Hallo,
ich bin auf der Suche einem MOSFET für eine PWM-Steuerung eines DC
Motors.
Ich muss mit dem MosFet nur die Drehzahl stellen können, keinen
Drehrichtungswechsel / Rückspeisung usw..
Daten des Motors:
23V DC - 380A (etwa 9kW), Reihenschlussmotor
Energiequelle:
Traktionsbatterie 24V / 1100Ah
Das sollte mein MosFet abkönnen:
max. Dauerstrom von etwa 380A,
gemessener Anlaufstrom bzw. Stromspitzen bei Lastzuschaltung (Hydraulik)
des Motors liegt kurzzeitig bei etwa 680A.
Der maximal mögliche Strom in der Schaltung/Anlage beträgt max. 800A,
der Kurzschlussstrom wird durch (Übergangs)widerstände an Schützen und
Klemmstellen, sowie dem Innenwiderstand der Batterie begrenzt.
PWM-Frequenz liegt bei 300 bis max. 1000Hz (ist noch nicht festgelegt).
was ich suche:
Ich möchte den Leistungsteil mit "Power"-Mosfet in Kompaktbauweise, also
solchen mit Schraubanschlüssen aufbauen, dabei möchte ich die Anzahl der
Mosfets so gering als möglich halten, also 1 bis max. 3 Stück etwa.
Meine Frage: kann mir jemand einen passenden Hersteller/Type eines
solchen Mosfets geben der mit meinen Strömen zurecht kommt, ich finde
irgendwie keine anständigen Bauteile die der Leistungsklasse..,
Wenn es mit 1 Stück alleine nicht möglich sein sollte, würde ich 2-3
Stück mit Widerständen (aus Widerstandsdraht /-blech?) parallel
schalten.
Ebenso suche ich natürlich auch nach den passenden Schottky-Dioden im
baugleichen Gehäuse.
Aufgebaut wird der ganze Leistungsteil auf einem Alu-Kühlkörper, die
Hauptstrombahnen werden aus CU-Schienen erstellt. Sicherungen usw.
werden mit in die CU-Schienen integriert (geschraubt).
Ich möchte auf einen Aufbau mit mehreren TO2xx FETs absolut verzichten!
Kann mir jemand einen Hersteller / Typ solcher N-Channel MosFets in der
Leistungsklasse nennen?
Vielen Dank!
Vielleicht solltst dir dir dafür Leute mit ins Boot holen, deren täglich
Brot das ist.
Bei diesen Stromstärken und Schaltgeschwindigkeiten reicht schon die
Induktivität von Leitungen an der falschen Stelle um Halbleiter zu
zerstören.
https://www.semikron.com/de/produkte/produktklassen/mosfet-module.html
... oder eben gleich den größten Klopper aus der Auswahl - kommt
mechanisch den Befestigungswünschen des TOs am nächsten
(Schraubanschlüsse) und bringt gleich eine elektrische Isolation der
Kühlfläche mit:
http://www.mouser.de/ProductDetail/IXYS/IXTN660N04T4/?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi6rNe36Qw1NazsEDvFTgrvMD%252bFL6qQ%2fBVw%3d%3d
Gibts auch in kleinerer Ausführung (d. h. kleinerer ID, größerer RDSon),
macht aber schon rein kostentechnisch wohl keinen Sinn.
Entwärmung wird in dieser Leistungsklasse trotzdem spannend (bzw. eng
mit passivem Kühlkörper).
Wenn es passiv gekühlt werden muss, eventuell ne Heatpipe draufzwiebeln,
um die Wärme erst mal weg zu bekommen, und dann großflächig verteilen?
Alternativ: Du sprichst von Hydraulik - evtl. Ölkühlung möglich?
Nichtsdestotrotz würde ich noch zumindest darüber nachdenken, einen
Temperatursensor mit hinzuschrauben und eine kleine
Temperaturüberwachungselektronik vorsehen, die bei der Gateansteuerung
eingreift (ich gehe davon aus, dass noch eine Sicherung enthalten ist?),
als selbstrücksetzende Schutzmaßnahme (Die je nach Anwendungsfall zur
Komplettabschaltung oder zur Leistungsreduzierung führen kann).
Der reicht auch noch nicht. Von dem Teil musst du auch mindestens zwei
nehmen, da der Strom über die Kontakte auf 200A limitiert ist.
Die Anforderung war ein Dauerstrom von 380A.
