Parallele MOSFETs, um mehr Strom zu erhalten (40 A einstellbare Stromquelle)

In meiner vorherigen Frage zu einer einstellbaren Konstantstromquelle wurde mir geraten, einen Operationsverstärker und einen MOSFET zu verwenden, um eine Stromquelle zu erzeugen, die ich mit einer variablen Eingangsspannung einstellen könnte.

Das Ziel ist es, einige Sicherungen zu testen (normaler Betriebsstrom und Zeit/Strom bis zum Schmelzen). Dazu bräuchte ich (mindestens) etwa 50A.

Hier ist die ursprünglich vorgeschlagene Schaltung:

aktuelle Quelle

(Bildquelle: Lernen über Elektronik )

Der Widerstand würde durch einen viel niedrigeren Wert ersetzt (in mOhm, um mit zu hohem Strom fertig zu werden). Um thermische Probleme zu vermeiden, möchte ich MOSFETs (4 Geräte) parallel schalten. Soll ich einen Operationsverstärker pro MOSFET verwenden (die gesamte Schaltung viermal replizieren) oder soll ich nur einen Operationsverstärker verwenden?

Ich glaube, ich verstehe, wie die einzelne MOSFET-Schaltung funktioniert, aber ich bräuchte etwas Hilfe, um sie zu vergrößern und zu vermeiden, dass ich meinen armen einzelnen MOSFET mit 40 A DC anröste !!

Die Idee wäre, eine Autobatterie als Hauptstromquelle zu verwenden. Vdd um 12V und jede Menge Ampere!

@ Akira Doe. Wir müssen wissen, was Vdd ist. Verlustleistung und SOA sind hier große Zuverlässigkeitsprobleme.
@Autistisch: Ich würde eine Autobatterie verwenden, um die Schaltung mit Strom zu versorgen. 12V und viel Strom. Für den normalen Betrieb müsste ich es auf 15 A testen (maximale kontinuierliche Entladung meiner 18650-Batterien, die ich absichern möchte) und ich möchte die Sicherung so konstruieren, dass sie bei 50 A schnell schmilzt.
Wäre es nicht einfacher, einen Abwärtswandler herzustellen und die MOSFETs einfach so zu verwenden, wie sie zusammen mit einem Tiefpass-LC-Filter verwendet werden sollen, um die Welligkeiten zu reduzieren?
Wie schnell muss der Strom ansteigen?
Um thermische Probleme zu vermeiden... Warum nicht einfach ein Gerät verwenden und es auf einen geeigneten Kühlkörper montieren? So viel Kühlkörper benötigen Sie sowieso bei vier Geräten, verteilt auf vier Kühlkörper. Es ist normalerweise billiger, einen großen zu bekommen.
@Spehro: Ist mir eigentlich egal. Ich werde es verwenden, um den Strom zu testen, der zum Durchbrennen einer Sicherung benötigt wird. Ich gehe davon aus, dass die Sicherung in etwa einer Sekunde durchbrennt, sodass die Anstiegszeit nicht kritisch ist.

Antworten (2)

Sie haben zwei Probleme

  1. Das Parallelschalten von MOSEFTs in diesem Modus ist instabil. Sie könnten jedoch die Ausgänge mehrerer völlig unabhängiger Stromquellen parallel schalten, jede mit ihrem eigenen Leistungsgerät, Rs und Operationsverstärker.
  2. Die meisten MOSFETs werden es nicht mögen, in einem solchen linearen Modus zu arbeiten, sie sind für den Schaltbetrieb ausgelegt und spezifiziert. Intern sind MOSFETs Hunderte, wenn nicht Tausende von separaten kleinen FETs. Wenn sie vollständig eingeschaltet sind, teilen sie den Strom gut, ihr Widerstand ändert sich mit der Temperatur, so dass alle Hotspots auf dem Chip Strom abgeben und abkühlen. Beim Betrieb im linearen Modus sind sie instabil, mit v G S sich mit der Temperatur ändern, so dass alle Hotspots auf dem Chip heißer werden und schnell thermisch weglaufen.

