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DIY 1500W、600A高精度恒流电子负载(更新中。。。)

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发表于 2014-2-19 17:03:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
什么是电子负载

电子负载也叫假负载,是一种可以控制电流、电压和电阻的仪器,可以模拟真实负载,比如大功率电阻、充电的电池、用电器,可以消耗、吸收或承载功率和电流,用来测试各种电源。
PLZ-4WH_Series_0.jpg

常见的电子负载直流的为多。

商品电子负载,常见的都是中小功率,比如150W、300W。大功率的体积重量都比较大,价格也高。

搞电源的、DC-DC的、电池相关的,电子负载是必备仪器。


点评

老大,这是上特斯拉的节奏  发表于 2014-4-26 11:56
 楼主| 发表于 2014-2-19 17:03:29 | 显示全部楼层
电子负载的指标

1、最大承受功率
顾名思义,就是电子负载能够承受的最大功率。这是电子负载重要指标,电子负载尤其是中小功率的,都是以消耗电功率转换成热能为原理,因此功率决定了器件、决定了体积,也在很大程度上决定了价格。一般电子负载功率150W和300W常见,更大功率的体积重量和价格都比较高。

2、最大承受电压

就是电子负载最大可以加到多高的电压,一般几十伏,或者上百伏,毕竟这对于功率半导体器件是小菜。但电压太高存在安全和绝缘问题,因此高压的电子负载不太常见。

3、最大承受电流

功率一定场合,低压下应该可以消耗更大的电流,但由于各种限制,电流也不能无限增加,否则电压太低也没啥用途,30A和60A比较常见。电子负载能够工作的区域范围见下图,横轴是电流,纵轴是电压:
N3300A-range.gif
图中A部分横线,就是最高电压限制,曲线B,就是最大功率界限,而C,就是最大电流边缘。
还有一个限制就是D,表现为大电流时不能工作在小电压下,是管子的饱和压降和检流电阻等内部原因所导致,这个压降越小越好,比如低于0.8V才可以测试镍氢电池,如果这个电压较高,那只能降低工作电流以求得最低使用电压。也有个别电子负载这个压降为0的,也就是0V就可以工作,甚至可以达到负电压就工作(成为电源了),那就跑到第四象限里面去了。

4、主要功能
一般的电子负载都具备恒流、恒压、恒阻功能

恒流,就是在最大电压和最大功率限制范围内,无论外加电压多大,消耗的电流为一定。这个电流当然可以在最大电流范围内随意设置,比如设定了5A,那么一般外加电压在1V到30V范围内,电子负载都吸收5A电流。这个功能很常用,主要用于测试各种电源、电池和DC-DC等。

恒压,就是在最大电流和最大功率限制范围内,无论外加多大电流,表现为恒定电压。这个电压当然可以在最大电压范围内随意设置,比如设定了15V,那么一般外加电流在10A之内,电子负载都能维持在15V。这个功能主要用于测试恒流负载,比如恒流源、太阳能电池。

恒阻,电子负载表现为一个电阻,阻值多大可以设定,比如设置在1欧,那么加上1V电压就吸收1A电流,加10V电压就吸收10A电流。当然,恒阻的条件是电压、电流、功率不超过电阻负载的最大规格。

恒功率,电子负载表现为恒定功率,比如设定在60瓦,那么加上5V电压就吸收12A电流,加10V就吸收6A电流,加60V就吸收1A电流。很多DC-DC具有恒功率特性(因为DC-DC效率高、输出电压恒定),因此,具有此功能的电子负载可以模仿DC-DC的耗电。恒功率的特性实现起来稍微麻烦一些,因为需要乘法器。可以是模拟乘法器,但更多的电子负载由于有MCU、ADC和DAC,用数字的方式实现起来更方便,就是速度上有所限制。
N3300A-range2.gif
红色垂线为恒流,电流设定值不同则红线会在左右不同位置,设定完毕开始工作时,红线就是负载曲线;

