RSS лента

SergejK

Большие амперы. История развития.

Рейтинг: 5.00. Голосов: 5.
18.06.2018 в 03:54 (665 Показов)
Понадобился мне давече бесколлекторный регулятор на большие токи и напряжения. Поскольку опыт в разработке регуляторов наличествует, да и глянув, что большинство регулей в продаже мало того, что основаны на низкоскоростных атмегах, так еще и основаны на закрытых прошивках, было принято решение сделать регулятор собственной разработки. Ценовой фактор также сыграл роль, да и просто было интересно размяться в разработке чего-нить мощного и интересного. Должен сказать не все сразу пошло так, как предполагалось, но результатом я остался вполне доволен, о чем и повествую далее.


Начиная сначала, вспоминаем, какая была поставлена задача - получить от регуля большие амперы при больших (относительно стандартных коптеровских) напряжениях. Казалось бы, что может быть проще - вместо стандартного одного мосфета включаешь несколько в параллель - и дело в шляпе. Так и порешил, взяв за основу стандартные для коптерных регулей мосфеты в TSDSON корпусах:



Но если бы все было так просто... Во первых сразу что-то пошло не так и при высоких рабочих напряжениях (на которые впрочем они были рассчитаны) мосфеты начали выгорать. Причем не все сразу в плече, а лишь некоторые из них. Тогда вот я и задумался, а как в таком случае работают китайские регуляторы, где накидывают по 9-10 мосфетов в параллель, если даже с 4мя возникали вопросы? Может у китайцев есть свои поставщики исправных мосфетов, на которых мне не посчастливилось попасть? В общем нужно было что-то предпринимать, потому как результата пока не было, а выкладывать еще средств на замену тех мосфетов на заведомо исправные как-то не хотелось. Да и пощупав такой регулятор в работе с тем мотором, с которым предполагалось его использовать, был неприятно удивлен нагревом ключей. А нормальное охлаждение таких корпусов сделать ох как непросто, особенно с учетом особенностей моих плат.

Однако в загашнике с давних пор лежал комплект мосфетов под те же самые нужды мощного регулятора, но уже в другом корпусе, D2PAK. Корпус побольше, потяжелее, но была надежда, что с одним мосфетом в плече не будет проблем с возможными побочными эффектами от параллельного включения мосфетов. Плюс сам корпус массивнее и может рассеивать больше тепла, что давало надежду на лучшие тепловых характеристики. В принципе частично так и получилось со второй версией силовой части регулятора:



Вот этот вариант уже работал исправно, что не могло не радовать. Не радовало только одно - нагрев был значительный. И устранить его с помощью, например, радиатора, при стандартном смд-шном монтаже не особо представлялось возможным. Стандартное китайское решение с простой пластиной, припаянной в непосредственной близости от корпуса мосфета мне совершенно не нравилось:



Все же в этом случае теплопередача получается опосредованная, через текстолит, переходные отверстия и медь платы, а затем пластины. В общем тоже лажа. Покумекав немного, покрутив в руках мосфеты уже в TO-263 корпусах (именно среди них весьма большая часть самых мощных производящихся на сегодняшний день ключей), меня осенило. А что, если перевернуть корпус транзистора, и припаивать теплораспредилителем наружу? При определенной разводке и подгибании выводов в обратную сторону к мосфетам можно было бы напрямую прикрепить хороший радиатор, забыв про проблему охлаждения в принципе. Задумано - сделано:



Вот этот на этот вариант я возлагал уже особые надежды. Так и получилось. Через слюдяные термопрокладки и термопасту радиатор встал идеально, обеспечив отличный теплоотвод:



Замечательным логическим продолжением обеспечения электрического контакта стока транзистора с платой в виде медных шин стало одновременное увеличение с их помощью сечения токоведущего проводника платы, без чего был бы не обойтись в любом случае. Кроме того, монтажные отверстия в плате позволили отлично закрепить радиатор без опасности его отклеивания, при этом обеспечивая отличный прижим к ключам и еще больше улучшая теплопередачу. Плюс теперь можно было хорошо закрепить регулятор на девайсе:



Вот этот вариант уже спокойно работает на честных ~100А токах и 50В входного напряжения, чего собственно и нужно было добиться. Хотя уже и читал подобное, но еще раз убедился - не все заявленные на регулях токи и напряжения одинаково полезны. Разные моторы могут по разному нагружать регулятор, создавая неизвестного происхождения регулятора нагрев на токах, при которых с другими моторами он оставался абсолютно холодным. Ну или сгореть с некоторыми моторами регулятор может при гораздо меньших рабочих токах, хоть и при напряжениях в рамках заявленных производителем.

Да, вот еще что. В процессе бодания с разными вариантами мосфетов, были созданы также различные варианты управляющей схемы на основе различных распространенных прошивок, а именно BlHeli_S, BlHeli_32 и SimonK:



Фактически управляющая схема - это отдельный модуль, монтируемый на силовую плату пайкой:



Контактные площадки сделаны абсолютно идентичными для всех трех управляющих плат, что позволяет быстро и безболезненно либо менять сорт регуля (BlHeli_S, BlHeli_32 или SimonK), оставляя прежней силовую часть, либо при необходимости заменять силовую часть, например на таковую с мосфетами меньшего сопротивления или на большее напряжение. На управляющей плате размещен свой стабилизатор входного напряжения, рассчитанный на входное напряжение до 100В, и естественно также три полумостовых драйвера мосфетов MP1907, выходы которых разведены на монтажные площадки. Также при необходимости можно достаточно свободно масштабировать и модифицировать силовую схему под нужные параметры.

