端子を2倍にした）でいくつかの構成を試しました。非常に対称的な配置、トランジスタ位置に16個のMOSFET、同期整流器構成に16個のMOSFETがありますが、それらはまだいくつかの点で故障しているようで、故障を回避する方法がわかりません。

これらはすべてドライバーとしてIR21094Sで攻撃され、各2つのトランジスターはMOSFETトーテムポールTC4422ドライバーによって駆動されました。モーターは10kW DC複合モーターで、公称200Aで、おそらく起動時に1600Aを消費します。インダクタンスは50uHで、パルスでの上昇電流速度は50Vで= 1 A / µsです。選択した周波数は1kHz、同期整流構成のPWM降圧

回路が慎重に作られ、4つのモジュールが対称的に供給され、モーターまで独立した出力導体があり、独立したスナバーがあり、モータースナバーがあり、トランジスタがまだ故障している理由がわかりません。回路は正常に動作しているように見えますが、しばらくすると、通常は加速時に数十分（温度は通常、約45 C）になり、通常は同期ダイオードが故障し、その後にすべてのトランジスタが続きます

私は最初に小さなMOSFETを並列に使用してMOSfetの電流を検出しようとしました（ドレイン-ドレイン、ゲート/ゲートからツェナー、小さなmosのソースを22オームの抵抗器に、その後電圧増幅器に接続して高速シャットダウン保護回路をアクティブにします） 、しかし、より速い転流時間のために、小さなMOSFETは常にメイントランジスタの前に入り、保護回路を乱し、それを使用できなくしました...

ショットスルーはありません。ドライバーを介して2usのギャップを使用しましたが、寄生インダクタンスの不均衡のみが疑われます。どのくらいのMOSFETを正常に並列接続し、どのような条件で使用しましたか？

8つの電源モジュールの1つ

すべての電源モジュール

ドライバーの一部

アセンブリの半分

すべてのスタック、コンデンサなし

出力信号

立ち下がりエッジ、出力イエロー、48V電源ブルー電源は、散発的に分布した100uFおよび100nFセラミックコンデンサによってのみ維持され、初期テストの誤操作によるMOSFETの焼損を防止します。

立ち上がりエッジ; オーバーシュートが非常に小さく、わずか5ボルトであることがわかります。トランジスタは75V定格です

1600Aでは、スイッチングコンポーネントの誤った選択からこの問題に近づいていると思われます。銅基板にはんだ付けされたTO-220 N-FETは、このアプリケーションには不十分であるように思われ、デバイスの数が多いことは、コンポーネントの故障の可能性が高く、カスケードする可能性があることを意味します。

モーター駆動アプリケーションでは、ユニットあたりのコストが大幅に高くても、モジュールパッケージFETの方が適切な場合があります。

• Microsemi APTM20AM04FG
• Digikeyの大電流対応のシングルN-FETを在庫

これらのモジュールを使用すると、設計内のスイッチングデバイスの総数を減らすことができ、むき出しの銅張りFR4の品揃えではなく、バスバーと結合できます。

別のリード/ SMD FETパッケージへの切り替えでさえ、より適切であり、より少ないコンポーネントを有効にする可能性があります。

• H2PAK-2 180A STH310N10F7-6
• D2PAK7 240A IRFS3107TRL7PP
• TO-247-3 209A IRFP2907PBF
• TO-247-3 400A IXFH400N075T2
• 24-BESOP 500A MMIX1F520N075T2（特別なヒートシンクが必要）

覚えておいてください：あなたの時間は何か価値があります。致命的な障害が発生するたびにシステムを再構築すると、コストがかかり、システムの完了と検証を行う必要がなくなります。より良いFETは高価かもしれませんが、N番目にそれらの数十を爆破しなければ、部品と時間を節約できます。

提示された設計の診断：

ドライバーボードでは、ブートストラップのホールドアップ容量が少なすぎるようです。ゲートドライバの電源が安定した状態を維持するには、3x100nFに1〜10s uFを追加する必要がほぼ確実にあります。

テストでは、余裕のある2usのデッドタイム内であっても、チャネル間のゲート駆動遅延/タイミングの変動が許容できることを確認しましたか？また、特にゲートドライバに障害が発生し、FETがオンのままになっている場合は、モジュール間のシュートスルーも可能です。さらに、動作中にケースの温度を熱電対またはIRカメラで確認すると、部品が過熱しているかどうかを確認できます。

IRFS7730の246Aシリコン/ 196A パッケージ定格制限を考慮すると、トランジスタのリードを「強化」するという言及はあまり役に立たないようです。これは、システムを組み立てるのに必要な追加作業でもあり、人件費と潜在的な信頼性を高めます。

さらに、画像の立ち上がりと立ち下がりは、バイパスキャパシタンスに重大な問題があることを示しています。バス電圧を最大50％下げています！あなたはしなければならない（おそらく100 + UF、）両方の合計値で十分なバイパス容量を持っていると、リップル電流定格に（> 100Arms定常状態では、より多くの起動時に）成功してシステムを実装します。供給が非常に激しく「燃え尽きる」ことが、完全なシステム障害の原因の一部である可能性があります。これらのコンデンサは高価になります。これらのフィルムコンデンサのラインに沿った部品は、構築方法と要件に応じて適切な場合があります。