蓝色直线为恒压电压设定值不同则蓝线会在上下不同位置,设定完毕开始工作时,蓝线就是负载曲线;
粉色斜线为恒阻电阻设定值不同则粉线会围绕原点转动,设定完毕开始工作时,粉线就是负载曲线;
绿色曲线为恒功率,功率设定值不同则绿线会接近原点或远离,设定完毕开始工作时,绿线就是负载曲线


5、辅助功能

各种接口、各种测试模式、各种保护等

6、性能

噪声、稳定性、设置精度、显示精度、响应速度等。

7、其它





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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:03:37 | 显示全部楼层
常见的电子负载
美国惠普/安捷伦/Keysight
N3300A系列

http://www.home.agilent.com/zh-CN/pc-1000000168%3Aepsg%3Apgr/dc-electronic-loads?nid=-536902252.0.00&cc=CN&lc=chi
高端、模块化的,主机可以达到1800W,通过安装不同模块可以有不同功率/电压/电流组合。
N3300A.jpg
N3300A2.jpg

日本菊水

PLZ-3WH 系列
https://www.kikusui.co.jp/cn/product/detail.php?IdFamily=0012
共有4种型号,高性能、高速、多功能,内部结构合理。
PLZ-3WH.jpg

PLZ-3WH1.jpg


台湾博计
3311D
http://www.prodigit.com/index.php?lang=&op=product&pro_id=74&pro_num=1025
300W、60V、60A,可编程多功能电子负载

3310d.jpg


国内艾德克斯

IT8512C
http://www.itech.sh/en/products.jsp?id=14&sortid=001008
300W、120V、60A,可编程多功能高精度电子负载
IT8512C.gif
这款带有C后缀的电子负载是较新型号,我早年有个不带C的,外观和功能一样,就是电流只有30A:
01el.jpg






点评

很时髦,Keysight都出来啦  发表于 2014-4-26 12:42
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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:03:43 | 显示全部楼层
电子负载的用途与使用
这里列举我自己常用的例子来说明。

1、测试电源的负载特性和噪声
电源直接接假负载,开机,电源设置到某电压(和某电流,如果电源带有恒流或限流特性的话),电源开启软开关,则应该在电子负载上读出输出电压。如果需要较高精度读出电压值,应该用高精度的万用表同时测量,表笔接电源输出接线柱。根据电源的额定输出电流能力,在电子负载上选定恒流模式并设定不同的电流,这IT8512上设定5A恒流的操作顺序是 I-SET、5、Enter,打开电子负载的软开关(On/Off键),电子负载就开始吸收5A的电流了。一旦电源供给电流,其输出电压就应该有少许下降(内阻),需要读出输出电压值,并记录电源在不同电压和不同电流组合下的实际输出电压值,多次测试,就可以做出表格或曲线,求得电源的负载特性。对于噪声和纹波特性,可以类似测试。电源的指标其实很多,比如长期稳定性、温升、额定负载下对不同交流电源的响应等,都可以通过电子负载对电源加上一定的负荷后进行测试。没有电子负载,只能测试空载情况,就很局限了;或者只能用真实负载,可变性和方便性就受到很多限制。
2、测试电池的容量
100Ah的铁锂电池,充满电后,测试容量。重新充满,放置1年,再测试容量,可以得到每年的自放电特性。
电子负载用IT8512,开机,正负端子用大电流引线接到电池上,此时电子负载会显示电池电压。按I-SET,输入3、0、Enter,即设置成30A恒流,再按On/Off开启电子负载就可以了。测试时随时记录时间-电压,电压降低到2.5V时就可以再次按On/Off按钮结束放电。
实际上,可以设置电压低限为2.5V,这样达到2.5V时电子负载就会自动断电,就不会让电池过放。设置电压低限要按Shift、Menu、System Set、Voltage Off Set即可。
更进一步,该假负载有测试电池功能,设置好电流后,按Shift、Battery,直接输入放电结束电压,再按Enter就开始放电,达到电压后自动停止,同时显示容量。