Also zwei parallel.
Das ist auch für die Verlustleistung wieder besser, da sich der Strom
auf beide aufteilt und die Verlustleistung damit deutlich sinkt.
Gruß, Jens
Danke für die Antworten!
mit dem IXTN660N habe ich mich schon befasst, mit 2-3Stück sollte es
gehen, jedoch gefallen mir die Anschlüsse (die Viereraufteilung) nicht
wirklich, da ist der SKM111AR wesentlich besser zu "verschieben"..
einer der beiden wird es dann wohl werden, so ein Monster wie ich es
benötige wird es wohl nicht geben....
Kühlkörper wollten wir mit Wasser kühlen, aber auf die Ölkühlung könnten
wir auch noch nachdenken, ist wirklich keine Dumme Idee und auch
machbar!!!!
Schutzmaßnahmen sind schon angedacht:
Kurzschlussschutz durch ANL-Sicherung oder glw., Temperaturüberwachung,
Stromüberwachung, sowie eine Zustandsüberwachung des DS Stecke auf
entsprechende Zustandsänderung bei G-Ansteuerung.
bei Überstrom/Übertemperatur würde ich die PWM-Reduzieren bzw. ganz
sperren. Bei Schaltversagen (FET defekt) kann ich noch ein Hauptschütz
abschalten.
Sollte auch das noch versagen, kann auch nichts passieren, da die
Hydraulik nur funktioniert wenn der Joystick betätigt wird, ansonsten
habe ich da einen drucklosen Umlauf des Öls.
Wegen der Induktivität der Leitungen habe ich mir auch schon Gedanken
gemacht, die Motorleitungen selbst sind etwa 70cm lang, kürzer geht
nicht.., wobei ich denke dass da der Motor das größere Übel sein
dürfte..
aber die Planung ist noch lange nicht abgeschlossen.. Ich dachte mir
ich, fange mit dem schwierigsten Teil an. Das ist sicher der
Leistungsteil..
mal sehen was daraus noch wird!!!
Danke für Eure Tipps!
@ Stefan (Gast)
>Wegen der Induktivität der Leitungen habe ich mir auch schon Gedanken>gemacht, die Motorleitungen selbst sind etwa 70cm lang, kürzer geht>nicht.., wobei ich denke dass da der Motor das größere Übel sein>dürfte..
Welche Erfahrung hast du denn bis jetzt mit Motorsteuerungen?
Spitzenstöme vom 800A sind alles andere als "mach ich mal schnell mit
nem Arduino".
Bau das Ganze erstmal um Faktor 10! kleiner auf, dann reden wir weiter.
Professionelle DC Controller von Curtis oder Kelly machen sowas nicht
mit einem MOSFet und auch der Cougar Controller als DIY Projekt verteilt
das auf 8-20 MOSFets parallel, je nach gewünschtem Ausgangsstrom. Der
Curtis 1221b für 600A/24V z.B. benutzt 35 Stück IRF640 parallel. Gut,
das ist noch alte MOSFet Technik, aber auch die neueren Controller
verlassen sich nicht auf einen oder zwei MOSFets.
>Wegen der Induktivität der Leitungen habe ich mir auch schon Gedanken>gemacht, die Motorleitungen selbst sind etwa 70cm lang, kürzer geht
Die Motorleitungen selbst sind nicht das Problem. Der Motor ist ja eh ne
Induktivität.
Die Induktivitäten direkt am Halbleiter, Freilauf, Abblock-C werden Dir
Schwierigkeiten machen. Jeder mm tut weg. Wir reden nicht über cm.
1mm sehr dicke Leiterbahn hat etwa 1/4nH pro mm.
U=L* dI/dt.
Bei dI = 800A und dt = 20ns hast Du pro mm
U= 0.25nH * 800A / 20ns = 10V
In Worten: zehn Volt pro Millimeter
Damit schaltest Du den Fet grad wieder aus.
