Electronic DC load

[andrewsweet4]

Καλημέρα ομάδα!

Άναφορικά με τη διαφορά του ρεύματος Id που παρατήρησα ανάμεσσα στα 2 mosfet, και το κυκλωματάκι active balancing που χρησιμοποίησα, παραθέτω το παρακάτω απόσπασμα από την εργασία μου. Συγχωρέστε με για το μακροσκελές που post, απλά εκεί περιγράφεται αναλυτικά το φαινόμενο.

"Λόγω της θερμοκρασιακής αστάθειας που παρατηρήθηκε ανάμεσα στα δύο Mosfet του τελικού σταδίου ισχύος της συσκευής, κρίθηκε αναγκαία η προσθήκη μιας ενεργής διάταξης διαμοιρασμού του φορτίου στα Mosfet αυτά. Παρότι που η αντίσταση Rds(on) του καναλιού απορροής -€“ πηγής (Drain - Source) των N-Channel Mosfet αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, κάτι το οποίο θα έπρεπε ισορροπεί το ρεύμα εκροής Id στα δύο Mosfet, μετά από δοκιμές παρατηρήθηκε πως σε κάθε κύκλο μετρήσεων ένα από τα δύοMosfet αυτά ζεσταινόταν αρκετά πιο γρήγορα από το άλλο, κάτι το οποίο δημιουργούσε μια κατάσταση θερμικής διαφυγής (Thermal Runaway), με κίνδυνο την καταστροφή του τελικού σταδίου ισχύος.

Σχήμα 3.20: Μεταβολή Vgs(th) και RDS(on) σε σχέση με τη θερμοκρασία (Πηγή: Datasheet κατασκευαστή)

Μετά από μελέτη και μετρήσεις του σταδίου με θερμική κάμερα, διαπιστώθηκε πως ο αρνητικός θερμοκρασιακός συντελεστής της ελάχιστης τάσης πύλης Vgs(Th) επηρέαζε την αντίσταση του καναλιού απορροής -€“ πηγής (Drain - Source) διαφορετικά σε κάθε Mosfet, καθώς οι πύλες και των δύο οδηγούνται από κοινό τελεστικό ενισχυτή με ίδια τάση, πράγμα που προκαλούσε την προαναφερθείσα αστάθεια. Το πρόβλημα αυτό λύθηκε με τη διάταξη των τρανζίστορ 2N3904 (Q3 και Q4) όπως φαίνεται στο σχηματικό διάγραμμα.

Σχήμα 3.21: Απόσπασμα σχηματικού κυκλώματος σταδίου ισχύος του φορτίου

Σε κάθε περίπτωση που κάποιο από τα 2 Mosfet ισχύος αρχίσει λόγω αύξησης της θερμοκρασίας να άγει περισσότερο από το άλλο, το ρεύμα εκροής του Id αυξάνεται, κάτι που προκαλεί την αύξηση της πτώσης τάσης στις αντίστοιχες αντιστάσεις εκροής (R13 και R17).

Σε αυτή την περίπτωση το αντίστοιχο τρανζίστορ Q3 ή Q4 άγει περισσότερο από το άλλο, «τραβώντας» έτσι την τάση πύλης του εκάστοτε Mosfet προς την αρνητική τροφοδοσία των -5V μέσω των αντιστάσεων περιορισμού των 47KΩ (R26 και R29). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της τάσης πύλης (Vgs) του, και κατά συνέπεια τη μείωση του ρεύματος εκροής Id, φέρνοντας έτσι το σύστημα σε ισορροπία. Οι αντιστάσεις R12 και R15 διασφαλίζουν πως η ενεργοποίηση ενός εκ των δύο τρανζίστορ σταθεροποίησης δεν θα επηρεάσει την τάση πύλης Vgs του άλλου Mosfet. Η λειτουργία του κυκλώματος σταθεροποίησης επαληθεύτηκε με χρήση θερμικής κάμερας, εικόνες της οποίας εμφανίζονται παρακάτω."

Όταν βρώ χρόνο θα κάνω και μια κανονική παρουσίαση της κατασκευής εδώ.

[spirakos]

Απο μονες τους οι αντιστασεις 0.1Ω αντισταθμιζουν τα διαφορετικα ρευματα
Οσο αυξανει η Vgs, αυξανει και το Ids
Ετσι σε μια αυξηση του ρευματος Ids απο τη θερμοκρασια, αυξανει η πτωση τασης στην αντισταση και μειωνει τη Vgs

[744]

Απο μονες τους οι αντιστασεις 0.1Ω αντισταθμίζουν τα διαφορετικά ρεύματα
Οσο αυξανει η Vgs, αυξανει και το Ids
Ετσι σε μια αυξηση του ρευματος Ids απο τη θερμοκρασια, αυξανει η πτωση τασης στην αντισταση και μειωνει τη Vgs

Έχεις δίκιο αλλά εν μέρη. Χρειάζεται πολύ μεγαλύτερη αντίσταση για να υπάρξει ικανοποιητική θερμική σταθεροποίηση. Σε σχέση με την μικρή τιμή των 0,05-0,22 που συνήθως χρησιμοποιούμε στα διπολικά τρανζίστορ ισχύος που παραλληλίζονται, στα MosFet η αντίσταση αυτή πρέπει να γίνει ασύμφορα μεγάλη.

Έτσι η λύση είναι του ενεργού κυκλώματος για τον απόλυτο έλεγχο της θερμικής διαφυγής. Εκτός να αλλάξουν τα MosFet σε lateral.

[andrewsweet4]

Έχεις δίκιο αλλά εν μέρη. Χρειάζεται πολύ μεγαλύτερη αντίσταση για να υπάρξει ικανοποιητική θερμική σταθεροποίηση. Σε σχέση με την μικρή τιμή των 0,05-0,22 που συνήθως χρησιμοποιούμε στα διπολικά τρανζίστορ ισχύος που παραλληλίζονται, στα MosFet η αντίσταση αυτή πρέπει να γίνει ασύμφορα μεγάλη.

Έτσι η λύση είναι του ενεργού κυκλώματος για τον απόλυτο έλεγχο της θερμικής διαφυγής. Εκτός να αλλάξουν τα MosFet σε lateral.

Και εγώ σε αυτό το συμπέρασμα κατέληξα. Θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω και linear mosfets που είναι σχεδιασμένα για λειτουργία στη γραμμική τους περιοχή, αλλά το κόστος ήταν απαγορευτικό. Τις αντιστάσεις στα source των Mosfet δε μπορούσα να τις αυξήσω σε τιμή, καθώς ένα από τα προαπαιτούμενα της κατασκευής μου ήταν να έχει τη δυνατότητα να συμπεριφερθεί όσο το δυνατόν περισσότερο ως βραχυκύκλωμα, για να μπορώ να μετράω το Isc των φωτοβολταϊκών. Οποιαδήποτε έξτρα αντίσταση σε σειρά αύξανε το σφάλμα στις μετρήσεις μου και το απέφευγα.