Вот такая вот история.

Всем бобра!

Обновлено 18.06.2018 в 13:02 [ARG:5 UNDEFINED]

Категории
Без категории

Комментарии

  1. Аватар для Plohish
    Грандиозная работа! Не смог пройти мимо не похвалив... Молодец!
    Интересно насколько вышло дорого?
    Платы и схемы планируешь в свободный доступ?
    Мне вроде без надобности, но всё равно интересно...
  2. Аватар для skydiver
    насчет нагрева и выгорания - думается мне проблема то в deadtime и необеспечении необходимого тока затвора при такой дикостной его емкости. но это так, предположение, без схем и кода сказать точно нельзя.
  3. Аватар для Виктор
    Ручное производство никогда не сможет конкурировать с массовым.

    У меня тут сгорел повышающий DC-DC преобразователь, посмотрел цену микросхем для него на АЛИ , а потом новых преобразователей, понял выгоду и заказал новых преобразователей - дешевле.
    Труд конечно тектонический - уважаю, когда время есть можно и позаниматься, сам когда то был таким. Но сейчас мне на это время жалко.
  4. Аватар для Lazy
    Оч. интересно, спасибо
  5. Аватар для pentajazz
    годная работа.
  6. Аватар для SergejK
    Спасибо парни, очень приятно!


    Цитата Сообщение от Plohish
    Интересно насколько вышло дорого?
    Платы и схемы планируешь в свободный доступ?
    Мне вроде без надобности, но всё равно интересно...
    Естественно разработка не получилась дешевой, но, как ни странно, приобретая детали напрямую у китайцев такой регуль получается весьма недорогим. Плюс мне был интересен сам процесс. Выкладывать платы пока не планирую, но если есть интерес то обращайтесь.


    Цитата Сообщение от skydiver
    насчет нагрева и выгорания - думается мне проблема то в deadtime и необеспечении необходимого тока затвора при такой дикостной его емкости. но это так, предположение, без схем и кода сказать точно нельзя.
    Наткнулся в процессе на бородатую уже статью одного весьма интересного человека, как раз насчет китайских мощных регулей: Beyond Unboxing: One Thousand and One Hobbyking Amps. Там автор разбирает ходовые на то, да и теперешнее время дешевые китайские мощные регуляторы и приходит к выводу, что в них очень часто используют весьма слаботочные драйверы при невероятном количестве ключей в параллель, в районе 9 штук. Использованые же у меня MP1907 весьма мощные драйвера, обеспечиваю достаточно быстрое открытие. А нагрев с некоторыми моторами судя по всему происходит из-за частичной работы транзистора не как ключа, а как диода. Соотвественно и тепловыделение при этом выше. Для борьбы с этим эффектом пришлось корректировать прошивку BlHeli_S. Хотя просто хороший теплоотвод помогает уже меньше об этом задумываться. А насчет дедтаймов - естественно экспериментировал и с ними, в первом варианте платы и это не помогало. Возможно слишком кривые дорожки были, электронам приходилось слишком резко поворачивать. А может и мосфеты были бракованые.

    Цитата Сообщение от Виктор
    Ручное производство никогда не сможет конкурировать с массовым.
    Тут как мне видится дело скорее в конечной цели. Если цель завалить мир дешевыми товарами с большими цифрами на этикетке - то да, китайское массовое производство это лучший подход. Но если нужен индивидуальный подход или определенный уровень качества, то тут уже есть о чем подумать. В той же статье о дешевых китайских регулях автор весьма обоснованно предполагает, что их в том числе собирают вручную. Он называет это "феноменом", как они при этом могут стоить столько, сколько они стоят.
    Обновлено 18.06.2018 в 18:32 [ARG:5 UNDEFINED]
  7. Аватар для Udjin
    Гожий регуль и встанет в копейку.
    Добрая работа ..
  8. Аватар для vadimip
    Сергей, доброго времени суток! Можно вопросик по финальному изделию? Это же у вас электротурбина получилась? Сколько наддува с нее удалось снять? Она для четырех или двухколесной техники? Какой у нее источник питания?
    Спасибо!
  9. Аватар для Arkady68
    Цитата Сообщение от SergejK

    Наткнулся в процессе на бородатую уже статью одного весьма интересного человека, как раз насчет китайских мощных регулей: Beyond Unboxing: One Thousand and One Hobbyking Amps. Там автор разбирает ходовые на то, да и теперешнее время дешевые китайские мощные регуляторы и приходит к выводу, что в них очень часто используют весьма слаботочные драйверы при невероятном количестве ключей в параллель, в районе 9 штук. Использованые же у меня MP1907 весьма мощные драйвера, обеспечиваю достаточно быстрое открытие. А нагрев с некоторыми моторами судя по всему происходит из-за частичной работы транзистора не как ключа, а как диода. Соотвественно и тепловыделение при этом выше. Для борьбы с этим эффектом пришлось корректировать прошивку BlHeli_S.
    Насчет малотчных драйверов при невероятном количестве ключей в параллель позвольте согласиться с китайцами, так как потери на переключение на частотах на которых работает регуль (какая кстати частота если точно?) несуществены. Поэтому на дравере можно и съэкономить. А вот о нагреве при обратном токе через ключ это вы в точку, и очень здорово если сумели это исправить прошивкой, т.е сделали синхронный выпрямитель. Эта идея для остальных регулей может помочь? Или проблема у вас была только на малых оборотах?