为什么 BLDC 电机 (1 kW) 控制器有这么多 MOSFET?

电器工程 场效应管 无刷直流电机 交换
2022-01-04 19:48:49

我有一台来自中国的 1 kW 三相BLDC电机,我正在自己开发控制器。在 48 Vdc 时,最大电流应约为 25 安培,短时峰值电流应为 50 安培。

然而,当我研究 BLDC 电机控制器时,我发现了 24 器件 MOSFET 控制器,每相有四个 IRFB3607 MOSFET (4 x 6 = 24)。

IRFB3607 在 25 °C 时的 Id 为 82 Amps,在 100 C 时的 Id 为 56 Amps。我不明白为什么控制器的设计电流是额定电流的四倍。请记住,这些都是廉价的中国控制器。

有任何想法吗?

您可以在此处查看控制器,如果您需要翻译视频的任何部分,请告诉我。

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

考虑到散热,这些器件将以 15kHz 的频率运行,因此大约一半的损耗是开关损耗。

请记住,这些是 25 美元的中国控制器,每个 MOSFET 的成本约为 0.25 美元。我认为这些人不太关心效率或质量。这些控制器的保修期最长为 6 个月至 1 年。

顺便说一句,在用户的外行语言中,Mosfet 被称为 MOS-Tubes。因此管。

2个回答

使用多个 MOSFET 的原因是为了降低功耗,从而实现更便宜的设计。

是的,一个 MOSFET 可以处理电流,但它会消耗一些功率,因为​​它确实有一些电阻,对于IRFB3607 ,通常为 9 mohm 。

在 25 A 时,这意味着 25 A * 9 m ohm = 225 mV 压降

在 25 A 时,这意味着 25 A * 225 mV = 5.625 W 的功耗

一个散热器需要很大。

现在让我们并行计算 4 个 IRFB3607:

现在 9 mohm 除以 4 因为有 4 个并行设备:

9 毫欧 / 4 = 2.25 毫欧

在 25 A 时,这意味着 25 A * 2.25 m ohm = 56.25 mV 压降

在 25 A 时,这意味着 25 A * 56.25 mV = 1.41 W 功耗

1.41 W 是所有MOSFET 的总功率,因此每个 MOSFET 的功率小于 0.4 W,无需任何额外冷却即可轻松处理。

上述计算没有考虑MOSFET 升温时9 mohm Rdson 会增加。这使得单个 MOSFET 解决方案更加成问题,因为需要更大的散热器。4 MOSFET 解决方案可能“只是管理”,因为它仍然有一些余量(0.4 W 可以增加到 1 W,这仍然可以)。

如果 3 个 MOSFET 比 1 个散热器便宜(耗散 6 瓦),那么 4 个 MOSFET 解决方案更便宜

此外,与 1 个 MOSFET + 散热器相比,放置 4 个 MOSFET 的生产成本可能略低,因为 MOSFET 必须用螺丝固定或夹在散热器上,这是手工工作,因此会增加成本。

另一个好处是可靠性变得更好,因为这 4 个 MOSFET 到目前为止还没有像单个 MOSFET 那样“工作”那么努力。

我们可以使用“4 倍”大、2.25 毫欧的 MOSFET 吗?

当然,如果你能找到它!9 mohm 已经很低了。随着键合线的影响开始发挥作用,降低成本变得越来越困难(而且成本更高)。同样可以肯定的是,四个“中间”MOSFET 比一个大的 MOSFET 便宜。

对于几乎所有的电气元件,寿命随着温度的升高呈指数下降。对于 BLDC 电机驱动器中用于降低电气噪声和高电流峰值的电容器来说尤其如此。

假设每相具有 4 个 FET 的控制器在额定负载下温度升高了 10°C。假设环境温度为 30°C,控制器将在 40°C 下运行。在这个温度下,即使是标准温度范围的铝电解电容器也可以使用超过 120,000 小时。

如果使用每相 1 个 FET 而不是 4 个构建相同的控制器,则电阻将增加 4 倍,并且 I^2R 损耗也将增加相同的数量。使用相同的散热器,控制器将承受高于环境温度 4 倍的热量。它现在将在 70°C 下运行。这会将电容器的寿命缩短大约 10 倍,并且还会类似地降低其他组件的寿命。为了解决这个问题,需要更大的散热器,而且使用更多的 FET 会更便宜(而且更小)。