3、测试DC-DC的转换效率
DC-DC的输入端接电源,输出端接假负载,开机电源和假负载,就可以在假负载上读取电压值,改变电源的输入电压,可以记录输出电压的变动。
假负载设定一定的电流,开启,就可以读出输出的电压和电流值,从电源上读出输入的电压电流值,就有:
效率=(输出电压×输出电压)/(输入电压×输入电压)×100%

改变输入电压,就可以测试不同输入下的效率。同时组合改变输出电流,就可以得到该DC-DC在各种情况下的表现。


4、测试1A恒流源的恒流特性
1A恒流源接到电子负载上并开机,可以从电子负载上得到开路电压。电子负载设置在恒压1V并开启,就应该看到1A的电流;改变电子负载的电压,电流应该不变,如果有变动那就说明恒流特性不理想,或者输出电压太高,超出恒流源范围。


5、与大功率电源组成大电流恒流源
很多大功率电源不具备恒流输出特性,最多有过流保护,比如我的SS-330W 1000W电源,再比如MW
SCN-1K5,15V、100A电源。
把电子负载接到电源上,电子负载选恒流20A,开启后,就会流过20A的恒定电流,即便电源的电压在一定范围内变动(当然要在电子负载的功率允许范围内),或者引线电阻变化,或者串联了个电阻,因为电子负载要吸取固定的电流,因此会保持20A不变,恒流特性如何,几乎完全取决于电子负载。这样就形成恒流源,通用性比较强,比如测试电流传感器等。

Fesh-MOT-L.gif

上图来自共振磁场线圈的一个大电流稳定项目,其中C就是负载线圈,D是安捷伦电源(6682A),A和B组成高精度恒流负载,A是IGBT模块,B是Danfysic 867-200I磁通门高精度电流传感器,通过B的检测控制A,让C得到稳定的电流。电源D仅仅作为一个电源来使用,恒压模式,电流的稳定度与此无关,尽管这款电源具有恒流模式,但精度达不到要求。


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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:03:55 | 显示全部楼层
电子负载的原理与内部构成
原理在这里就先不细说了,不同模式下也不同。
恒流模式下的原理其实很简单:
1A-原理图as.gif

其中Q是输出管子,Rs是检流电阻,Vref是代表电流设定值的电压信号,当外加电压后,由运放控制Q,保持Rs上的电压与Vref一致,即Vref=Iout*Rs,因此有
Iout=Vref/Rs
由于在工作中可以认为Vref和Rs是恒定的,所以该电路吸收的电流也为恒定。改变Vref就可以成比例的改变恒流电流。可以承受的最大电压要看晶体管的耐压和能承受的功率,而能够保持恒流的最低电压要看Rs的电压和三极管的饱和电压。

当然,电子负载的实际电路要复杂得多,加上其它模式和各种功能,电源、数字部分、显示和用户界面一个也不能少。IT8512的内部图如下。
DSCN3240s.jpg

比较明显的看到2个较大的带有风扇的管道式散热器,散热器上装有塑封功率管,附近有均流电阻,左边还有2个检流电阻丝。


DSCN3244s.jpg

一共4个功率管子(外加另外2个不同封装的,没注意到底是什么),总功率300W,因此每只最大耗散75W。均流电阻是0.05欧的8只,由于最大电流30A,因此每只管子平均最大7.5A,电阻可能是两两并联,那样功耗和电流都要小一半。输出控制运放是2只TL084,很常见的JFET输入4运放。


DSCN3247s.jpg

误差放大和前面对比部分,用了数只OP07C,还有1只OP27(没在照片上)。


DSCN3243s.jpg

核心部分的几只多脚IC的型号被擦去了


检流电阻和输出接线柱部分特写,检流电阻的位置有4个,实际安装了2个:
DSCN3241s.jpg


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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:04:00 | 显示全部楼层
恒流电子负载与恒流源的关系

