Dimensionering av mosfet för motordrivning.

[orvar-e]

Jag har suttit några dagar och läst på om mosfet transistorer hur man tillämpar dem, men jag skulle ändå vilja ha några tips och råd inför stundande projekt.

Jag hoppas kunna köpa samma transistor typ till tre olika motordrivers. En motor är på 200 W nästa 500 W och den sista lämnar 2.4kw vid full effekt. Alla motorer vill ha 12 volt.

200w motor är till pelletsroboten jag hoppas kunna ersätta den motor med en 500 w motor istället då roboten är lite slö.
2.4kw motor skall jag ha till en 12volt motorsåg till ett stegmatar projekt.

Jag har läst $tiff:s tråd om H-brygga den var mycket lärrorik.
Lika ollebolle:s tråd Välja mosfet för minst 50A och kylning i chassie var bra.

Till pelletsroboten behöver jag back, men det går att fixa med hjälp av reläer, det verkar enklast.

Om matningspänningen som högst är 24 volt skall jag då gå på mosfet transistorer som klarar 55 volt eller skall jag gå högre? Tex den här ...... från , farnell fördelen är att den inte är så dyr. Så det gör inte så ont i plånboken ifall röken skulle slippa ur den.

Det står "Rds(on) Test Voltage Vgs:10V" .... betyder det att spänningen för att få transistorn att öppna sig fullt bör vara min 10volt och får max vara "Voltage Vgs Max:20V
" och max 20 volt. Kanske ganska självklart för endel men jag vill bara kolla att jag fattat det rätt.

Enligt datablad:
Max ca 8 A vid 12 volt och 1mS enligt "maximum safe operating area" diagram. Vart i helsike tog de där 94 eller 74 amperna som utlovades vägen. ...... som en Mc burgare ser fin ut som fan på reklamen men smakar och ser rätt sunkit i verkligheten.
Är det realistiska siffror att räkna på just på den här mosfet trissan?
I=P/U = 200w/12volt= ca 25 A ..... det betyder att jag behöver ca 3 st trissor för 200w motorn.
Och en jäkla massa fler för 2.4 kw motorn.

[Norpan]

Soa är ju spänning och ström över transistorn samtidigt, alltså du har 12V över transistorn samtidigt som det går 8A i den.
Där är det effektförlusten som begränsar, det går inte att få ut värmen från chipet fortare.
Men så ska du ju inte köra tramsistorn hoppas jag, du ska väl switcha?
Isåfall har du ju antingen 12V eller 25A över eller igenom transistorn, du har inte båda samtidigt förutom ett väldigt kort ögonblick precis vid själva switchningen.

Gatespänningen behöver precis som du tror över 10V för att transistorn ska vara helt öppen, och man bör inte gå över 20V, vissa transistorer klarar det ett tag men det gör ingen som helst nytta.
Transistorn öppnar inte mer, eller jo det gör den men det är väldigt marginellt.

Så du borde kunna dra en motor som vill ha runt 50A med den transistorn utan problem.
Den klarar mer men det blir mer värme att få bort då.
Har du en snabb flybackdiod och bra gatedrivning så tror jag, utan att räkna på det, att du kan köra din 25A motor utan kylare på transistorn.

Edit:
Jag ändrar mig, det går inte utan kylare, men den behöver inte vara så stor.

[bearing]

Spänningen i den där grafen gäller U_DS med "halvledande" transistor. Alltså att du ansluter transistorn över en spänningskälla på 12V och justerar gatespänningen så att 8A flyter genom transistorn. Transistorn tål att arbeta i det läget under 1 ms.

Den intressanta grafen tycker jag är Fig 2. Där syns att vid 175° C varm kisel kommer spänningsfallet över transistorn vara ca 0,25V vid 10A, eller 0,4V vid 40A, ifall gatespänningen är runt 10V. Ifall kislet är kallare bildas mindre värme, men jag föredrar att räkna på worst case.

Vi kan räkna lite på ledningsförluster, och vad det ger för värme. 40A*0,4V ger 16W värme. Den värmen kan användas för att beräkna hur varmt kislet blir med hjälp av RθJC och RθCs samt kylflänsens prestanda. RθJC + RθCs = 1,61 °C/W. Kislet blir 1,61*16 °C = 26°C varmare än kylflänsen. Ifall kylflänsen klarar säg 2,39 °C/W kommer kislet bli (1,61+2,39)*16 °C = 4*16 °C = 64 °C varmare än omgivningen.

Sedan tillkommer omslagsförluster (på den transistor i bryggan som switchas), vilka inte ska försummas, i alla fall inte ifall switchfrekvensen är hög. Dessa är svåra att uppskatta, och beror på många saker, främst switchfrekvens, gatemotstånd, ström, spänning och frihjulsdiodtyp. När jag har simulerat har jag fått fram värden mellan 20% till 200% av ledningsförlusterna.

Min tumregel, som ännu bara har använts i ett enda praktiskt fall är att sätta strömmen till 1/4 av märkströmmen.

[orvar-e]

Tack bearing för räkne exemplet, det kommer väl till pass när det är dags att labba. Det är ytterst sällan jag känner till kylfänsens prestandad, lump samlare som man ibland är så kommer de flesta flänsara från något slaktat. Miljövänligt o bra......

Så med rätt switchning så lär den trissan jag länkar till orka med ca 25A, jag det var ju lite annorlunda.
Nästa elementära fundring, om jag har switchad signal med duty 50% halva tiden är signalen hög andra halvan låg, man kan väl aldrig ha 100% för då är den ju hög hela tiden ingen switchning dvs?

