¿Interruptor capaz de corriente muy alta?

Necesito diseñar un circuito que pueda encender y apagar un motor de CC. El motor es como un motor de cabrestante en un camión y puede consumir grandes cantidades de corriente, en algunos casos hasta 200 amperios. El motor funciona con un voltaje de alternador estándar de ~14 V CC. Si quiero poder encender y apagar este motor desde un circuito digital, ¿qué dispositivos existen que podría usar para la conmutación? ¿Existen dispositivos similares a MOSFET que puedan manejar 200 amperios?

relacionado: El controlador de motor de CA trifásico de alta potencia enciende y apaga 200 A 12 V CC muchas veces por segundo.
Si no encuentra muchos mosfet decentes, ¿qué le parece usar un mosfet para controlar un gran relé? aún obtiene el control digital sin la molestia de tener que lidiar con cómo cambiar el BIG fet y cómo disiparlo, etc.

Respuestas (9)

El interruptor de solenoide de CC, que se usa en los carritos de golf y en los motores de arranque de automóviles, puede hacer el trabajo. Intente buscar en Google "Interruptor de relé de solenoide para carrito de golf de servicio continuo de 300 amperios". Hay muchas partes en el rango de $ 20 .. $ 30 cada una.

Voy a estar en desacuerdo con algunas cosas ya dichas. Creo que los tiristores no son una buena opción para esta aplicación. Esto se debe a que su voltaje directo será una fracción significativa del único suministro de 12V. Eso no solo requerirá que se disipe una gran cantidad de calor de alguna manera, sino que también reducirá la transmisión al motor.

Un relé podría funcionar. El problema es que necesita un relé muy robusto no solo para conducir 200 A, sino también para romper el circuito con una carga inductiva sin freír o soldar los contactos.

Dado que el voltaje es bajo, miraría múltiples FET de canal N en paralelo como interruptores de lado bajo. Eso tampoco será barato, pero cambiar 200A con carga inductiva no será barato sin importar cómo se haga. Digamos que puede obtener FET de 20 A y 20 V con Rdson de 15 mOhm (no busqué inventar algo vagamente plausible). 10 en paralelo le daría la calificación de 200A en teoría con 1,5 mOhm de resistencia. Eso aún disipará un total de 60 W, pero al menos se distribuirá en 10 dispositivos. Sin embargo, los FET no compartirán la carga exactamente por igual y querrás algo de margen. En este caso, usaría quizás 15 de estos FET en paralelo. Eso reduce tanto la disipación total como la disipación de cada uno. Dado que los desagües están conectados entre sí, puede atornillarlos todos al mismo trozo grande de aluminio corrugado.

También necesita un lugar para que vaya la corriente de retroceso inductivo. Dado que su voltaje es bajo, esto se hace mejor con un montón de diodos Schottky en paralelo en reversa a través del motor. Los diodos Schottky no comparten bien la corriente, pero con un cable separado para cada uno y si solo apaga el motor ocasionalmente (una vez cada pocos segundos), debería funcionar. Puede poner resistencias deliberadas de 50 mOhm o más en serie con cada diodo Schottky. Solo conducen por un corto tiempo cuando el motor está apagado, por lo que puede salirse con la suya utilizando principalmente la corriente máxima en lugar de los números promedio de corriente sostenida. Sin embargo, reduciría la calificación en un 25% al ​​menos de todos modos.

Estás absolutamente en lo correcto. Para 14V el tiristor no es una buena idea. Debe haber perdido esto, demasiado centrado en el 200A, supongo.
¿Por qué tienen que ser de Schottky?
@stevenvh: los Schottky tienen una caída hacia adelante más baja, lo que a 200 A marcará una diferencia significativa en el calentamiento. También se apagan mucho más rápido, lo que podría ser un problema si los FET se encienden alguna vez mientras el inductor aún se está descargando. Casi la única ventaja de los diodos de silicio completos sería una menor fuga inversa, pero a este bajo voltaje, los Schottky deberían ser lo suficientemente buenos en esa área.
Sin mencionar el hecho de que la mayoría de los tiristores no se pueden apagar , se encienden y permanecen encendidos hasta que se corta la alimentación.
@OlinLathrop Sé que esto está un poco anticuado, pero ¿funcionaría un tiratrón para algo como esto? Suponiendo que tiene otro circuito que puede subir/bajar el voltaje de la red para apagarlo.