Gut. 20ns ist recht schnell. Sind dann aber auch schon 8W
Schaltverluste.
sugga schrieb:>>Wegen der Induktivität der Leitungen habe ich mir auch schon> Gedanken>>gemacht, die Motorleitungen selbst sind etwa 70cm lang, kürzer geht> Die Motorleitungen selbst sind nicht das Problem. Der Motor ist ja eh ne> Induktivität.> Die Induktivitäten direkt am Halbleiter, Freilauf, Abblock-C werden Dir> Schwierigkeiten machen. Jeder mm tut weg. Wir reden nicht über cm.> 1mm sehr dicke Leiterbahn hat etwa 1/4nH pro mm.>> U=L* dI/dt.>> Bei dI = 800A und dt = 20ns hast Du pro mm> U= 0.25nH * 800A / 20ns = 10V>> In Worten: zehn Volt pro Millimeter> Damit schaltest Du den Fet grad wieder aus.>> Gut. 20ns ist recht schnell. Sind dann aber auch schon 8W> Schaltverluste.
In dieser Hinsicht sind die dicken Dinger mit doppelten Source-Anschluss
trotzdem besser. Wenn der Treiber nur den Source Anschluss bedient über
den nicht die Last geht, spielen die Induktivitäten im Lastkreis nicht
mehr die alles entscheidende Rolle. Natürlich kann die Ansteuerung dann
nicht auf den Lastsource bezogen sein. Wie die Dinger intern aufgebaut
sind weiß ich aber auch nicht. Die großen fetten IGBT-Module haben extra
dafür ja einen separaten, meist dünneren, Source-Anschluss für den
Treiber.
Bei einzelnen Fets im 3-poligen Gehäuse hilft hier aber wirklich nur
viele parallel zu schalten, da dadurch auch die wirksame Induktivität
der Anschlussbeine kleiner wird.
Ja Motor und Akku sind schon fest, da kann ich nicht ausweichen, da der
Rest der Anlage auch mit 24V geht...
Curtis hätte ich angefragt, von denen bekam ich nicht die benötigten
Informationen bzgl. passendem Controller und Programmiergerät. Die hat
das offensichtlich gar nicht interessiert.......
Ich hab schon Erfahrung mit Motorsteuerungen bislang nur bis etwa 120A.
Mir ist schon klar dass sie 400 / 800A kein Pappenstiel sind, daher
wollte ich das ganze ja auch mit schraubbaren MosFets aufbauen, PCB
erstellen wollte ich vermeiden, da der DC-Steller nur ein Einzelstück
ist und bleibt.
Und auf die Leiterplatte CU-Schienen schrauben, die einzelnen Fets
mittels Löt/Schraubverbindungen anzuschließen, wollte ich vermeiden. Da
kann ich dann gleich 1-3 Stück FETs mit Schraubanschlüssen verwenden.
@ Stefan (Gast)
>Curtis hätte ich angefragt, von denen bekam ich nicht die benötigten>Informationen bzgl. passendem Controller und Programmiergerät. Die hat>das offensichtlich gar nicht interessiert.......
Warumm sollten die daran Interesse haben? Die verkaufen fertige
Motorsteuerungen.
das ist mir schon klar, ich wollte ja auch einen FERTIGEN kaufen, keinen
Bausatz, ich wollte auch keinen Schaltplan von Ihren Controllern...
#Ganz dumm bin ich auch nicht...
Ich habe denen meine Motordaten gegeben, beschrieben was der Kontroller
machen/können sollte, also nur die Drehzahl regeln... , und bei welchem
Vertriebspartner ich in DE kaufen kann. Ebenso wollte ich wissen welches
Programmiergerät für den Controller passt, da diese ja Parametriert
werden müssen..., also eine eigentlich ganz normal Anfrage.
Antwort: (wörtlich!) kein Interesse, schauen sie wo anders....
naja der Regler sieht ja wirklich Spitze aus!
@Falk:
naja, ich kann zumindest sehr gut von meinen Einzelstücken und
Sonderbauten leben, über Arbeitsmangel kann ich mich nicht wirklich
beschweren.!!!
Naja liegt dann wohl wirklich daran dass andere von Einzel und
Kleinserien nichts wissen wollen / in Interesse haben...
Und zu Curtis nochmal, von der Stückzahl hab ich noch gar nichts gesagt,
dazu bin ich gar nicht gekommen.. wurde eigentlich sofort abgewimmelt..
Mache mir jetzt noch ein paar Gedanken über die FET's, ob viele oder
wenige, dann werde ich mal mit dem Zeichnen beginnen...
Vielen Dank!
@Stefan (Gast)
>Mache mir jetzt noch ein paar Gedanken über die FET's, ob viele oder>wenige, dann werde ich mal mit dem Zeichnen beginnen...
