Отстраиваю силовой модуль, феты IRFP4468 (100v, 180A avalanche current, 1100A peak current, avalanche energy ~500mJ).
Схема - классический мост, т.е. 2 ключа - с плюса и с минуса, 3 фета параллельно.
Хочется добиться хорошего КПД => высокой скорости переключения. Сейчас упёрся в то, что при быстром закрытии ФЕТа, если рабочий ток на фазе более 1200А, на ФЕте образуется всплеск высокого напряжения из-за того, что он закрывается слишком быстро, а индуктивность цепи между плюсовым и минусовым ФЕТом мешает току быстро перетечь с только что закрытого фета на противоположный.
Решения, которые я вижу, следующие:
- поставить больше ФЕТов параллельно, чтоб ток лавинного пробоя распределялся - сильно увеличит стоимость и габариты, вообщем плохой вариант.
- перекомпоновка платы с целью минимизации индуктивности силовых дорожек к транзисторам - вариант, возможно кто предложит более правильную компоновку с сохранением технологичности сборки?
- увеличить время закрытия транзистора до безопасного - это понятно, но нагрев хочется минимизировать. Текущее время безопасного переключения 600-900нс - как-то многовато для хорошего КПД.
- поставить близко к транзисторам что-то наподобие трансила или диода с большим током лавинного пробоя, который сможет поглотить этот импульс. Хорошее решение, но не знаю такого компонента, чтоб дешево и сердито было? Трансил думаю пробьет сразу, диоды на такой ток дорогие получаются. Может что еще есть?
- поставить дополнительную емкость сток-исток, которая будет частично эту энергию забирать на себя. Недавно этот вариант придумал, надо просчитать-помоделировать-проэесперементировать. Возможно хорошее решение.

Может что-то знает/пробовал какие-либо другие решения?

п.с. прикрепляю 2 фотки. Компоновку платы (силовые дорожки проложены массивными шинами)
Вторая - осциллограмма момента пробоя. Желтый - напряжение затвора, синий - напряжение сток-исток.
Собственно момент пробоя - когда напряжение после плавного возрастания до 120 вольт резко падает. Снял осциллограмму тока на фазе, но там ничего интересного. Осциллограмму динамики изменения тока на транзисторе не снял, но планирую.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

а если он меньше 3 * 195 < 600 ампер все нормально ?

я давно заметил, что напряжение ограничения на стоке у ключей от ir на 20% выше номинала, т.е 100 * 1.2 == 120 вольт в вашем случае, это оно ?

шунтировать индуктивность цепи питания дополнительной ёмкостью между стоком и истоком, только не у одного, а у разных ключей
а если внутренние диоды не успевают, тогда добавить внешние

Да. На токе до 600 ампер можно хорошо задирать скорость, главное не пробить диоды по reverse recovery, но оно порядка 10 мкс если не ошибаюсь.


Они где-то писали что 100v феты проверяются на заводе на отсутствие пробоя на напряжении 115 вольт. Т.е. минимум 115 вольт у них есть.


Так видимо и попробую - напаяю на ноги кондёров. И сниму осциллограмму тока шунтом в разрыве цепи. Но что-то мне подсказывает, всплывут другие приколы из-за этого. Например, дополнительная нагрузка из-за всплеска тока при открытии. Хотя она будут частично компенсироваться индуктивностью цепью от кондёров до транзистора и скорость открытия надо будет подбирать под емкость, но там процессы сложнее смотреть - шунт сложно подпаять и индуктивность шунта будет на результат влиять сильно. Либо смотреть на каком токе возникает пробой фета, что проще, но менее информативно. Вообщем попробую баланс скоростей открытия, закрытия и емкости найти.

Еще думаю как топологию изменить, чтобы плюсовой и минусовой блок ФЕТов разместить так, чтобы плюс и минус питания этих блоков были рядом, и на них конденсаторов налепить. Ибо сейчас цепь питания вносит бОльшую индуктивность чем соединение верхнего и нижнего блока ФЕТов.

Оба транзистора всех девяти пар должны быть каждый предельно рядом друг с другом и зашунтированы также предельно рядом каждая своим, в идеале безногим блокировочным конденсатором и двумя также безногими подхватывающими диодами на него, ну и драйверы затворов должны быть в явном виде рядом, а не где-то там "на верхних платах управления", через десяток ниток и соединителей — этот ответ логично и непосредственно уже содержался в данном вопросе про паразитные индуктивности, т.е. проектирование и разводка не адекватны задаче.