Si su circuito no se ve afectado por una gran carga inductiva, puede usar un relé con una clasificación de corriente conmutada alta. Digikey tiene un montón de posibles candidatos como este -> Digikey Relay

Está clasificado para 500A con una clasificación de bobina de 130mA/12VDC. Un poco caro, pero podría estar en la línea de lo que estás buscando.

Esos relés a menudo se conocen como contactores. Para encontrar más, vaya a la categoría Relés - Potencia y filtre por Automotriz y Contactor.

Nunca he visto MOSFET que puedan manejar 200A. En este tipo de aplicación, se utilizan con mayor frecuencia tiristores (SCR), algunos tipos pueden cambiar corrientes de varios kA.

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Los tiristores en forma de disco hacen frente a la alta corriente al tener una gran área de contacto para el ánodo y el cátodo (parte superior e inferior del disco). Al mismo tiempo drenan el calor producido.

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Olin señala que esta es una aplicación de bajo voltaje, y tiene toda la razón. Debe haber perdido esto, demasiado centrado en el 200A.
De todos modos, como es un voltaje tan bajo, la caída de voltaje sobre los tiristores le dará a esta solución una baja eficiencia; no obtendrá el voltaje completo para el motor.
Sin embargo, dejaré esta parte de mi respuesta porque puede ser interesante para otros usuarios que buscan una solución de muy alta corriente.

Sean menciona correctamente los relés (para este tipo de relés, el nombre en realidad es contactores ). Tienen la ventaja de que disiparán menos energía, pero pueden hacer cosas desagradables cuando se encienden o apagan. (Cambiar 200A no es para los débiles de corazón).

Los he visto utilizados con conmutación de CA de alta potencia, ya que tiene que invertir la polarización de la puerta para apagarla. ¿Cómo harías eso con un circuito de CC?
@Joel - Son dispositivos GTO (Gate Turn-Off).
Un problema es que un SCR cae alrededor de 0,7 V y hasta 1,5 V en funcionamiento normal. Eso podría ser tanto como 300W. Mucho más que un MOSFET de potencia.
@Thomas - Sí, soy consciente de eso. Pero el problema real es que los 0.7V (¡o más!) son relativamente altos en comparación con los 14V. Eso es también lo que señaló Olin y lo que agregué a mi respuesta. Para uso industrial (máquinas que trabajan con tensión de línea trifásica) son muy comunes, aunque la caída de tensión para contactores por ejemplo es mucho menor.

En una aplicación de barco eléctrico, tenemos un encendido/apagado de corriente similar con Czonkas . Creo que los he visto mencionados en otra publicación que agregaré en breve.

ACTUALIZACIÓN: enlace Relés mecánicos de alta corriente

Sí hay. Aquí hay algunos FET que harán lo que quieras:

  • El IRF1324S-7PPbF manejará 240 A de corriente continua con 0,8 mΩ de resistencia.
  • El STV200N55F3 de ST puede manejar 200 A con solo 1,8 mΩ de resistencia.

Ambos están disponibles por menos de $10 en Digikey en cantidades que no se agotarán pronto.

el primero parece un gran descubrimiento! Solo me pregunto cómo drenan 40W de un SMD. El segundo no servirá: ¡a 200A disiparía 1280W! Ni siquiera puedes enfriar, este es un circuito cerrado de refrigeración por agua. Un río que fluye rápido puede funcionar :-)
@stevenvh - Sí, saqué esa tarjeta demasiado rápido. Edité mi respuesta y cambié a una diferente.
El ST está obsoleto, pero aparentemente todavía está disponible. Lo que más me preocupa es el R D S ( O norte ) usted cita Ya he intentado explicar varias veces por qué no puedes contar con eso, y que siempre debes trabajar con valores máximos. ("típico" es para ingenieros de ventas, "máximo" para ingenieros de diseño). Si calcula la potencia disipada, encontrará 72 W, obtengo 100 W ( R D S ( O norte ) =2.5mΩ). Si su refrigeración está dimensionada para 72 W y el producto falla por sobrecalentamiento, ¡ni siquiera puede quejarse en ST! Lo mismo para la IRF.
Vale la pena señalar que calificaciones como esa generalmente no tienen sentido. Por ejemplo, IIRC, con un paquete TO-220, las patas se derriten a ~80A. La clasificación de 240A se basa en un modelo teórico del silicio solo a 25 °C (el cálculo ignora por completo las restricciones del empaque). Siendo realistas, para gestionar 200A de forma continua, necesitará un número significativo de ellos en paralelo.
@ConnorWolf Según la hoja de datos, la corriente máxima es 429A (limitado por silicio) y 240A (limitado por paquete). Así que esto ya se ha tenido en cuenta. Dicho esto, sí, probablemente sería prudente tener una unidad adicional en paralelo.
@JoelB Cabe señalar que si uno usa una pieza SMD, es probable que también tenga que fabricar una PCB que pueda tomar el 200A. Eso puede no ser muy barato. Algo en un paquete SOT-227 con una placa base aislada y conexiones de terminales de anillo parece mejor para este tipo de aplicación.

