¿Por qué los controladores de motor BLDC (1 kW) tienen tantos MOSFET?

Tengo un motor BLDC trifásico de 1 kW de China, y yo mismo estaba desarrollando el controlador. A 48 V CC, la corriente máxima debe ser de aproximadamente 25 amperios y una corriente máxima de 50 amperios para duraciones cortas.

Sin embargo, cuando investigué los controladores de motor BLDC, me encontré con controladores MOSFET de 24 dispositivos que tienen cuatro MOSFET IRFB3607 por fase (4 x 6 = 24).

El IRFB3607 tiene una Id. De 82 Amperios a 25 ° C y 56 Amperios a 100 C. No puedo entender por qué los controladores se diseñarán con cuatro veces la corriente nominal. Tenga en cuenta que estos son controladores chinos baratos.

¿Algunas ideas?

Puede ver los controladores aquí, si necesita traducir alguna parte del video, hágamelo saber.

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

Teniendo en cuenta la disipación de calor, estos dispositivos funcionarían a 15 kHz, por lo que aproximadamente la mitad de la pérdida sería pérdida de conmutación.

Tenga en cuenta que estos son controladores chinos de $ 25 y que cada mosfet costaría aproximadamente $ 0.25. No creo que a estas personas les importe mucho la eficiencia o la calidad. Estos controladores tienen una garantía de 6 meses a 1 año como máximo.

Por cierto en el lenguaje laico de los usuarios, Mosfets se llaman MOS-Tubes. De ahí los tubos.

La razón para usar múltiples MOSFET es reducir la disipación de energía, lo que resulta en un diseño más económico .

Sí, un MOSFET puede manejar la corriente, pero disipará algo de energía, ya que tiene cierta resistencia, típicamente 9 mohm para el IRFB3607 .

A 25 A eso significa 25 A * 9 m ohm = 225 mV caída

A 25 A eso significa 25 A * 225 mV = 5.625 W de disipación de potencia

Un disipador térmico para eso necesitaría ser sustancial.

Ahora hagamos el mismo cálculo para 4 IRFB3607 en paralelo:

Ahora 9 mohm se divide por 4 debido a 4 dispositivos paralelos:

9 m ohmios / 4 = 2.25 mohm

A 25 A eso significa 25 A * 2.25 m ohm = 56.25 mV caída

A 25 A eso significa 25 A * 56.25 mV = 1.41 W de disipación de potencia

Ese 1.41 W es para todos los MOSFET juntos, por lo que menos de 0.4 W por MOSFET que pueden manejar fácilmente sin ningún enfriamiento adicional.

El cálculo anterior no tiene en cuenta que el Rdson de 9 mohm aumentará cuando los MOSFET se calienten. Eso hace que la única solución MOSFET sea aún más problemática ya que se requiere un disipador térmico aún más grande. La solución 4 MOSFET podría "simplemente administrar" ya que todavía tiene cierto margen (el 0.4 W podría aumentar a 1 W y eso todavía estaría bien).

Si 3 MOSFET son más baratos que un disipador térmico (para disipar 6 vatios), entonces la solución 4 MOSFET es más barata .

Además, los costos de producción pueden ser ligeramente más bajos para colocar 4 MOSFETS en comparación con 1 MOSFET + Disipador térmico ya que el MOSFET debe atornillarse o sujetarse al disipador térmico, eso es un trabajo manual, por lo que aumenta el costo.

Un beneficio adicional es que la confiabilidad se vuelve mejor ya que esos 4 MOSFET no son "trabajados" tan lejos como un solo MOSFET.

¿Podríamos usar un MOSFET "4x" más grande, 2.25 mohm?

Claro, si puedes encontrarlo! 9 mohm ya es bastante bajo. Cada vez es más difícil (y más caro) bajar a medida que entra en juego la influencia de los cables de unión. También seguro que cuatro MOSFET "en el medio del camino" son más baratos que un MOSFET grande y gordo.

Para casi todos los componentes eléctricos, la vida útil disminuye exponencialmente al aumentar la temperatura. Esto es especialmente cierto con los condensadores, que se encuentran en los controladores de motor BLDC para disminuir el ruido eléctrico y los picos de alta corriente.

Digamos que el controlador con 4 FET por fase aumentó la temperatura en 10 ° C a la carga nominal. Suponiendo una temperatura ambiente de 30 ° C, el controlador estaría funcionando a 40 ° C. A esta temperatura, incluso los condensadores electrolíticos de aluminio de rango de temperatura estándar podrían durar más de 120,000 horas.

Si se construyera el mismo controlador con 1 FET por fase en lugar de 4, la resistencia aumentaría en un factor de 4 y las pérdidas I ^ 2R también aumentarían en la misma cantidad. Con el mismo disipador de calor, el controlador experimentaría 4 veces el calentamiento por encima del ambiente. Ahora estaría funcionando a 70 ° C. Esto reduciría la vida útil de los condensadores en un factor de alrededor de 10, y también disminuiría la vida de otros componentes de manera similar. Para contrarrestar esto, se requeriría un disipador térmico más grande, y sería más barato (y más pequeño) usar más FET.