关于小电流驱动大电流负载的问题

cheery60

关于小电流驱动大电流负载的问题 [复制链接]

 

各位大神，小弟现在碰到一个难以解决的问题，公司现在要做一个用单片机控制4路48V  100A左右的一个负载的通断，现在不打算用继电器控制接触器的方式控制。望各位大神给小弟指点迷津，有什么好办法？我打算用IGBT来做，但没驱动过，看网上说驱动IGBT没弄好的话会烧IGBT。有没有这方面的资料或别的方法

maychang

48V100A，最好还是用接触器控制。IGBT可以控制100A负载，但IGBT导通时功耗估计也有100W以上，那需要多大的散热器？

cheery60

maychang 发表于 2020-4-3 17:15 48V100A，最好还是用接触器控制。IGBT可以控制100A负载，但IGBT导通时功耗估计也有100W以上，那需要多大的 ...

我也害怕有这个问题，现在找那种导通阻抗低一些的，还有一些IGBT模组的，耐高温能到175°，不知道行不行

maychang

cheery60 发表于 2020-4-3 17:27 我也害怕有这个问题，现在找那种导通阻抗低一些的，还有一些IGBT模组的，耐高温能到175°，不知道行不 ...

IGBT没有 “导通阻抗” 这个参数。

IGBT可以看成是一个MOS管和一个双极型三极管组成，因此IGBT完全导通时的压降大体上就是这个双极型三极管的压降。

maychang

cheery60 发表于 2020-4-3 17:27 我也害怕有这个问题，现在找那种导通阻抗低一些的，还有一些IGBT模组的，耐高温能到175°，不知道行不 ...

IGBT在大电流情况下充分导通时，管压降可达2V甚至2.5V。即使电流降到一半，管压降并不是也减少到一半。这一点和MOS管不同。

maychang

cheery60 发表于 2020-4-3 17:27 我也害怕有这个问题，现在找那种导通阻抗低一些的，还有一些IGBT模组的，耐高温能到175°，不知道行不 ...

如果负载开断不频繁的话，要想体积小，可以考虑IGBT与继电器触点并联。需要开通时IGBT先开通，然后继电器触点开通。需要关断时，继电器触点先关断，然后IGBT关断。这样IGBT中通过电流的时间很短，产生的热量不大，继电器触点不控制负载开通关断，不会产生火花或者电弧。本坛模拟版面有个帖子《求大神指点！关于基于单片机的软启动电路的设计》中我就建议使用这种方法。不过那篇帖子是控制交流电动机，故可以使用双向晶闸管。你要控制直流负载，那就不能使用晶闸管了。

PowerAnts

满足DC48V 100A 分断电流的继电器，线圈3-5W，接触电阻零点几mR，小电流如10A接触电阻可达10mR, 轻载的损耗也有好几W， 现在亚mR级的MOSFET不比大触点容量的继电器贵，实在成本苛刻，可以用多颗3元级2mR的并联，并到0.5mR，100A功耗只有5W，10A只有50mW, 爽歪歪. 不过，MOSFET大电流直流开关用得好的恐怕不多

maychang

PowerAnts 发表于 2020-4-3 20:01 满足DC48V 100A 分断电流的继电器，线圈3-5W，接触电阻零点几mR，小电流如10A接触电阻可达10mR,  ...

查TOP-3、TO-264等封装的MOS管，其引脚宽1.2mm，厚0.5mm。铜的电阻率0.018平方毫米/米，计算得一条引脚的电阻就有0.6毫欧，两条就是1.2毫欧。真的不知道1～2毫欧的MOS管是怎么做出来的。引脚到硅片上的引线可是很细的线，多根并联，截面积也好像不到0.1平方毫米。

PowerAnts

maychang 发表于 2020-4-4 10:59 查TOP-3、TO-264等封装的MOS管，其引脚宽1.2mm，厚0.5mm。铜的电阻率0.018平方毫米/米，计算得一条引脚的 ...