Wenn Sie sich das Diagramm des sicheren Betriebsbereichs (SOA) für viele Leistungs-MOSFETs ansehen, finden Sie Kurven für verschiedene Impulslängen, aber selten eine DC-Kurve, sie sind einfach nicht für die Verlustleistung unter DC-Bedingungen spezifiziert. Während eines kurzen Impulses im linearen Bereich oder während eines Übergangs zwischen Aus und Ein beginnt der Chip wegzulaufen, aber das lineare Ereignis ist vorbei, bevor irgendein Schaden angerichtet wird. Wenn Sie das SOA-Diagramm auf BJTs überprüfen, finden Sie immer eine DC-Linie, sie funktionieren mit DC.

Sie haben drei Möglichkeiten.

  1. Finden Sie FETs, die für den DC-Betrieb im linearen Bereich spezifiziert sind. Diese sind rar gesät und relativ teuer. Sie sind normalerweise für Audioverstärker gedacht.
  2. Betreiben Sie den FET mit einem Bruchteil seiner Nennschaltverlustleistung, vielleicht 20 %. Das ist wahrscheinlich ungefährlich.
  3. Verwenden Sie BJTs. Darlingtons haben oft Stromverstärkungen über 1000, also belasten Sie Ihren aktuellen Servo-Operationsverstärker nicht zu sehr.
Können Sie eine näher erläutern? Ich habe Mosfet für diese Art der Regulierung jahrelang verwendet und hatte nie Stabilitätsprobleme. Sie würden in diesem Fall nicht für Audioverstärker verwendet. Viele, viele billige Mosfets sind für den Gleichstrombetrieb im linearen Bereich ausgelegt, nehmen Sie BUK7Y102-100B als Beispiel. BJT erfordert eine komplexere Treiberschaltung.
Für die kleine Geschichte hat meine vorherige Firma eine Maschine mit etwa 2.000 parallel geschalteten Mosfets, die geregelte 20.000 Ampere im Impuls liefern. Es gibt mehr als 1000 dieser Geräte, die seit etwa 8 Jahren in Betrieb sind, und bisher ist noch kein Mosfet-Ausfall aufgetreten.
@Damien Das Schlüsselwort ist "Puls". Ist das Ihr Verwendungszweck? Jeder scheint zu denken, dass Sie es wie ein Schweißer anlassen wollen. Apropos, ein Lichtbogenschweißgerät ist genau die Art von einstellbarer Stromquelle, nach der Sie suchen, aber es ist Wechselstrom.
@piojo das war für den größeren Maßstab, es wird auch bei Gleichstrom bei niedrigeren Ampere verwendet. Der Schlüssel ist, innerhalb der Verlustleistung zu bleiben.
Mosfet sind besser geeignet, um parallel zu sein, wie bereits hier zu den beiden Antworten beantwortet, da bjt ein Gain-Matching-Problem und ein thermisches Durchgehen hat electronic.stackexchange.com/questions/77045/…
@Damien Ja, BUK7Y102-100B sieht vernünftig aus, benötigt weniger Derating für DC als normalerweise erforderlich, was etwa 40 W auf der SOA entspricht, verglichen mit einer maximalen Verlustleistung von 60 W.
Ich sollte hinzufügen, dass ich mich falsch ausgedrückt habe. Fast alle Lichtbogenschweißgeräte sind DC. Aber nach dem, was ich gelesen habe, schwankt der Strom zusammen mit der Wechselstromwellenform und geht am Nulldurchgang vielleicht sogar auf Null.
@piojo Lichtbogenschweißer sind zwar lose geregelte Gleichspannungen, aber definitiv Gleichspannungen, und der Strom kann am Nulldurchgang nicht auf Null gehen. Wenn der Strom auf Null ginge, würde der Lichtbogen brechen.
@NateStrickland Ich könnte mich in meiner obigen Aussage irren, aber es gibt definitiv schlechte Schweißer, bei denen der Lichtbogen bei niedrigen Strömen bricht. Es gibt DC-Schweißer, die einen schwierigen Stab wie 6010 verwenden können, und DC-Schweißer, die dies nicht können. Außerdem gibt es Wechselstromschweißer, und der Lichtbogen reißt nicht ab, vorausgesetzt, Sie verwenden Schweißstäbe mit geeignetem Flussmittel (z. B. 6011 statt 6010).
@Damien: Ich bin mit SMD-Bauteilen nicht allzu vertraut. Ich habe große Kühlkörper (30 cm * 20 cm * 5 cm Lamellen) mit Gewindelöchern, auf denen ich TO220 Fets leicht montieren könnte. Hätten Sie eine Empfehlung für MOSFETs ähnlich wie BUK7Y102-100B in TO220? Vielleicht BUK7575-100A? Es gibt eine DC-Leitung im SOA mit 10A bei 10V. Ich könnte versuchen, 8 parallel zu schalten, um sicher zu sein.
@AkiraDoe aus dem Diagramm dieses Mos können Sie wahrscheinlich 5-6 A bei 12 V in Gleichstrom haben, also würde ich mindestens 10 davon einsetzen.

