Paralellkoppling av effekt FETar
Paralellkoppling av effekt FETar
Har labbat vidare lite med konstlasten men blev och grubbla på hur man paralellkopplar effekt FETar på rätt sätt. För att höja totala effekt- och strömtåligheten vill jag paralellkoppla ett gäng (t.ex. 4 st) med IRF540 som är specade till 130W 100V 33A. Kretsen skall klara 50A med rejäl marginal (åtminstone momentant) och ungefär 300W.
Jag läste nånstans att FETar har positiv tempkoefficient så om ena FETen blir varmare börjar den leda sämre vilket betyder att den paralellkopplade grannen får en chans att ta över mer av lasten och på så sätt balansera upp effektfördelningen.
Men, hur exakt kopplar man? G,S,D alla paralellt eller separat gateresistans åt varje FET? Måste FETarna vara matchade eller komma från samma batch? Måste varje enskild FET klara det förväntade maximala strömuttaget, just in case?
För tillfället har jag två IRF540 med separata gatemotstånd och av kapseltemperaturen att döma är det bara den ena som "jobbar". Dvs den ena blir het och den andra verkar gå på tomgång.
Ideer? Erfarenheter?
Jag läste nånstans att FETar har positiv tempkoefficient så om ena FETen blir varmare börjar den leda sämre vilket betyder att den paralellkopplade grannen får en chans att ta över mer av lasten och på så sätt balansera upp effektfördelningen.
Men, hur exakt kopplar man? G,S,D alla paralellt eller separat gateresistans åt varje FET? Måste FETarna vara matchade eller komma från samma batch? Måste varje enskild FET klara det förväntade maximala strömuttaget, just in case?
För tillfället har jag två IRF540 med separata gatemotstånd och av kapseltemperaturen att döma är det bara den ena som "jobbar". Dvs den ena blir het och den andra verkar gå på tomgång.
Ideer? Erfarenheter?
Man bör även matcha mosfetar med avseende på Vgs vid given/max strömuttag (och helst vid fler puntkter). Annars leder mosfetten med lägre Vgs mer ström. Beroende på hur stor skillnaden i Vgs är kan mosfetten med lägst Vgs leda nästan hela strömmen.
Samma batch garanterar inte att mostetarna är matchade map Vgs.
Positiv tempco kan man inte använda sig av när man jobbar med moderna hexfetar. Det inträffar helt enkelt vid för höga strömuttag. Beroende på effektuttag kan mosfeten med lägst Vgs ha brunnit upp innan...
Sen tror jag att en större kåpa (typ to3p eller krafigare) skulle vara mer lämpligt för så pass höga effektuttag.
Upp till 20W effektförlust för to220 och kanske 50W för en to3p/to247 kapsel vid linjär drift skulle jag inte vilja överskrida...
Samma batch garanterar inte att mostetarna är matchade map Vgs.
Positiv tempco kan man inte använda sig av när man jobbar med moderna hexfetar. Det inträffar helt enkelt vid för höga strömuttag. Beroende på effektuttag kan mosfeten med lägst Vgs ha brunnit upp innan...
Sen tror jag att en större kåpa (typ to3p eller krafigare) skulle vara mer lämpligt för så pass höga effektuttag.
Upp till 20W effektförlust för to220 och kanske 50W för en to3p/to247 kapsel vid linjär drift skulle jag inte vilja överskrida...
Tack skall ni ha, det här var värdefulla ledtrådar för att komma vidare.
grym: Jag blev lite fundersam på separata source motstånd för strömbalansering eftersom jag också behöver en shunt för att mäta totala strömuttaget, tills jag kom på (i duchen som vanligt) att de separata source motstånden kan fungera som shuntar. Istället för en shunt på 0.022 ohm använder jag fyra shuntar på 0.1 ohm vardera. Jag tar ihop spänningarna från de fyra shuntarna via t.ex. fyra 10 ohms motstånd till en enda punkt. Denna punkt borde ju vara summan av spänningarna över shuntarna. Stämmer inte det kan jag ju sätta in en op-amp kopplad som adderare. Om jag räknar med 50A total ström, dvs 12.5A per FET, skulle det ge 1.25V max över shuntarna. Tittar man grovt på Id-Vgs kurvan kring Id 10A för IRF540 så påverkar 1V Vgs strömmen med 3ggr. Det borde ju vara rejält med reglermån.
ludo: Om man använder source resistanser för strömbalansering borde väl matchning vara mindre viktig eller inte nödvändig alls?