Вам вначале надо чтобы заработало, а потом выстраивать технологичность сборки.
Разводка неправильная - выстраивайте минимальные контуры силовых токов.
Для снижения индуктивности пропаяйте силовые дорожки медными шинами - чем толще проводник тем меньше индуктивность.

Из чего это следует?

А как вы их охлаждаете?

Драйвера мосфетов было бы хорошо поставить рядом с транзисторами, как сказал камрад Plain. Но пока влияние драйверов не критично.

Индуктивности у вас большие, не пожалейте денежек на многослойку.
Может вам сделать разводку?

К драйверам зря приципились. Там все хорошо. Дифпары и топология с компенсацией индуктивных выбросов нормально работает. На затворах всё чисто, к тому же при слонячей емкости затворов драйвера где хочешь размещай, все будет работать. А индуктивность дорог затвора только на руку - "хвосты" фронтов при переключении подтягивает.

С топологией проводников с током, да - больное место. Сейчас переразвожу, придумал примерно как, набрасываю компоновку. По ощущениям от компоновки - раза в 4 получится уменьшить индуктивность, что должно быть уже достаточно.

Про шины - там и так силовые дорожки усилены медью по 10+ квадратов.

p.s. Кстати, вот , америкосовая сила на 600А по документации - там топология примерно такая же, и серийно выпускается:

http://omeganaught.com/wp-content/uploads/...05/DSCN4789.jpg

Из формулы индуктивности проводника. Насколько я помню, не прямая зависимость, но есть.

на буржуйской плате отчётливо видно 8-ми слойную печатную плату.

тоже недавно задумался: 4 - неубедительно, 6 - было бы не плохо, 8 - совсем хорошо


так зачем 1200 там, где по паспорту не должно быть даже 600 ?


сколько у вас питание, думаю, 48 вольт ?


вы не поняли, куда напаивать - шунтируем полумост, а не ключ


ключи в два ряда с одного(+) и с другого(-) края платы, драйверы рядом с ключами
я по три ключа баянил - не понравилось, из-за разводки, лучше целыми модулями набирать

ТС, уменьшите, пжл, последнюю картинку - трудно читать.

Мне тоже показалось на картинке многослойка. Ну, согласен, тут никак иначе. 4 слоя хотя бы, с толстой медью..
Еще интересно, как провода до мотора подключены. Их бы по уму косичкой заплести.

Скорость переключения можно отвязать от значения тока. Правда придется что-то делать с выбросами.
При таких индуктивностях 600А коммутировать.. ой-ей.

Вот такая компоновка получается:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Налепил керамики сколько влезло по каждой фазе (можно с другой стороны продублировать в принципе), электролиты поменял - 8800мкф против старых 5600.

Думаю, как себя поведут конденсаторы 2200uF 100v 30x30? Выводы у них существенно толще, но... не маловато ли 4 штуки для таких токов?
Раньше были 470uf 100v, штук 12. Были тепленькие, но не перегревались.

из формулы индуктивности длинного одиночного проводника, индуктивность пропорциональна длине, умноженной на логарифм соотношения длины к радиусу проводника.

По даташиту: 180 долговременно и 1100 в пике, при условии выброса энергии в этом пике на кристалле ниже заявленной.
Если честно, эти 180 из пальца высосаны. Ибо непонятно какой теплоотвод от ножек использовался и какой теплоотвод от кристалла. Ибо подложки - узкое место. Ибо основной градиент температуры у них. На практике можно и 300А на транзистор несколько секунд давать при нормальном теплоотводе от ног и кристалла.
Плюс, фаза работает не постоянно, а примерно 65% времени. Плюс ток то на нижнем, то на верхнем ключе.

Так вот задача чтоб кратковременные перегрузки не давали убить модуль. Хочется довести модуль до нормальной работы в предельных заявленных производителем режимах.



30-90. Оптимально 80 (максимальную мощность можно выжать)



Там и так напаяно. Только ближе при такой топологии не напаяешь. Ибо индуктивность складывается из индуктивности конденсаторов по питанию+дорожки питания+дорожки выхода фазы, соединяющие верх с низом, и индуктивность транзистора с его ногами. А надо 1000А до 200А опустить в идеале за 10нс... В реальности 200нс с новой разводкой если добьюсь - будет отлично.

корень из 1 / 65% == +25% максимум на что можно закладываться
и то я бы не стал, ибо у вас баян и нужно учитывать неидеальное распределение токов между ключами


разверните тройки ключей на 90 градусов, максимально приблизьте верхние и нижние ключи друг к другу и между полигонами земли и питания накидайте керамики

jeka, перезалейте, пожалуйста картинку из поста №8 так, чтобы помещалась на экран. Или я её удалю.



