Hallo Leute,
ich arbeite seit neuestem in kleinen Etappen hobby-mäßig an einem BLDC
controller und im Moment sitze ich daran die Komponenten zu bestimmen.
Getestet wird der Controller an einem BLDC motor mit 12V/8A jedoch ist
es geplant den Controller auch irgendwann man mit 45V/80A betreiben zu
können. Daher lege ich die Schaltung schonmal für letzteren aus.
Für den Low-side Teil meiner Leistungsstufe habe ich den IPP027N08N5 im
Auge aber bin mit dem RDSon nicht so zufrieden.
Im Datenblatt sind 2,7mOhm angegeben, jedoch plane ich Tj bei ca 100°C
zu halten was laut Datenblatt ca 4mOhm wären.
Das würde einer statischen Verlustleistung von (80A²)*4mOhm=25,6W
entsprechen. Klar, bei einer PWM ist die Verlustleistung geringer, aber
ich gehe vom worst-case aus.
Die dynamische Verlustleistung wäre bei 45V/80A, einer 30khz Frequenz
und tr+tf=29ns knapp 1,56W was vergleichsweise zu der statischen
Verlustleistung einen kleinen Teil beiträgt.
Wenn ich jetzt wie bereits erwähnt Tj=100°C und TA=40° anpeile ergibt
sich bei 27,16W ein thermischer Gesamtwiderstand von knapp 2,2K/W
Mit Rjc=0,7 aus dem Datenblatt und ca. 1K/W bräuchte ich einen
Kühlkörper mit einem thermischen Widerstand kleiner 0,5K/W
0,5k/W scheint laut meiner google recherche nicht ganz leicht zu
bekommen sein. Zusätzlich muss ich ja noch 5 weitere Fets auf dem Kühler
platzieren was die Sache noch ein wenig schwieriger macht.
Meiner meinung habe ich jetzt folgende Möglichkeiten:
- Ca. 130°C Tj für ein wenig mehr Spielraum bei dem Kühler zulassen
- 30khz auf 20khz-25khz reduzieren -> macht aber nicht viel aus
- Einen Fet suchen der auch bei 100° Tj noch einen RDSon von max 2,5mOhm
hat
Im moment tendiere ich zu einem neuen Fet, was mich zu meiner nächsten
Frage führt:
HAt jemand erfahrungen mit einem Fet der diesen Kriterien entspricht und
kann mir einen empfehlen?
G.S schrieb:> Für den Low-side Teil meiner Leistungsstufe habe ich den IPP027N08N5 im> Auge aber bin mit dem RDSon nicht so zufrieden.
Man kann so eine Endstufe zwar mit einzelnen MOSFet bauen, üblich und zu
empfehlen ist es aber, mehrere MOSFet prallel zu schalten. Das
erleichtert die Kühlung, reduziert RDSOn, vereinfacht das Layout und
bietet Reserven. Der Anlaufstrom eines solchen Motors kann nämlich ruhig
mal das vier- bis sechsfache des Nennstroms betragen und das muss die
Endstufe liefern können.
Die Endstufe eines 48V/4000W Radnabenmotors in einem besseren
kommerziellen Scooter bspw. besteht aus insgesamt 18 Stück IRFB3207.
Matthias S. schrieb:> G.S schrieb:>> Für den Low-side Teil meiner Leistungsstufe habe ich den IPP027N08N5 im>> Auge aber bin mit dem RDSon nicht so zufrieden.>> Man kann so eine Endstufe zwar mit einzelnen MOSFet bauen, üblich und zu> empfehlen ist es aber, mehrere MOSFet prallel zu schalten. Das> erleichtert die Kühlung, reduziert RDSOn, vereinfacht das Layout und> bietet Reserven. Der Anlaufstrom eines solchen Motors kann nämlich ruhig> mal das vier- bis sechsfache des Nennstroms betragen und das muss die> Endstufe liefern können.> Die Endstufe eines 48V/4000W Radnabenmotors in einem besseren> kommerziellen Scooter bspw. besteht aus insgesamt 18 Stück IRFB3207.