Erstelle erstmal ein Konzept. Sprich, wieviel Spannungsabfall
kannst/willst du dir leisten. Denn auch nur 0,5V machen bei 380A
Dauerstrom satte 190W Verlustleistung. Die muss man von den FETs auf den
Kühlkörper bringen und per Luft abführen. 0,5V Spannungsabfall sind
bei 380A Dauerstrom aber nur 1,3mOhm!!! Das sind Leitungen, Kabel +
FETs!!!!
Es gibt ja heute extrem niederohmige MOSFETs im 1-Stelligen mOhm Bereich
bis knapp 1mOhm runter.
Viel Erfolg.
Stefan schrieb:> Und zu Curtis nochmal, von der Stückzahl hab ich noch gar nichts gesagt,> dazu bin ich gar nicht gekommen.. wurde eigentlich sofort abgewimmelt..
Ich verstehe das Problem nicht - du weisst die Spannung und
Stromaufnahme des Motors und kannst dir den dazu passenden Controller
auf der Website raussuchen.
Ob du nun einen 'dummen' DC Controller nimmst, der ohne jede
Programmierung auskommt, oder einen mit Parametrisierung und du den dazu
passenden Programmer kaufst, bleibt doch dir überlassen.
Zu Kelly Controllern gibt es die Programmer Software als Download.
@Matthias S.
von Curtis würde wohl die 1205M46xx passen, da bleibt aber immer noch
das Problem wo ich des Teil kaufen soll/kann.. Curtis Paderborn möchte
mir es ja nicht verkaufen, im Internet finde ich keinen der Curtis
verkauft,
In Ebay sind zwar einige, denen aus China traue ich nicht unbedingt, der
Rest ist in USA.
Diese Firma wird dann wohl ausscheiden.......
Kelly Controller kannte ich nicht, da könnte der KDZ24400 passen.
Wie sind die Dinger denn von der Qualität? Hat jemand (Du) damit
Erfahrung?
alternativ hätte ich dann noch auf Fahrsteuerungen.de einen DC-Regler
MC60B von der Fa. elektrosistem (Italien?) gefunden, der kann Spitze
600A,
1 min 530A und 1 h 200A. Der würde denke ich auf passen. An die Firma
habe ich jetzt mal eine Preisanfrage geschickt.
evtl. komm ich ja doch noch um einen Selbstbau rum..
Schöne Feiertage!
Stefan schrieb:> Kelly Controller kannte ich nicht, da könnte der KDZ24400 passen
Ich habe gerade einen KLS Controller (3-Phasen mit Sensor) verbaut, aber
noch keine grosse Erfahrung, da das Schiff noch im Trockendock liegt
(E-Antrieb als Flautenschieber für einen alten Schärenkreuzer). Wir
werden nächste Woche das erstemal den 48V/7kW Motor in Aktion sehen. Der
Lieferant hat statt der seriellen Schnittstelle Bluetooth verbaut -
wollen mal hoffen, das damit auch die Parameter einzustellen sind.
Kleinere Fet's parallelschalten hat einiges an Vorteilen, die du noch
nicht sehen magst.
Schraubverbindungen haben bei hohen Strömen höllische
Übergangswiderstände.
Typischer Anfängerfehler bei parallelisieren:
Zu- Abfuhr Strom auf einer Seite.
Absolutes NoGo.
Kann den Fet der an der Seite liegt in die Avalanche Grenze (second
Breakdown) bringen, dann kaskadierter Zusammenbruch.
Stromzufuhr Schiene an einer Seite kontaktier, Last an der anderen
Seite.
Ansteuerung so hoher Leistungen ist tricky.
Du musst einerseits niederohmig genug sein, dass du die Schaltverluste
nicht zu weit hochtriebst, aber weich genug, um den "second breakdown"
im jedem Fet sicher zu vermeiden.
http://www.vishay.com/docs/90160/an1005.pdf
Im Normalfall steuerst Du mit einem Netzwerk am Gate und einer Diode,
wenn du motion Control schon gemacht jast, kennst Du die Berechnungen
ja.
Ptot und Kühlung ist bei kleinen Fets wesentlich einfacher.
TO 220 lassen sich zB genial montieren, wenn man sie als Modul an
Schienen lötet und ein Kupferrohr am Kühlblech lötet oder
Laserschweisst.
Sie liegen dann zwischen zwei Kupferschienen, die Anschlüsse zur
Ansteuerung liegen gerade nach unten, das Kühlrohr liegt im Block oben.