Вы эту зависимость имеете в виду?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Ну, и насколько же, по-вашему, можно уменьшить индуктивность дорожек напайкой сверху толстой проволоки?
С достаточной для практики степенью точности этой зависимостью можно смело пренебречь. Так что никакого ощутимого эффекта не будет.

jeka, тебе многослоечку бы. токи токовой трассы и возвратной противоположны, это минус две взаимные индуктивности к индуктивности контура (индуктивность прямой трассы + индуктивность возвратной). взаимная индуктивность проводников увеличивается при уменьшении расстояния между ними.

уменьшать индуктивность уширением трассы канает только для очень коротких проводников. это даже чёрный маг джонсон обстёбывал: если хочется уменьшить индуктивность протяженной трассы в двое, ширину трассы придется сделать размером с плату.

А где в новой раскладке силовые выводы?

В целом предыдущая лучше..

Примерно так.Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ага, видно что все грамотно сделано.
Только задачка у ТС на 3 фазы.
И место, видать, ограничено.

Статья по теме , обратите внимание на расположение силовых шин и ориентирование выводов силовых конденсаторов , крупные электролиты лучше заменить на мелкие (параллельное соединение индуктивностей (esl))

Это понятно. но силовая цепь - это не плата, а медные шины поверх платы. Ибо дорожками при всем желании не проведешь такие токи в компактном исполнении - выгорит сразу. Американцы извернулись - сделали на нескольких слоях с толстой медью параллельные дорожки, и модуль очень широкий. В итоге суммарная ширина силовой дорожки сантиметров 20-30 наверное. Но здесь требование модуль компактным сделать.

Хотя тоже хорошее предложение - сделать шины пошире и потоньше, друг на друге и с минимальным зазором.

zato4nik, огромное спасибо за ссылку. Некоторые вещи упустил. Как минимум про ориентацию электролитов не подумал.

Вообще, появилась в голове идея проследить по силовой цепи осциллографом - на каких участках какие всплески напряжения появляются, от одного до другого транзистора. В целях образования, чтоб прочувствовать, где какая индуктивность добавляется.

Современный драйвер двигателя 24 V 400 A. Автор - SEMIKRON
DSC01981.JPG на ixbt.photo:


Токоведущие шины прижаты пористой резиной к керамической плате с кристаллами mosfet с общей ёмкостью затвора 45 нФ.

Драйверы вблизи -
DSC01977.JPG на ixbt.photo:


DSC01975.JPG на ixbt.photo:


Цитата -
Вторая - осциллограмма момента пробоя. Желтый - напряжение затвора, синий - напряжение сток-исток.
Собственно момент пробоя - когда напряжение после плавного возрастания до 120 вольт резко падает.

Вопрос - с какого перепугу резко падает ???

Логарифм отношения расстояния до обратного токопровода к радиусу проводника. Только для плоских проводников, тем более когда расстояние между ними много меньше ширины, это неактуально - там индуктивность пропорциональна толшине зазора и обратно - ширине проводников, а от толшины считайте, что не зависит.

по поводу индуктивности дорожек:
думаю, многим следует почитать sloa069 от TI, он годится в качестве первоисточника и все вопросы отпадут.

потому что измерялось напряжение непосредственно на выбиваемом транзисторе.


Вообщем, еще раз подумав, решил попробовать по многослойной технологии сделать. Но не из обычной многослойной ПП, а набирать бутерброд из просверленной в нужных местах листовой меди (0.5мм) и диэлектриков (0.2мм) силовые цепи, а сверху двухстороннюю ПП для затворов.
Первый вариант - просто стянуть винтами по периметру этот бутерброд, второй вариант - прессовать препрегами. Может кто такое уже делал? Вроде рабочий вариант и в серийке несложный, когда в мозгах прокручиваю технологию. Хотя пока не соберешь образец, всех тонкостей не угадаешь.

у вас нагрузка около 2-3 мкГн.
И выбивает, имхо, крайние (по бокам платы) полевики.

А где нагрузочные резисторы скрученной линии рядом с затвором транзистора?


Индуктивность дорожек примерно 1 нГн на миллиметр + заметная паразитная ёмкость у широких полигонов.

две двухслойки == трехслойка - приемлемый минимум
можно медь очень толстую сделать и не дорого, будет хотя бы в два раза дешевле многослойки



в смысле, им совсем хана ?

Можно по подробнее, 0.2-0.3мм кто может сделать? Гальваникой?



Да. Ставился эксперимент по выбиванию транзистора на плате из первого сообщения, со снятием осциллограмм.