恒流源这个名词比较通用一些,首先是恒流,其实是源。源就是电源、源泉的意思,意味着可以提供正能量。


恒流负载,尽管也有恒流二字,但为负载,是消耗功率的,不提供正能量。
恒流负载一般为交流供电,但也可以简单的看成是一个二端器件。


与恒流源(Current Source)相对应有个狭义的名词叫恒流沉(Current Sink),这一般是指三端恒流器,负载要接在电源和输出之间。
相对也有个狭义的恒流源,也是三端接法,负载是接在输出和地之间,由于共地因此比较好用。
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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:04:12 | 显示全部楼层
为什么要DIY 1500W、600A高精度恒流负载

简单的两个原因:一个是因为有需求,另一个是买不到。
即便这个指标的电子负载能能买到,也是天价了。


恒流其实是我最常用的电子负载功能,主要是测试各种电源、电池,还可以与电源组成恒流源。只做恒流功能,用途单一,比较好做。当然,
也不排除以后扩展功能。

大电流精密恒流源的用途比较多,因为很多设备和试验涉及高精度磁场,比如核磁共振、粒子加速器、离子约束装置,因此就有大量的高精度恒流需求。

但指标为什么定在1500W、600A呢?这主要是我正在DIY高精度600A测试器,会与这个匹配,而600A测试器选600A的原因是因为IT 600-S的量程是600A。600A的电源一般有3V,去掉引线接头等也可能有2.5V,这样就要求电子负载可以承载600A×2.5V=1500W的功率。

600A是最大电流,使用中完全可以设置更小的电流。比如200A、100A甚至更小,这样就比较灵活而通用。由于功率较大,因此电流小就可以施加更高的电压,适用范围会更宽一些,比如以1C放电率测试100Ah、12V的电瓶。

与商品电子负载比,DIY的这个要高精度,但又要方便和低成本,因此要简化。简化后那些指标收到了影响?可能很多,比如功能、方便性、可靠性,这些我都不在乎,最在乎的是1500W、600A、高精度。




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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:04:19 | 显示全部楼层
1500W、600A恒流负载的制作思路
首先,参考Agilent N3306A电子负载[1]
N3300A-spec.gif

安捷伦是著名仪器公司就不用说了,尽管安捷伦已经不存在了,但这个名字早已被大家熟知,还会存在很长时间。其N3306A是N3300电子负载系列里功率最大(600W),电流最大(120A)的模块,因此具备很强的参考价值,尤其是安捷伦公开其资料,包括电路图,所以给DIY提供了很多方便。

该电子负载在此处的重要参考部分是输出部分,由16组相同的功率单元并联而成,每个单元的电路如下:
N3306A-PowerB-p.gif

其中Q2和Q24是二选1,不是二个不同的管子直接并联,R199和R200也是不同时焊接的跳线。
R70是检流电阻,U22是差分式的检流电压放大器,会在并联虚地短路的I_SUM端子上形成合计电流信号,这个信号与单元编程电压输入Cell_Prog进行对比,有差异的话通过U7放大再驱动MOS管,达到让输出电流与编程电压相匹配。

以上是一个内部反馈控制环,为了达到比如恒流恒压等功能,需要有第二个控制环,比如恒流功能,需要有一个代表设定/编程电流的CC-PROG信号,与实际电流I_Set信号进行对比,有差异就去控制Cell_Prog,就可以达到恒流输出的目的。恒流控制单元电路图如下:
CC_Control.gif


N3300A的照片局部(photo courtesy of Enjoydiy)
N3300A-p.jpg


用MS仿真一下功率单元,并试图改变Cell_Prog等参数,感觉电路设计的很合理:
Power-simu.gif

最重要的一点,这种单元的设计可以方便并联而互不影响,电流天生就具有并联能力,输入端电压输入信号并联也没有任何问题。
这个电路尽管看起来复杂一些,但那句话是怎么说来的,领土虽大但没有一寸是多余的,元件虽多但没有一个是白吃饭的。

当然,由于这个电路设计的比较早(10年以上,用户手册是2004年的),当时功率MOS元件性能一般,加上Agilent出名的大余量设计,还有灵活多功能要求也增加了复杂性,因此用在我这里的时候做了一些改动,电路如下:
Modi.gif