Frihjulsdioder, funkar det med vanliga typ 1N4001 förutsett att den klarar strömmen som uppstår?
Tänker också det blir det inte hög effekt förlust efter som när man switchar med trissan så borde det inducseras en spänning efter varje puls från transistorn. Eller det kanske bara händer om motorn inte har nån last eller man försöker att minska motorns varvtal? Kanske är ute å cyklar här.

[blueint]

Två temperaturprober och ett värmeelement kopplat till en MCU borde kunna mäta upp det automatiskt?

[barbarossa]

Hur många ampere tål kopparbanor och lödningar?

[blueint]

Beror på vad slags ledningsbanor det är frågan om.

[barbarossa]

Jo, naturligtvis.

Jag råkade nämligen köra ~10 A i en bana som var gjord för 2 A (tror jag) en gång när jag kopplade in fel peltier element i ett instrument. Det blev varmt och tennet smällte.

[Norpan]

Det går alldeles utmärkt att hålla transistorn öppen hela tiden, annars kan du ju inte få full fart på motorn.

Frihjulsdioden behöver tåla lika mycket som transistorn egentligen och den behöver vara ganska snabb.
Din motor kommer att fungera som en spole i ett switchat nätaggregat men den gör av med energin själv istället för att skicka den nån annanstans.
När transistorn slår av kommer energin som lagrats i magnetfältet vilja ta vägen nånstans, och kan den inte det så ökar spänningen tills det slår över nånstans, antagligen i transistorn.
Nu klarar transistorn en del av detta, men energin omvandlas till värme så den kommer antagligen att gå sönder ganska snabbt.
Har du en frihjulsdiod kommer strömmen istället gå igenom den så för motorns del så flyter det en nästan konstant ström genom den.

Om man ponerar att du kör på 80% och det går mycket ström genom dioden, när då transistorn slår till så kommer en långsam diod leda baklänges tills den hunnit stänga och det kan bli stora strömspikar och mycket värme av det.
Så en snabb diod är bra, helst med en reverse recovery time på under 200ns, lite beroende på din switchfrekvens.
En schottkydiod är bra, de har officiellt ingen recoverytid och har lågt framspänningsfall, tyvärr brukar det vara lite si och så med spänningståligheten men de har blivit bättre med åren.

[jesse]

>Det går alldeles utmärkt att hålla transistorn öppen hela tiden

Det där funderar jag på lite... Den övre transistorn i en H-brygga brukar ju matas via en "high side mosfet driver" , och den har en inbyggd charge-pump som jobbar upp en gatespänning som har en potential som ligger över source. Men frågan är om det inte är så att charge-pumpen kollapsar om man inte hela tiden pwm:ar, t.ex. när man vill ha transistorn öppen hela tiden? I så fall kräver ju alla sådana high-side drivers alltid att du har en minsta och en största duty-cycle för att garantera en vettig gatespänning. Eller är jag ute och cyklar nu igen? Kan ju vara viktigt att veta hur det förhåller sig.

[Pucco]

Man brukar kunna köra drygt 95% men vanliga high-side drivare med charge-pump som drivs av H-bryggan, sedan sjunker spänningen och gaten drivs inte tillräckligt.
Det finns high-side drivare med intern charge-pump som klarar 100%. Alternativt finns det enkla kopplingar med en 555a och några dioder och kondingar som kan hålla uppe spänningen.


Man behöver inga externa frihjulsdioder. Transistorerna har ju inbyggd diod som räcker till att börja med och sedan använder man transistorn som ideal diod. Det ger absolut lägst förluster.
Ett ben av H-bryggan jordar motorns ena sida med en fet påslagen till jord. Andra benet alternerar mellan +12V och jord med en liten dödtid mellan omslagen. Då får man bra kontroll på motorn och låga förluster. När man stannar motorn så jordar man båda sidor på motorn och får då en trög motor som inte kan driva iväg.
Jag har en konstruktion med fyra ytmonterade fetar IRF6613 http://www.irf.com/product-info/datashe ... rf6613.pdf , inga externa frihjulsdioder, som kör motorer med 24V 30A med kylning bara via mönsterkortet. Det är dock ganska mycket koppar i kortet, både yta och tjocklek. FETarna är bara 6.3x5.0 mm.

[orvar-e]

Det verkar vara en liten smidig sak den där drivningen. ...... själv jobbar jag nog lite mer old-school så att säga.

Frihjulsdioder, jo precis man får se till att skaffa transistorer med inbyggda sånna.

Nä, jag ska ta och beställa en driva transistorer, så här blir inga kort byggda.
Jag förstår ärligt talat inte helt och hållet vad du menar Jesse i sista inlägget så jag lär skaffa några trissor och testa lite.
Charge-pumpen? ..... kör man med nån special krets då?

[bearing]

Många av de drivkretsar för MOSFET som kan driva gaten på både övre och undre transistorn i en brygga, innehåller en spänningspump som ser till att gatespänningen för övre transistorn kan bli blir högre än matningsspänningen. Kondensatorn i spänningspumpen laddas bara när den nedre transistorn i bryggan leder. Därför behöver den nedre transistorn leda ibland, för att ladda kondensatorn, annars kan gatespänningen för övre transistorn bli så låg att transistorn inte öppnar helt.

Alla MOSFET har inbyggd frihjulsdiod. Nackdelen är att de är ganska långsamma, så ifall den inbyggda dioden används måste påslaget ske långsamt, t.ex. genom att använda relativt stort gatemotstånd. För att avslaget ska ske snabbt bör man sätta en diod parallellt med gatemotståndet, i den riktning som ger snabb urladdning av gaten.

[blueint]

Verkar bättre att ordna separat matning av gatespänningen så att man slipper komplicerande beroenden vid felsökning.

[bearing]

Det verkar mer komplicerat att göra en DC/DC omvandlare för gatespänningen än att helt enkelt hålla duty för övre transistorn under 95%.