Tack för att du påminde om den termiska resistansen i TO220! Jag hade bara fastnat för det låga priset för TO220 FETar, även om det verkade orimligt effektmässigt när jag kände med fingret hur dåligt TO220 kapseln ledde ut värmen till kylflänsen. Junction-Heatsink för TO220 är ca 1.6 K/W men kan vara under 1 K/W för TO3 verkar det som. Elfa säljer den relativt billiga IRFP150N i TO247AC kapsel som kan vara en kompromiss för mig; 1.2 K/W.
grym: Jag blev lite fundersam på separata source motstånd för strömbalansering eftersom jag också behöver en shunt för att mäta totala strömuttaget, tills jag kom på (i duchen som vanligt) att de separata source motstånden kan fungera som shuntar. Istället för en shunt på 0.022 ohm använder jag fyra shuntar på 0.1 ohm vardera. Jag tar ihop spänningarna från de fyra shuntarna via t.ex. fyra 10 ohms motstånd till en enda punkt. Denna punkt borde ju vara summan av spänningarna över shuntarna. Stämmer inte det kan jag ju sätta in en op-amp kopplad som adderare. Om jag räknar med 50A total ström, dvs 12.5A per FET, skulle det ge 1.25V max över shuntarna. Tittar man grovt på Id-Vgs kurvan kring Id 10A för IRF540 så påverkar 1V Vgs strömmen med 3ggr. Det borde ju vara rejält med reglermån.
ludo: Om man använder source resistanser för strömbalansering borde väl matchning vara mindre viktig eller inte nödvändig alls?
Tack för att du påminde om den termiska resistansen i TO220! Jag hade bara fastnat för det låga priset för TO220 FETar, även om det verkade orimligt effektmässigt när jag kände med fingret hur dåligt TO220 kapseln ledde ut värmen till kylflänsen. Junction-Heatsink för TO220 är ca 1.6 K/W men kan vara under 1 K/W för TO3 verkar det som. Elfa säljer den relativt billiga IRFP150N i TO247AC kapsel som kan vara en kompromiss för mig; 1.2 K/W.
Ge varje fet en egen operationsförstärkare som jämför en strömreferens med spänningsfallet över den egna shunten röstar jag på Så var det gjort för serieregleringstransistorerna i ett HP-nätaggregat jag kollade på schemat för. Även om du har 0.1 ohm i serie så kommer du nog måsta matcha annars, toleranserna på Vgs är ganska breda.
Jag såg just att IRFP150N inte har någon kurva för DC i SOA-diagrammet. Det är inte säkert att den går att använda i det linjära området, det är inte testat av tillverkaren i alla fall. Vissa FETar har något som påminner om second breakdown för bipolära transistorer faktiskt. Varför inte använda MJ15003 i stället? Kostar bara 5 kr mer på ELFA. Vad för spänning/ström/effektförlust behöver konstlasten klara?
edit:
Såg att du skrev 300W 50A i första inlägget. Vad är maxspänningen? I fall det är 6V så ska det nog inte vara något problem med DC-SOA.
Såg just att de flesta IRFP* kostar under 2 på http://www.reichelt.de
Vet ej frakten, men antagligen inte så dyrt skulle jag tro... MJ15003 ligger också därikiring.
Om man använder dem som switchar ordentligt bottnade med en gatespänning långt över tröskelvärdet så stämmer det, men i det linjära området så hjälper det inte att Rds(on) stiger med temperaturen för Vgs(off) sjunker samtidigt mycket snabbare. Undantaget är Hitachi 2sk135/2sj50 och liknande typer som har en jämviktspunkt vid c:a 100mA.Jag läste nånstans att FETar har positiv tempkoefficient så om ena FETen blir varmare börjar den leda sämre vilket betyder att den paralellkopplade grannen får en chans att ta över mer av lasten och på så sätt balansera upp effektfördelningen.
Jag såg just att IRFP150N inte har någon kurva för DC i SOA-diagrammet. Det är inte säkert att den går att använda i det linjära området, det är inte testat av tillverkaren i alla fall. Vissa FETar har något som påminner om second breakdown för bipolära transistorer faktiskt. Varför inte använda MJ15003 i stället? Kostar bara 5 kr mer på ELFA. Vad för spänning/ström/effektförlust behöver konstlasten klara?
edit:
Såg att du skrev 300W 50A i första inlägget. Vad är maxspänningen? I fall det är 6V så ska det nog inte vara något problem med DC-SOA.
