Perché i controller del motore BLDC (1 kW) hanno così tanti MOSFET?

Ho un motore BLDC trifase da 1 kW proveniente dalla Cina e stavo sviluppando il controller da solo. A 48 Vcc, la corrente massima dovrebbe essere di circa 25 Amp e una corrente di picco di 50 Amp per brevi periodi.

Tuttavia, quando ho cercato i controllori motore BLDC, mi sono imbattuto in controller MOSFET a 24 dispositivi che hanno quattro MOSFET IRFB3607 per fase (4 x 6 = 24).

L'IRFB3607 ha un ID di 82 A a 25 ° C e 56 A a 100 C. Non riesco a capire perché i controller saranno progettati con una corrente quadrupla. Tieni presente che si tratta di controller cinesi economici.

Qualche idea?

Puoi vedere i controller qui, se hai bisogno di una parte del video tradotta, per favore fatemelo sapere.

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

Considerando la dissipazione del calore, questi dispositivi funzionerebbero a 15 kHz, quindi circa la metà della perdita sarebbe una perdita di commutazione.

Tieni presente che si tratta di controller cinesi da $ 25 e ogni mosfet costerebbe quindi circa $ 0,25. Non penso che queste persone si preoccupino molto dell'efficienza o della qualità. Questi controller sono garantiti per 6 mesi a 1 anno max.

A proposito nel linguaggio laico degli utenti, i Mosfet sono chiamati MOS-Tubes. Quindi tubi.

Il motivo per utilizzare più MOSFET è quello di ridurre la dissipazione di potenza con un design più economico .

Sì, un MOSFET può gestire la corrente ma dissiperà un po 'di potenza in quanto ha una certa resistenza, in genere 9 mohm per l' IRFB3607 .

A 25 A significa 25 A * 9 m ohm = caduta 225 mV

A 25 A significa 25 A * 225 mV = 5,625 W di dissipazione di potenza

Un dissipatore di calore dovrebbe essere sostanziale.

Ora facciamo lo stesso calcolo per 4 IRFB3607 in parallelo:

Ora 9 mohm è diviso per 4 a causa di 4 dispositivi paralleli:

9 m ohm / 4 = 2,25 mohm

A 25 A significa 25 A * 2,25 m ohm = caduta di 56,25 mV

A 25 A significa 25 A * 56,25 mV = 1,41 W di dissipazione di potenza

Quel 1,41 W è per tutti i MOSFET insieme, quindi meno di 0,4 W per MOSFET che possono gestire facilmente senza ulteriore raffreddamento.

Il calcolo sopra riportato non tiene conto del fatto che la Rdson da 9 mohm lo farà aumenterà quando i MOSFET si surriscaldano. Ciò rende la singola soluzione MOSFET ancora più problematica in quanto è necessario un dissipatore di calore ancora più grande. La soluzione a 4 MOSFET potrebbe "solo gestire" in quanto ha ancora un certo margine (lo 0,4 W potrebbe aumentare a 1 W e sarebbe comunque OK).

Se 3 MOSFET sono più economici di un dissipatore (per dissipare 6 Watt), la soluzione 4 MOSFET è più economica .

Inoltre, i costi di produzione potrebbero essere leggermente inferiori per il posizionamento di 4 MOSFET rispetto a 1 MOSFET + Dissipatore di calore poiché il MOSFET deve essere avvitato o fissato al dissipatore di calore, questo è un lavoro manuale che aumenta i costi.

Un ulteriore vantaggio è che l'affidabilità migliora poiché quei 4 MOSFET non sono di gran lunga "lavorati" tanto quanto un singolo MOSFET.

Potremmo usare un MOSFET "4x" più grande, 2,25 mohm?

Certo, se riesci a trovarlo! 9 mohm è già abbastanza basso. Diventa sempre più difficile (e più costoso) abbassarsi quando entra in gioco l'influenza dei fili di collegamento. Inoltre, sicuramente quattro MOSFET "a metà strada" sono più economici di un MOSFET ad alto contenuto di grassi.

Per quasi tutti i componenti elettrici, la durata diminuisce in modo esponenziale all'aumentare della temperatura. Ciò è particolarmente vero con i condensatori, che si trovano nei driver dei motori BLDC per ridurre il rumore elettrico e i picchi di corrente elevata.

Diciamo che il controller con 4 FET per fase è aumentato di temperatura di 10 ° C al carico nominale. Supponendo una temperatura ambiente di 30 ° C, il controller funzionerebbe a 40 ° C. A questa temperatura, anche i condensatori elettrolitici in alluminio con intervallo di temperatura standard potrebbero durare oltre 120.000 ore.

Se lo stesso controller dovesse essere costruito con 1 FET per fase anziché 4, la resistenza aumenterebbe di un fattore 4 e anche le perdite I ^ 2R aumenterebbero dello stesso importo. Con lo stesso dissipatore di calore, il controller subirebbe un riscaldamento 4 volte superiore a quello ambientale. Ora funzionerebbe a 70 ° C. Ciò ridurrebbe la durata dei condensatori di circa un fattore 10 e ridurrebbe allo stesso modo la durata di altri componenti. Per contrastare ciò, sarebbe necessario un dissipatore di calore più grande e sarebbe più economico (e più piccolo) utilizzare solo più FET.