Consiga un interruptor de vacío de kilovac en Carpinteria Ca. Puede obtener una bobina de 12 voltios o 24 voltios. Mucho más simple y fácil de implementar. Este es el motivo: el uso de MOSFET en aplicaciones de motor es complicado, ya que el tiempo de inactividad es fundamental debido a que la inductancia del motor y los cables producen voltajes muy altos. Los diodos Schottky funcionan, pero es posible que aún necesite una red RC para evitar que la fem trasera sople los MOSFET. Además, controlar los MOSFET no es trivial, necesita un buen controlador de puerta y, dado que tendrá muchos en paralelo, la capacitancia de entrada es lo suficientemente alta como para ser un problema si el controlador de puerta no tiene una impedancia de salida lo suficientemente baja. Además, el circuito debe estar bien hecho eléctrica y mecánicamente. Las trazas de PCB deben ser lo suficientemente anchas y cortas para manejar la corriente. A menos que desee un proyecto, obtenga un relé de vacío y listo.

Bienvenido, trate de usar la gramática y la puntuación correctas aquí.

Estoy muy de acuerdo con Connor Wolf. Sí, hay muchos dispositivos MOS con Rds-on muy bajo y corrientes muy altas. Un ejemplo podría ser IRFS7730 con un teórico 246A y un práctico 60A (a 80A los cables se derretirán), pero recomendaré en su lugar un caso realmente bueno, ¡los nuevos modelos de carcasa D2PAK con 5 o 6 pines de fuente! estos realmente tienen al menos 150 amperios, reales para siempre. ¡Un ejemplo es IRFS7534-7 con sus cinco pines de fuente!.

Pero no abuses de un solo caso: pon varios en paralelo, para reducir el encendido y la disipación de RDS, de lo contrario los freirás. Calcule la potencia disipada usando I2R y asegúrese de que su motor esté alimentado durante el arranque cuando absorberá 8-10 veces más que su corriente nominal.

Y no olvide absorber la corriente de retorno del motor con muchos diodos Schottky (por ejemplo, 16 piezas de 8 A/24 V en paralelo) cuando el motor deba detenerse. De lo contrario, el MOS quedará expuesto a las corrientes de retorno del motor y se quemará.

Intente usar este MOSFET como interruptor.

IXTN660N04T4

Tiene una corriente continua de 660 A siempre que pueda enfriarlo. Tiene una resistencia de 0,85 mili-ohmios. Entonces, a 200 A, la caída sería de 0,17 V y se generarían 34 W de calor.

El dispositivo tiene una gran almohadilla aislada en la parte posterior que tiene una resistencia térmica de unión a almohadilla nominal de 0,144 C/W. La almohadilla tiene orificios para tornillos para el montaje. Entonces, en teoría, podría colocar esa almohadilla aislada justo en el marco del camión para absorber todo el calor que necesita.

Las conexiones de compuerta y drenaje de la fuente en la pieza están hechas con tornillos y orejetas de anillo.

Está disponible por $19.6 en Digikey.

http://www.digikey.com/product-detail/en/ixys/IXTN660N04T4/IXTN660N04T4-ND/6053919

La corporación IXYS vende otros MOSFET similares si necesita un estilo de paquete diferente.

Para evitar que el retroceso inductivo destruya el dispositivo cuando corte la energía del motor, debe instalar varios diodos TVS de grado automotriz en paralelo con el motor y con polarización inversa entre la salida del MOSFET y tierra.