Die Fets parallel zu schalten kam mir noch gar nicht in den Sinn. Ich
glaube das ziehe ich auf jeden fall in Erwägung. Dann schaue ich mich
aber auf jeden fall nach einem anderen Package um, To-220 ist mir bei 12
Fets doch ein wenig zu groß. Irgendwelche vorschläge?
Der IRFB3207 sieht zwar ansich gut aus, aber die Schaltzeiten sind mir
dann doch zu groß.
>aber die Schaltzeiten sind mir dann doch zu groß.
Auf die kommst Du eh' nicht runter. Von daher ist es wurscht, ob da nun
14,50 oder 150ns stehen.
(Meine Meinung - muss nicht richtig sein)
StromTuner
Tec N. schrieb:> Außerdem sind bei 48V/80A und 30kHz dein 25W Durchlassverluste noch> lächerlich. Sieh dir mal die Schaltverluste an:> 48V*80A*1/2*500ns*30kHz*3 = 86,4W
Wie wird'n das berechnet? Wird hier der Moment T_0 angenommen, an dem
die U_DS gerade auf die Hälfte eingebrochen ist und der Strom auch
seinen halben Zielwert im ansteigenden Ast erreicht hat?
Denn: im durchgesteuertem Zustand liegen ja keine 48V mehr überm FET
(sollten jedenfalls nicht), sondern i²R, 80Ax80Ax0.004R = ???
(6.400x0.004) komm ich auf 25Volt, wie soll das gehen ???
Ich ging von nem halben Volt U_DS im durchgesteuertem Zustand oder so
aus.
Da musst Du ja 20 FETs parallel schalten, hehe :)
StromTuner
Tec N. schrieb:> Außerdem sind bei 48V/80A und 30kHz dein 25W Durchlassverluste> noch> lächerlich. Sieh dir mal die Schaltverluste an:> 48V*80A*1/2*500ns*30kHz*3 = 86,4W
Wie kommst du auf 500ns? ... Und die 3?
gruß
G.S
Axel R. schrieb:> Tec N. schrieb:>> Außerdem sind bei 48V/80A und 30kHz dein 25W Durchlassverluste noch>> lächerlich. Sieh dir mal die Schaltverluste an:>> 48V*80A*1/2*500ns*30kHz*3 = 86,4W>> Wie wird'n das berechnet? Wird hier der Moment T_0 angenommen, an dem> die U_DS gerade auf die Hälfte eingebrochen ist und der Strom auch> seinen halben Zielwert im ansteigenden Ast erreicht hat?> Denn: im durchgesteuertem Zustand liegen ja keine 48V mehr überm FET> (sollten jedenfalls nicht), sondern i²R, 80Ax80Ax0.004R = ???> (6.400x0.004) komm ich auf 25Volt, wie soll das gehen ???> Ich ging von nem halben Volt U_DS im durchgesteuertem Zustand oder so> aus.> Da musst Du ja 20 FETs parallel schalten, hehe :)>> StromTunerKlaus schrieb:> In China laufen vermutlich mehr eBikes und Elektroroller als bei> uns> Autos, typischerweise mit BLDC Motoren. Die kennen sich also mit sowas> aus. Ich würd mir daher erst mal ein paar Bilder von chinesischen> Brushless Controlern anschauen. Sie sind zwar nicht gut genug um die> Schaltung abzumalen, aber man kann vermuten wie die das machen.>> https://www.aliexpress.com/item/12V-24V-36V-500W-B...>> https://www.aliexpress.com/item/5500W-High-Power-1...>> Den ersten habe ich selbst und betreibe den probeweise mit einem 24V> 250W Motor. Im Leerlauf werden die FETs auch ohne Kühlkörper nicht warm.> Ich vermute, daß das weniger auf den Rdson als auf eine geschickte> Ansteuerung der FETs zurückzuführen ist. Ich halte daher das rumgerechne> mit den FETs bevor man die Ansteuerung im Griff hat, für> kontraproduktiv. Das lenkt nur von den wirklichen Problemen ab.>> MfG Klaus
Hallo Klaus, danke für die Antwort aber gerade zu Beginn sollte
ordentlich nachgedacht werden welche und wie viele Fets verwendet werden
sollen. Der erste controller ist für max 20A gedacht und natürlich ist
dieser im Leerlauf bei weitem nicht erreicht. setz den motor mal unter
last und guck nochmal ob die nicht warm werden;-)
Der zweite ist wiederrum nur für 60A dauerstrom ausgelegt und hat
dennoch 12 Fets drauf.