резонит 4x105 == 420
будет 25 мм ширина - вполне приемлемо


прикольные развлечения

Интересно что за нагрузка подключена к мосту и можно-ли применить мягкую коммутацию ?

Мягкую - это а-ля резонансная схема? подозреваю что нет, ибо моторчики крутим.


Ширина получается 40мм для фаз и полный полигон (70x100) для питания всего модуля. Тогда нужна 10-слойка, 3x3 слоев (3 на +,3 на - и 3 на фазы) для силы и один останется затворы вытащить.

Но сначала думаю попробовать с листами меди - ибо дешевле, даже с учетом работы монтажников, и толщину меди нормальную сможем сделать.

там не могут делать толстые многослойки, может только если в китае


по картинке нищеброда достаточно где-то одного слоя

Грубый прикид по теплу не сходится, за те же деньги можно параллелить 5 каких-нибудь IPP023N10N5A — сопротивление и перегрев будет вдвое меньше.

На картинке сварочник фазосдвигающий резонансник , так что амперы и ужасы наногенри разводки совсем другие.

в первую очередь у него топология платы взята оптимальная
если, к примеру, с платы вынести электролиты, то я точно так же бы сделал
а пока наверное останется как есть - 4 слоя и ключи с одной стороны

Ну как бы если смотреть на наногенри, то при 600А 4.2мкГн нагрузки достаточно,
чтобы сжечь полевик при резком закрытии.

Во всех версиях трассировки видны приличные петли, со значимой индуктивностью.

Вставлю свои 5 копеек. С такими токами не работаю, но может поможет. Смысла в керамических конденсаторах по питанию вообще не вижу. При таком напряжении питания мало чего от ёмкости керамики остаётся. Я электролиты low ESR стараюсь поближе разместить да количеством побольше. Какой у вас тип электролитических конденсаторов?
Сам недавно наткнулся на сильные перенапряжения на резисторе 2010-0,75-0,1 Ом. Думал это сквозные токи в полумосте. Только недавно обнаружил, что у него у него офигенная индуктивность. Заменил на 10 шт. в корпусе 0805. Так при выключении идеальный график- ни одного всплеска. Прямо как как в симуляторе

Так мне та картинка нищеброда тоже нравится. Не говоря уже про комфорт замены транзисторов при ремонте.

Это интересно. Даже несмотря на увеличение длины подводящих проводников? Они ведь удлинились? Хотя, вполне объяснимо, учитывая то, что резистор, скорее всего, был "Wraparound". Странно другое, что даже для чип-резисторов "Suitable for current sensing and shunt" не указывают в даташитах величину индуктивности. Или редко указывают. Надо, видимо, просто брать специальные безындукционные резисторы.

Нет длина не увеличилась. Наоборот, уменьшилась на порядки. Т.к. вместо одного длинного на плате запаял 10 мелких корпусов. Был такой. Да, индуктивности корпусов я не нашел. Нашел правда для мелких корпусов импедансы в зависимости от частоты.

Указывают, но не все производители

Так всего ведь 5мм, вроде не такой уж длинный. И странно, что указано просто 'thick film'. У этих хоть честно написано: 'wraparound'.

Шило на мыло.
За то перестали правильно измерять напряжение на таком "резисторе"
Да и индуктивность этой цепи вы могли изменить таким образом раза в два не больше, какие там порядки?
Кардинальных перемен такая замена принести не могла.

А в чем магический смысл по вашему в слове 'wraparound'?

Меняли шило на мыло... Давненько... Подробности уже не помню.
Конструкция такая - двухсторонний тонкий (0.1 мм) фольгированный тефлон (ФАФ какой-то). Пластинка закороченная на одном конце. На одной стороне прорезь в металлизации. Поверх этой прорези много (десятки) резисторов вплотную резистивным слоем к плате.
Все получилось как в теории с хорошей точностью.

Тож боролись с мельницами?
В контексте темы речь идет о всплесках на частоте мегагерцы и более.
Такие токи не текут сполошной рекой по всем резисторам сколько бы вы их не напаяли.
Они имеют свойство локализоваться как по вертикали так и по горизонтали.

Окружающая трассировка имеет больше значения чем резисторы.

Нет, не с мельницами. Надо было ток импульсный измерять. Импульс был порядка нескольких микросекунд. Эту полоску (шину) даже пробовали в трубу завернуть (это про окружающую трассировку) - мало менялось. Токи текут туда, куда велит великий Максвелл.

Может дороговизна окупится, за счет удобства применения и надежности, если использовать, например такой модуль.
http://www.pwrx.com/Product/FM600TU-3A