其中,左下角增加的U1及相关元件是临时进行CC控制,可以模拟出完整的恒流负载特性;右边红色的部分是大电流通路。
改动的内容如下:
1、去掉2.5V偏压和二个90k电阻。偏置可以以后集中处理,不在单元电路里体现;
2、U22改成噪声只有原来1/10的ADA4528(仿真软件MS11里没有,用类似的先替代),Agilent当时设计时还没有这么低噪声的自稳零运放(追加:事实上,MS12里已经有这个运放了,足见此运放比较新);
3、检流电阻改成1mR的,这样可以通过大电流而功耗不增。尽管检流电阻上的电压变低了,但由于采用低噪声运放,整体噪声反而会减少;
4、输出管子换成580W大功率的IRFPS3810,当时Agilent设计时还没有这么大功率的,只用了150W的管子;
5、U22的放大倍数增大一些,以便适应减少的采样电阻电压,同时使得输出满度电压减少到1V,这样可以与IT 600-S的输出兼容;
6、U7从从反向输入放大改成同相输入放大,这样单元编程电压(Cell_Prog)的极性就从负电压变成正的;
7、U7改成单电源供电,这样去掉负电源,简化电路。U7本身就是可以3V起供电的单电源运放,可以驱动较大的电容负载。

这已经可以看出600A恒流负载的雏形了,每个单元输出60A,10个这样的单元并联,就是600A。
并联的时候需要每个单元的4根外接线并接到一起:Cell_Prog、相应的地、正负接线。左下角的恒流控制部分是公用的、只有一个。本来I-Set是需要接反向放大运放的负输入即虚地,这样才能起到电流相加功能,不过现在U1不是用作加法器,而是让R140等电阻自己做平均后再与I_Set对比,效果是一样的。
parallel.gif

上图只画了3个单元的并联,所有正输出接到一起然后再接到真正的输出正接线柱,负接线柱类似;所有的I_Sum即不同单元的R141接到一起形成平均电路(平均电路与合计电路其实就差个比例系数),用运放U1对比设定信号,最后的误差信号供给所有的Cell_Prog,这样形成第二个闭环控制。

图上还有另外一个新增的部分,就是所有的负引线到达n_Bingding_Post之前,要通过电流传感器IT 600-S的原边,这样在副边就得到一个高精度的、满度1V的代表输出电流的电压信号,可以用来替代原来的各单元的平均电流I_Sum,由此得到高精度恒流。





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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:04:33 | 显示全部楼层
实际制作:大电流、大功率部分

大功率首先要有相应的散热片,我找到一个端面是120×120,高度为240的通道式大型散热片:
HeatS.jpg

单端或者双端加上120mm的强力风扇,有望耗散1500W。试验了一下,噪声比较大,但小体积要大功率只能忍一点了。耗散1500W温度会比较高,到底多高还与风速有关,我也不会算,到时候再看,如果温度真的太高那就只能不连续开机。无论如何,要装一个温度测量的东西。

大功率管子是IRFPS3810,100V耐压,最大电流170A,内阻最大9mR,极限功率达到惊人的580W。
IRFPS3810.gif

当然,不要真的以为一个管子就可以耗散580W,那个是极限功率,是强制保持管子的壳温25度的场合下才能达到。注意是壳温,不是散热片温度,壳到散热片还有0.24C/W的热阻,这样为了达到25度的壳温,散热片要保持在-114度才可以!一般不会有这样的条件,因此也就不能期望580W。
不过有个规律,就是可以大体用到极限功率的1/4甚至1/3,这样每只管子就可以耗散150W计算,10只就是1500W了。
IRFPS3810-th.gif

该管耗散150W的时候,结到散热片的热阻为0.50 C/W,因此温差为75度,因此在最大结温175度的时候,允许散热片温度为100度,因此可行。
我真的测试了该管耗散220W的情况,用热像仪拍了照片:
FLIR0235M.jpg
(更新:这个照片是用另一个IRFP4368测试的,极限功率520W