Hat jetzt nicht direkt was mit den FET's zu tun, aber ich kann dir als
Treiber den DRV8301 empfehlen. Der hat einige nette Features.
Falls du dich für die Parallelschaltung der FET's entscheidest musst du
halt gucken ob du mit der höheren Gatekapazität und der geforderten
Einschaltzeit hinkommst.
Außerdem ist er noch recht teuer, falls du planst in Serie zu gehen ;)
G.S schrieb:> Hallo Klaus, danke für die Antwort aber gerade zu Beginn sollte> ordentlich nachgedacht werden welche und wie viele Fets verwendet werden> sollen.
Würd ich genau umgekehrt machen. 6 gängige FETs nehmen und damit eine
gute Ansteuerung bauen und in Betrieb nehmen. Dabei wird sich sicher der
eine oder andere FET in Rauch auflösen oder auslöten. Wenn man dann
alles im Griff hat und alle versteckten Probleme kennt, ist Zeit, sich
über Typ und Anzahl der FETs Gedanken zu machen. So z.B. was wichtiger
ist: der Rdson oder die Gatekapazität. First make it work, then make it
nice.
Dann kann man auch die Frage stellen, ob es Sinn macht 12V/8A und
45V/80A mit dem gleichen Design zu machen.
MfG Klaus
G.S schrieb:> Das würde einer statischen Verlustleistung von (80A²)*4mOhm=25,6W> entsprechen. Klar, bei einer PWM ist die Verlustleistung geringer, aber> ich gehe vom worst-case aus.
(80A²)*4mOhm*1/3=8,5W
1/3 deshalb weil beim Betrieb eines BLDC (Blockkommutierung) jeder Fet
nur in 2 von 6 Steps (1/3) leitend ist.
Hinweisgeber schrieb:> Hat jetzt nicht direkt was mit den FET's zu tun, aber ich kann dir> als> Treiber den DRV8301 empfehlen. Der hat einige nette Features.> Falls du dich für die Parallelschaltung der FET's entscheidest musst du> halt gucken ob du mit der höheren Gatekapazität und der geforderten> Einschaltzeit hinkommst.> Außerdem ist er noch recht teuer, falls du planst in Serie zu gehen ;)
Den Treiber hat ich auch schon probiert, ist ganz nett aber auch echt
sch*** zu löten.
Mein Favorit:
isl6700
G.S schrieb:> Meiner meinung habe ich jetzt folgende Möglichkeiten
2 MOSFETs parallel, wie schon Matze schrieb.
Halbiert die statische Verlustleistung,
vervierfacht die dynamische bei gleicher Treiberleistung,
verdoppelt sie bei verdoppelter Treiberleistung.
test schrieb:> (80A²)*4mOhm*1/3=8,5W>> 1/3 deshalb weil beim Betrieb eines BLDC (Blockkommutierung) jeder Fet> nur in 2 von 6 Steps (1/3) leitend ist.
Ich gehe davon aus, daß er die Gesamtverlustleistung berechnet hat
1/3 * 3 = 1
G.S schrieb:> Der zweite ist wiederrum nur für 60A dauerstrom ausgelegt und hat> dennoch 12 Fets drauf.
Sind wahrscheinlich 60 China-Ampere - aktueller Kurs ungefähr 2:1. ;)
Nach den Bildern sieht es für mich eher nach "The bigger, the better"
und nach Kostenreduktion, als nach technisch optimiert aus. 2-Lagige
Platine mit ein paar Lot-"Verstärkungen" des Kupfers für 100A? Naja...