追加リンク：パワー半導体の電流定格と熱設計に関するインフィニオンのアプリノート

回路図を投稿して詳細を確認することができます。ゲート抵抗は、トーテムポールから供給される電流だけでなく、オン/オフの速度に影響します。

1.電圧

私はハーフブリッジとフルブリッジのトポロジでパワーMOSFETを使用してきましたが、故障の原因のほとんどは電圧スパイクのようです。下側スイッチのTVSダイオードが役立ちますが、本当の解決策はMOSFETのアバランシェ定格に依存することです過電圧MOSFET電圧（VDS）したがって、24Vシステムでは75V MOSFET、36Vシステムでは100V MOSFET、48Vシステムでは150V MOSFETを使用します。

2.現在

定常状態と過電流状態に対してMOSFETを適切にレートし、安全に処理できるMOSFETの数を使用して（熱制限）モーターの連続定格を処理し、過電流を簡単に処理できるため、スパイクはMOSFET自体によって管理されます、あなたは必要ありません16 mosfet、たとえば、 このインフィニオンmosfetインフィニオンのは、to220パッケージで150Vで定格7.5mohmです。したがって、200aの場合、ヒートシンクが適切に機能していれば、これらのうち8つが並行して動作するはずです。各トランジスタの電力損失は（200/8）x（200/8）x7.5 = 4.6wであり、現実的です。また、トランジスタごとに25aを押すと、最大ワイヤボンド制限を大幅に下回り、電流スパイク用のスペースが残ります。

3.電流制限

電流センサー、ホール効果、または電流センスアンプを備えた1ミリオームシャントを追加すると、加速減速度を制限し、電流をサンプリングしてPWMを十分に高速に制御する場合に過電流状態を防ぐことができます（サイクルごとの電流制限）

4.ゲート駆動とレイアウト

最も重要な要因の1つは、数キロヘルツで高電流をスイッチングしているため、電源とゲート駆動回路のレイアウトです。回路内の浮遊インダクタンスは、特にMOSFETのゲートとソースで大きな電圧スパイクを作成します。16 mosfetの場合、ゲートドライバトレースまたはワイヤの長さを想像できます。AN -937とAPT0402のリンギングを最小化することに関するいくつかのアプリノートを探してください。

編集：

あなたの回路図を見た後：私はお勧めします：

1-私はMOSFET定格電圧の過大評価についてさらに詳しく説明します。12v車システムでは40vトランジスタ、24vトラック電気システムでは75vを使用する自動車規格で回答をバックアップします。理由はロードダンプとそのようなスパイクだと思います。これは、テストベンチではなく、厳しい環境でのフィールドテストで重要になります。したがって、できることは少なくとも、IRFP4468PBF mosfet（定格が75vまたは60vではない100v）を使用することです。48vシステムは実際には48vではありません。

2-各トランジスタに約3〜5Ωのゲート抵抗を追加します（ターンオンが遅くなることはありません）。トランジスタあたり15/3 = 5Aで、Qg = 500nCのゲートを充電できます。dt= q / I = 100ns 20kHzのスイッチング周波数には十分です。

TC4422はMOSFETを素早くオフにするので、3ターンオフ回路は不要で、ゲート抵抗と逆並列のショットキーダイオードを使用するだけです。

4-USE BETTER HEATINK、私はあなたがMOSFETからその電流量を押し出し、熱を除去するためにその小さな金属片を使用していること、特にボードが故障している間、特に故障が過熱によるものである場合。このような熱ストレスの集中を検出するのに最適なサーマルイメージャがある場合。MOSFETを銅の厚い棒のアルミニウムに取り付け、必要に応じて溶接機で使用されるファンを使用する

ちなみに、このWebサイトには、熱抵抗の計算方法と、指定された電力損失でトランジスタから発生する熱の量が表示されます。

5-電流センサーのミスで申し訳ありませんが、シャントは100マイクロオーム（1ミリではありません）でなければなりません。これらのようなワイヤの周りの接触の少ない孤立したホールセンサーを使用するほうが良いです。双方向電流センサーは、モーター駆動では非常に重要です。モーターワイヤに接続して（接地前ではなく）、ブレーキ中の電流供給と回生電流を検出し、両方の電流を制限できるためです。

4 x 100A（逆阻止FETを含む8）を使用し、400Ampで正常にテストしました。

MOSFETのブレークダウン電力の定格が定められているにもかかわらず、誘導性スパイクで問題が発生しました（すべてのMOSFETが電圧破壊を維持できるとは限りません）。ブレークダウン電圧はバランスが取れておらず、1つのMOSFETがターンオフ時に誘導電力の大部分を占めました。そして、ブレークダウン電圧は温度とともに増加しませんでした。

私たちの場合、より大きなインダクタを使用するだけで電圧破壊故障が発生する可能性があるため、電圧破壊テストで定格電流を超えませんでした。しかし、あなたの場合、熱障害がなくても、電圧ブレークダウン中にピーク電流障害が発生する可能性があります。

また、「ソース端末のために大文字と小文字が制限される」とはどういう意味かは明確ではありません。より大きな導体を使用して電流定格を上げることができるMOSFETを個人的に使用したことはありません。

注：MOSFETの電流は自然に共有され、Rdsは電流とともに増加します。

その他の注意：FETを完全にオンにする必要があります。それぞれに異なるしきい値電圧があります。ターンオンが誘導ランプアップよりも速い場合、これは問題ではありません。