此时管芯已经接近极限温度了,但散热片的温度只有67.6度,说明上面表格的管壳-散热片的热阻没有0.24那么大。后来我找到东芝的一个资料[6]
HeatS-th.jpg

说明TO-3P的塑封管,不加绝缘、加导热硅脂,热阻只有0.1到0.2。我在用这个管子的时候,一定也是不加绝缘、加导热硅脂的,因此,每个管子耗散150W会比较乐观。
另外一点,N3306A是600W,用16个极限功率150W的管子负担,每只37.5W,也是极限功率的1/4,说明我这里用极限功率580W的耗散150W,也有对比性。
还有一点,N3306A的最高工作环境温度为55度,而我可以保证最高环境温度不高于30度,低了25度,这也是一个优势。

至于170A的最大电流用到60A,还是有较大余量的,为35%。


至于管压降,从曲线看,60A在8V控制电压下可以0.6V,如红圈所示:
IRFPS3810-V.gif

当然,温度升高后压降会增大,可能达到1V甚至1.5V,这基本够用了。对比一下,N3306A在120A最大电流下,压降2V多:

N3300A-Vm.gif

对了,管子买的是拆机的,业余DIY要考虑成本是一方面,更主要的是拆机的可以保证是真品。

P1160719s.jpg
这个管子在广坛曾经出过一批,新品而且价格便宜,可惜我没抢到。管子是Super-247封装,其实与TO-3P一样大,就是没有安装孔。好处是散热好、安装可以加力,装散热片也很容易,用硬塑料垫一下,压力好控制,还可以先焊接后安装:
mount.jpg


机壳,用一个旧的1000W UPS改装。


大电流通路,用10对9平方软引线,分别从各单元引出,直接到接线柱再汇接。实际上,各功率管的漏极(也就是p_Binding_Post)是通过散热片直接并联的,因此其软引线也可以从散热片引出。软引线很灵活,避免了用铜排的不方便和可能的接触不良或应力现象。
9平方的软引线是从一根粗电缆里面拆出的:
wire.jpg


唯一麻烦的是散热片是带电的(公共漏极),因为管子安装时为了避免热阻增大不能用绝缘,因此散热片安装的时候要与机壳做绝缘处理(or Not?)。


至于外部接线(柱),可以采取三种方法:
1、600A黄铜接线柱,用起来很方便,就是这种柱子实测后感觉内阻和接触电阻偏大;
2、紫铜铜排,有焊机用的,电阻小、连接可靠,就是方便性稍差;
3、焊机快速接头,材质是黄铜的,够粗大,接触电阻稍差,但用起来方便,就是接头不太通用
P1160718-w.jpg

从左到右分别是16平方、30平方、50平方和70平方的,最后一个可以用。



实际安装图:待。





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 楼主| 发表于 2014-2-19 17:04:40 | 显示全部楼层
插入:MOS管并联

人说MOS管具有正温度系数,可以直接并联。当有不平衡出现,电流大的管子发热偏大因此温度偏高,导致内阻变大,因此自动会减少吸入的电流,最后达到平衡。
但是,这个说法只适合开关模式应用,即管子是完全导通的情况。如果线性应用,即工作在放大区(电子负载就是这样),就不具备自动均流特性,相反,与三极管并联一样,轻微不平衡就会产生恶性循环,形成热跑(Thermal runaway),导致并联失败。
MOS-para.gif



同样是2V管压、7V栅压,常温下50A,但高温下电流就增大到75A。
解决这个问题的简单方法,就是在源极加均流电阻,但这种是效果不好、非常浪费的办法。晶体管Vbe小,因此均流电阻的压降相对可以小就有效果,但MOS管工作时Vgs很大,差异就大,需要很高的均流电阻电压才能起均流作用,比如2V,这在大电流下根本不现实的,600A×2V,均流电阻要1200W了。
再举个我喜欢用的IRFP4368PbF管子的例子: irfp4368pbf2.gif