Als Chinese hätte ich da wenigstens manuell ein paar dicke Kupferdrähte
draufgepappt.
Auffällig ist, daß das auch gar kein Brushless-Controller ist, sondern
einer für Bürstenmotoren. Also sind da 3 FETs pro "Phase" und Seite
parallel geschaltet. Wieso man dafür (also für 100A
Bürstenmotor-Steller) so ein Riesen-Trum TO-220 Grab mit 12 Kühlkörpern
braucht, erschließt sich mir nicht. Als Design-Orientierung würde ich
das auf jeden Fall nicht hernehmen... (Naja, vielleicht als
Negativ-Beispiel...)
SMD-FETs sind auf jeden Fall vorteilhafter, da schonmal allein durch das
ungünstige Gehäuse beim TO-220 ein paar mOhm zusammenkommen. So viel
Verlustleistung, daß er an den KK geschraubt werden muss, sollte bei dem
einzelnen FET gar nicht auftreten (ggf. eben durch Parallelschaltung
hochskalieren). Am Schluss ein gemeinsamer Kühlkörper mit Wärmeleit-Pad
(bzw. notfalls -Paste) flach auf alle SMD-FETs.
Michael B. schrieb:> G.S schrieb:>> Meiner meinung habe ich jetzt folgende Möglichkeiten>> 2 MOSFETs parallel, wie schon Matze schrieb.> Halbiert die statische Verlustleistung,> vervierfacht die dynamische bei gleicher Treiberleistung,> verdoppelt sie bei verdoppelter Treiberleistung.>> test schrieb:>> (80A²)*4mOhm*1/3=8,5W>>>> 1/3 deshalb weil beim Betrieb eines BLDC (Blockkommutierung) jeder Fet>> nur in 2 von 6 Steps (1/3) leitend ist.>> Ich gehe davon aus, daß er die Gesamtverlustleistung berechnet hat>> 1/3 * 3 = 1
Die Gesamtverlustleistung verteilt sich aber auf mindestens 6 Fets.
Und das einzig interessante ist die Verlustleistung des einzelnen Fets.
Michael B. schrieb:> Ich gehe davon aus, daß er die Gesamtverlustleistung berechnet hat>> 1/3 * 3 = 1
zu meiner Schande muss ich gesetehen, dass es nur die Verlustleistung
von einem Fet war. Habe die Phasen gar nicht berücksichtigt...selbe gilt
ja auch für die Schaltverluste-.-
Das macht die ganze sache ja unkomplizierter als gedacht
Über den Treiber habe ich mir noch keine Gedanken gemacht aber eure
Vorschläge werde ich mir mal anschauen
Thomas E. schrieb:> Sind wahrscheinlich 60 China-Ampere - aktueller Kurs ungefähr 2:1. ;)
Da du dich ja scheinbar gut auskennst: wie steht denn der Kurs von
deutschen Stickoxyden oder Benzinverbräuchen gerade?
MfG Klaus
Es kann nützlich sein, die ganze Sache mal modular aufzubauen. Z.B. die
Controllerplatine so ausführen, das man zu Anfang verschiedene Treiber
und Endstufen ausprobieren kann.
G.S schrieb:> Der IRFB3207 sieht zwar ansich gut aus, aber die Schaltzeiten sind mir> dann doch zu groß.
So machens die Profis im E-Max Roller. Der Controller ist ein Alublock
mit etwa 25 x 10 x 10 cm Grösse. Treibt einen 4kW mit etwa 32kHz PWM.
Schaltzeiten sind nur für die max. PWM Frequenz interessant. Die sollte
man für einen so grossen Motor auch so niedrig wie möglich ansetzen,
gerade jenseite des Hörbereiches. Man liegt also bei 25kHz - 40kHz, jede
höhere Frequenz wäre pure Verschwendung und bringt keinen Vorteil.