Der letzte Fet wird nicht an die Abschlusslast angeschlossen sondern
führt an einen niedrigen Widertand.
Die dort gemessene Spannung ist deine Absicherung, wenn diese einen
Schwellenwert überschreitet, schaltest du den Rest der PWM Periode weg
(quasi ein extern gebauter IGBT Sense)
Wenn du das aufintegrierst und damit ein RS FF triggerst hast du gleich
die erste thermische Sicherung.
Rechne die aus, wie weit du die Endstufe überdimensionieren musst um im
Blockadefall Avalange sicher zu beherschen, bis deine sekundären
Sicherungen ansprechen.
Praktische Vorgehensweise:
Nur einen Fet ansteueren, mit niedrigen Strömen alle
Sicherungseintichtungen testen, dann die Paralellisierten in Betrieb
nehmen.
Ich baue zwar Hochstrom FET Endstufen seit den 90ern nicht mehr (600V
Drehstrom Technik ist viel entspannender bei hohen Leistungen) aber sei
halt vorsichtig, das sind keine Spielzeugströme und chemische
Primärzellen können explodieren.
Fets versagen nicht immer in den nicht durchgeschalteten Bereich.
Beim Paralellisieren ist in der Ansteuerung einiges zu beachten.
Bei mässiger Parallelisierung kannst und solltest du hart parallel
schalten, dass heisst ohne irgendwelche Ausgleichsbauteile.
Die Leitungsführung und Kapazität/Induktivität zu den einzelnen Gates
muss von der Quelle zu allen gleich sein.
Gibt verschiedene Möglichkeiten das hinzubekommen.
Viel Spass und Erfolg!
Poste mal ein Bild wenn Du es gelöst hast.
Danke für die vielen Antworten!
@Michael
mir ist schon klar dass 600A kein Kinderspiel sind. Die Variante mit den
Schraub-FETs entstand eigentlich nur, um mir das Platinenlayout (oder
die Schienenlöterei) zu ersparen.
Mit "Hochstrom"-Anwendungen habe ich in der Praxis eigentlich nicht mehr
viel zu tun. PWM-Steuerungen bis 200A habe ich aber schon immer wieder
auf dem Tisch..
Den Fehler, Leistungs-Eingang und Ausgang schön nebeneinander
anzuschließen, habe ich in meiner Lehrzeit nur einmal gemacht, man
konnte wirklich zusehen, wie die FETs den Geist aufgaben, auch konnte
man es thermisch sehen, dass der erste FET mehr abbekam als der letzte
in der Reihe. Wie du schon geschrieben hat, schön den Eingang auf den
ersten FET, Ausgang auf den letzten, dann sind die Leiterbahnwiderstände
schon mal recht sauber aufgeteilt, und jeder FET bekommt etwa gleiche
Ströme ab.
Voraussetzung die Leiterbahnen zu Drain und Surge sind gleich lang und
breit
Eingang ->>------------------------------------
FET's E E E E E E E E E E E E E E E E E E
------------------------------------>>---Ausgang
Die Gateansteuerung habe ich bislang immer von einem zentralen Punkt aus
auf die FET's verteilt, so dass die Bahnen gleich lang sind. Möglichst
keine Störquellen in der Nähe der Ansteuerung. Einschalten über Diode,
für eine steile Schaltflanke.
Hab damit recht gute Erfahrungen gemacht..
Wie es jetzt weiter geht...
Aktuell stehe ich mit der Fa. FST in Kontakt und warte auf das Angebot
für
einen Regler. Wenn dieser preislich bis etwa 1000EUR liegt, wird es ein
gekaufter Regler werden, ansonsten selbst bauen..
Gibt von Mitsubishi Halbbrückenmodule. Z.B.
http://www.mitsubishielectric.com/semiconductors/content/product/powermodule/mosfet/a_series/fm600tu-07a_e.pdf
Die gibts als 3x Halbbrücke. Ich würde die 3 parallel schalten.
Eigentlich würde Ich einen 600A 24V DC Motor als BDLC Motor auslegen,
Dann kannst Du ihn mit den drei Halbbrücken direkt ansteuern. So ein
600A Kohlensatz für den Kommutator sieht nicht gerade handlich aus und
hält auch nicht ewig. Aber wahrscheinlich ist das Standard Gabelstapler
Technik.