参见输出特性曲线的红圈部分,同是管压1V、栅压4.5V,常温下电流34A,但高温下达到130A了,这样会出现严重的不均衡现象。
再看蓝圈位置的对比,此时管压是0.1V,栅压4.8V,常温下电流56A,高温下电流反而下降到18A了,这样内阻才是正温度系数的、可以直接并联的。也就是说,管压降非常小的时候(开关状态)可以直接并联,但管压降大的时候(放大状态、线性区)是不可以直接并联的。
再看这个管子的转移特性曲线:

irfp4368pbf.gif



这个转移特性曲线的高温低温交叉点,就是0温度系数点,非常高,对应的电流500A以上,在这个电流之上才会出现正温度系数,而常用的单管线性放大电流都是远远小于500A的,因此是不能直接并联的。


那么,均流电阻有用吗?不妨仍然拿这个管子作为例子,两管并联总电流100A,理想状态每个管子分摊50A,均流电阻0.02欧,压降1V:
irfp4368pbf3.gif

实际算下来,可以找到一个平衡点,一个低温管子是40A、均流电阻压降0.8V、栅压4.4V、控制电压5.2V;另一个管子60A、均流电阻压降1.2V、删压4.0V、控制电压也是5.2V,这样看均流有效果,不过是以牺牲了1V左右的电压为代价的,而且这两个均流电阻的功耗比较大,即便1V也达到了50W每只。当然,这个例子有些夸张,因为40A和60A的不均衡不会造成25度和175度的差异(安装在同一个散热上也会有均温效果),而且没有考虑到因为均流电阻的引入使得Vds不同而引起的附加均流效果。如果算上这样的因素,1V电压的均流还是会取得不错的效果。
总之,普通MOS管工作在线性区不能直接并联,加均流电阻后可以并联,均流电阻上的电压不能太小,基本上就是工作Vgs的1/4到1/5。


并联的另一种方法,就是寻找零温度系数点对应的电流很小的管子,这样电流大超过这个点的时候,其内阻就具有正温度系数,具有自动均流特性。这样的管子比如很老的IRF540(不是IRF540N):

irf540.gif

该管0温度系数对应大约16A电流,因此比较适合直接并联。另外,IRFP140也具有几乎一样的特性。只不过这些老管子的额度功率和额定电流比较小,大约3个甚至4个才顶一个,所以没太多实际意义。

另外有一个特别设计的用于直接并联的模块,APL501J[7],功率700W、最大电流43A、最高电压500V,0温度系数点电流也只有15A,适合直接并联做较高电压的线性应用。当然,这种管子很难找而且很贵。
APL501J.gif



现实中,功率MOS管并联都用有源方法[7],每个管子源极上串联一个很小的电阻,这个电阻可以有三个目的:
1、只作为检流、放大、平衡用,电压可以比较小,比如0.1V或以下
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由于有运放放大作用,会让每一只管子的Rs的电压都等于输入控制电压,这样也就达到了均流目的。这个电路实际上也是数个运放控制的恒流源直接并联,只不过Rs只起均流作用,而电流的检测另有方法(比如传感器)。Rs越小则压降越小,损耗也就越小。但要注意。Rs不能选的太小,比如小于10mV,那样热电动势和运放的Vos会对均流有影响,同时运放的噪声会更加明显的出现。
2、Rs同时作为检流电阻,反馈控制,电流的精度取决于Rs,这样Rs的电压要取的稍微高一些,比如0.2V到0.5V。
3、
无论如何,每个管子需要对应一个运放,通过检测对应源极电阻的电压,然后控制栅压达到电流均衡的目的:

功率管并联时其它考虑[8]
1、每个管子的栅极要串联一个电阻
2、大电流通路相等、对称
3、所有并联的管子要安装在同一个散热片上,这样有均温效果
4、管子要挑选配合,比如Vgst差异要0.1V以下

5、运放要采样可以驱动电容负载的




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