Verwenden Sie einen Operationsverstärker, der einen ziemlich hohen Strom (20 + mA) treiben kann, und fügen Sie an jedem Gate des Mosfets einen 1k-Widerstand hinzu.

Ein gutes Beispiel ist ein Audioverstärker. Sie müssen sich nicht um die Regelschaltung kümmern, da Sie einen Operationsverstärker verwenden, aber es zeigt, dass der Mosfet parallel geschaltet ist.

Da die Mosfets eine positive Temperaturabhängigkeit in Bezug auf die Temperatur haben, kompensieren sie den Stromfluss automatisch und vermeiden ein thermisches Durchgehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn sie im linearen Modus betrieben werden, haben die meisten MOSFETs (wenn nicht alle) keinen negativen Temperaturkoeffizienten und können ziemlich stark unter thermischem Durchgehen leiden, wenn nicht darauf geachtet wird.
@Andyaka Sie liegen falsch, hier ist eine Referenz: onsemi.cn/PowerSolutions/document/AND8199-D.PDF
Sie haben dieses Dokument nicht sorgfältig genug gelesen -1. Schauen Sie sich Abbildung 1 an und fragen Sie sich, was der Temperaturkoeffizient ist, wenn Vgs unter 6,3 Volt liegt. Lies die Wörter unter Abbildung 4 und lerne.
@Andyaka Die Situation des thermischen Durchgehens tritt auf, wenn Sie große Geräte mit niedrigen Strombegrenzungseinstellungen verwenden.
@Andyaka Mosfet hat einen positiven Temperaturkoeffizienten und der Strom nimmt mit Wärme ab. Sie haben das Dokument nicht gelesen. Es ist eine Zelle INNERHALB eines Mosfets, die in dem, worauf Sie sich beziehen, möglicherweise thermisch durchgeht, aber dies hat nichts damit zu tun, mehrere Mosfets parallel zu haben.
Lesen Sie die Antwort von gsills und beachten Sie, dass der antwortende Typ in der "obersten" Antwort in Kommentaren daran erinnert wurde, wie fehlgeleitet seine Vorschläge sind.
Ich denke, ein wichtiger Teil der obigen Schaltung, der nicht bemerkt wurde (und meiner Meinung nach dazu beiträgt, dass er funktioniert), ist, dass jeder MOSFET seinen eigenen Quellwiderstand hat (1R-R18, R22, R26, R30 usw.), was hilft die MOSFETs teilen sich den Laststrom.
@ user85471, der Widerstand ist Teil des Mosfet-Ausgleichs zwischen High-Side und Low-Side, um einen 0-Durchgang zu haben, er wird in der OP-Anwendung nicht benötigt.
Parallele MOSFETs, um mehr Strom zu erhalten (40 A einstellbare Stromquelle)
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