有一种封装工艺叫铜纤焊，有一种封装叫HSOF(体积12*10*2.4mm3), 还有一种便宜的封装叫TO-263-7

PowerAnts

还有指甲那么厚的 QFN 5X6  ( 5 * 6 mm )

maychang

PowerAnts 发表于 2020-4-4 11:27 还有指甲那么厚的 QFN 5X6  ( 5 * 6 mm )

现在的生产工艺进步，确实是以前想像不出来的。

不过，几十安的电流，电路板上的铜箔也要加厚才行吧？不仅是铜箔加厚，线条加宽，导线联接也要用足够粗的线，否则那么低的导通电阻岂不白费？

maychang

PowerAnts 发表于 2020-4-4 11:27 还有指甲那么厚的 QFN 5X6  ( 5 * 6 mm )

MOS管总要靠沟道导电。虽然现在的MOS管是很多管胞并联，源极总是要靠芯片表面蒸发上去的金属联接在一起。怎么能够做到那么低，难以想像。

maychang

PowerAnts 发表于 2020-4-4 11:27 还有指甲那么厚的 QFN 5X6  ( 5 * 6 mm )

5*6mm，漏极引脚最多占5mm宽，实际上还不到5mm。那么薄的铜箔，难以想像。

PowerAnts

maychang 发表于 2020-4-4 11:44 现在的生产工艺进步，确实是以前想像不出来的。 不过，几十安的电流，电路板上的铜箔也要加厚才行吧？ ...

你所说的半导体开关会遇到的这些问题，继电器同样也存在。PCB上跑100A不是什么难事

PowerAnts

这台1U冗余电源系列中功率2000W的型号最大输出电流167A，靠金手指与服务器上的插槽连接。盒子宽度86mm, 金手指宽度70mm, 通讯线路占去15mm 左右，承受电流的铜箔宽度约50-55mm

 

PowerAnts

maychang 发表于 2020-4-4 11:49 5*6mm，漏极引脚最多占5mm宽，实际上还不到5mm。那么薄的铜箔，难以想像。

IR曾经是功率半导体器件的头号品牌，几年前卖给英飞凌，他们做不了假。

5X6是一颗很不错的封装，整个半导体的衬底完全由铜箔以垂直导电引出至PCB，封装电阻以及与PCB焊盘的组装电阻相比，比有引脚的方式小得多。封装底部的铜箔在满足强度的条件下越薄越好

PowerAnts

所以我一直强调，选功率器件不要看什么多少多少A，而是要看能接受多大的热损，然后跟据工作电流来选Rds-on

PowerAnts

maychang 发表于 2020-4-4 11:47 MOS管总要靠沟道导电。虽然现在的MOS管是很多管胞并联，源极总是要靠芯片表面蒸发上去的金属联接在一起。 ...

CBB电容的电极也是蒸发到薄膜上的一层几十纳米的金属，但是一颗12*5*8mm的CBB居然可以跑几A的高频电流，靠的不是膜本身导电，而是从卷绕后的边缘处“汇流”，获得极小的ESR和ESL，同样的，封装技术中也有汇流排，可以了解一下铜半导体封装技术。至于PAD到PCB上的焊接电阻，只要PAD周围的铜箔尺寸明显大于PAD尺寸的3-5倍，1OZ的铜厚上面，PAD到铜箔的电阻也就0.1-0.2mR，最大的线路电阻还是体现在铜箔走线，没关系，可以加宽到PAD直径的10倍甚至100倍，可以加厚，可以多层。

也就是说，半导体开关的极限导通电阻，要做到0.1mR甚至0.05mR, PAD与PCB的联接工艺电阻才会成为瓶颈

PowerAnts

到了那个程度，功率开关的温度比铜箔还要低，想想就美

PowerAnts

不要用圆铜线的电流密度来衡量功率器件PAD附近的载流量，强电工领域认为小线径的载流量可以到8A/mm2, 好！把圆铜线拍成0.035mm厚的铜箔，表面积变为原来的14.3倍，同样的温升是不是可以跑114.4A/mm2了？

QFN5X6的功率器件，漏极约3X4，周长14mm处的铜箔截面积为0.49mm2 (1OZ铜厚），往上和左右扩散1分公处达到1.225mm2。当然了，我们不会让单管跑这么大的电流，得放3颗，铜箔自身温升理论上只有电工导线的1/9