Såg just att de flesta IRFP* kostar under 2 på http://www.reichelt.de
Vet ej frakten, men antagligen inte så dyrt skulle jag tro... MJ15003 ligger också därikiring.
Som kimmer skriver så är den Positiva Temperaturkoefficienten inte alls så effektiv som vissa kanske tror. För att testa detta labbade jag med ett FET-utgångssteg (IRF540/9540) i ett vanligt återkopplat Klass-B sourceföljarsteg (förstärkare). Vid liten uppvärming av Fetarna skenade tomgångsströmmen iväg skrämmande fort, även med sourcemotstånd uppåt en 0.33Ω.
Det enda som löste problemet helt och hållet var att använda en IRF540(!) som bias-trissa termiskt kopplad till utgångssteget. Då höll sig tomtgånsströmmen lugn och fin.
Det enda som löste problemet helt och hållet var att använda en IRF540(!) som bias-trissa termiskt kopplad till utgångssteget. Då höll sig tomtgånsströmmen lugn och fin.
kimmen: I Agilents konstlast används 8 st IRF540 som alla har egen reglering med opamp så det ligger nog något i vad du säger.
Maxspänning är väl där nånstans under 100V. 300W är nog bara tagit ut luften, konstlasten skall tåla en del, men det är inget svetsaggregat jag tänkt bygga. 50A kommer sig av att jag tänkte labba med en foldback strömbegränsning för ett "solid state relay" för bilackumulatorer.
Maxspänning är väl där nånstans under 100V. 300W är nog bara tagit ut luften, konstlasten skall tåla en del, men det är inget svetsaggregat jag tänkt bygga. 50A kommer sig av att jag tänkte labba med en foldback strömbegränsning för ett "solid state relay" för bilackumulatorer.
allt beror ju lite på hur man gör saker och ting, gör man en enstyckssak och kollar fördelningen vid rimlig last så ser man ju om man måste styra det hårdare eller inte
just när man börjar komma mot större och dyrare saker så kan man ju gärna lägga ner lite tid på att kolla om komponenter är matchade eller inte, något ett företag inte alltid vill
ibland bygger jag så man lätt kan byta styrdelen men har kvar kraftdelen oförändrad eller åtminstånde lättändrad
just när man börjar komma mot större och dyrare saker så kan man ju gärna lägga ner lite tid på att kolla om komponenter är matchade eller inte, något ett företag inte alltid vill
ibland bygger jag så man lätt kan byta styrdelen men har kvar kraftdelen oförändrad eller åtminstånde lättändrad
Mm, verkar som de brukar göra så där. Det var ju alltså i en annan Agilent-pryl (förut HP) fast då ett nätaggregat där de hade använt samma krets. Regleringen av utspänningen gav en strömkommandosignal till effektcellerna.
Att mosfets har fått det där ryktet om att dela strömmen väl har nog att göra med att Hitachis "laterals" faktiskt gör det mycket bra. Många konstruktioner använder dem parallellkopplade utan sourcemotstånd utan problem. Över 100mA så sjunker strömmen kraftigt med temperaturen. Sen har de lite andra roliga egenskaper, såsom att skyddszenerdioderna börjar leda vid riktigt låg spänning när transistorn blir för varm. Jag provade med en sån på en jätteliten kylfläns, kopplade till mitt 10A 50V nätaggregat och la på 10V på gaten genom ett 330 ohms motstånd. Den första halvsekunden låg effektförlusten på 300W för 100W-transistorn, sen stängdes den av. Inget speciellt hände förutom att kylflänsen blev riktigt varm.
Att mosfets har fått det där ryktet om att dela strömmen väl har nog att göra med att Hitachis "laterals" faktiskt gör det mycket bra. Många konstruktioner använder dem parallellkopplade utan sourcemotstånd utan problem. Över 100mA så sjunker strömmen kraftigt med temperaturen. Sen har de lite andra roliga egenskaper, såsom att skyddszenerdioderna börjar leda vid riktigt låg spänning när transistorn blir för varm. Jag provade med en sån på en jätteliten kylfläns, kopplade till mitt 10A 50V nätaggregat och la på 10V på gaten genom ett 330 ohms motstånd. Den första halvsekunden låg effektförlusten på 300W för 100W-transistorn, sen stängdes den av. Inget speciellt hände förutom att kylflänsen blev riktigt varm.