[其他] 「2019」「RM圆桌」第四期 超级电容哪家强?

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:26:28 显示全部楼层
安全工作区的定义:SOA(Safe operating area)是由一系列(电压,电流)坐标点形成的一个二维区域,开关器件正常工作时的电压和电流都不会超过该区域。简单的讲,只要器件工作在SOA区域内就是安全的,超过这个区域就存在危险。
开关器件的各项参数在数据手册中都会明确标注,这里我们先来解读两个参数:
VDS(Drain-source voltage):漏源电压标称值,反应的是漏源极能承受的最大的电压值;
IDM(Draincurrent(pulsed)):漏源最大单脉冲电流(非重复脉冲),反应的是漏源极可承受的单次脉冲电流强。
Mos选型器件手册参数表.jpg

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:26:56 显示全部楼层
器件手册一般都会提供SOA(Safe operating area)数据图表,主要和晶圆的散热、瞬间电压和电流的承受能力有关,通过IDM和VDS及器件晶圆沟道损耗的限制形成一个工作区域,称为安全工作区,如下图所示。安全工作区可以避免管子因结温过高而损坏。
Mos选型器件手册SOA区域图.jpg

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:27:14 显示全部楼层
                mos管初选基本步骤:
                        a)电压应力
在电源电路应用中,往往首先考虑漏源电压VDS的选择。在此上的基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。
即:
VDS_peak ≤ 90% * V(BR)DSS
注:一般地, V(BR)DSS 具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之 V(BR)DSS 值作为参考。

b)漏极电流
其次考虑漏极电流的选择。基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的90%;漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 。
即:
ID_max ≤ 90% * ID

ID_pulse ≤ 90% * IDP
注:一般地,ID_max及ID_pulse具有负温度系数,故应取器件在最大结温条件下之ID_max及ID_pulse值作为参考。器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境,散热技术,器件其它参数(如导通电阻,热阻等)等相互制约影响所致。最终的判定依据是结点温度。根据经验,在实际应用中规格书目中之ID会比实际最大工作电流大数倍,这是因为散耗功率及温升之限制约束。建议初选于 3~5 倍左右 ID = (3~5)*ID_max 。

                        c)驱动要求
MOSFEF的驱动要求由其栅极总充电电量(Qg)参数决定。在满足其它参数要求的情况下,尽量选择Qg小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压( VGSS )前提下使 Ron 尽量小的电压值(一般使用器件规格书中的建议值)
                       
                        d)损耗及散热
小的 Ron 值有利于减小导通期间损耗,小的 Rth 值可减小温度差(同样耗散功率条件下),故有利于散热。

                        e)损耗功率初算
                                MOSFET 损耗计算主要包含如下 8 个部分:
即:
PD = Pon + Poff + Poff_on + Pon_off + Pds + Pgs+Pd_f+Pd_recover
详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合,还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:28:04 显示全部楼层
7、超级电容的充放电控制:
可以使用Pmos来控制对Buck电路的开关,可以参考大交的方案,也可以把输入功率和buck的输出电压形成一个闭环来控制充电功率。
放电同样可以使用Pmos来控制,也可以直接切换Powerpath来实现这个功能。

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:28:37 显示全部楼层
注:使用ADC时需要注意的一些问题:
1、隔离数字信号与模拟信号
这一点应该是各位硬件大佬们最先想到的,由于模拟信号抗干扰能力比较差,系统有频率比较高的数字信号时,最好能够在硬件上对模拟信号进行隔离。我自己在这方面了解不是很深,实际使用中,在模拟电源跟地前面串了个小磁珠,在要求不是太过苛刻的环境下也够用了,如下图所示:
数字地、模拟地隔离.png
2、对被采集信号(输入电压、电流等关键信号)做一个有源RC滤波(特别是走线比较紧凑,并且有大功率开关器件时候更应当注意)。

程序方面就不多说了,超级电容的软件控制因具体方案的不同而不同,方法多种多样,再者自从2018年增加60J能量后,纯软件限制功率的门槛降低了很多。鉴于篇幅,我只选择了超级电容设计中阻碍较大的硬件设计来进行交流。

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:29:01 显示全部楼层
PS:我其实前两年都是调车写代码的,只是今年碰巧从前辈们手中接过了功率而已,硬件设计方面才疏学浅,有不对的地方还请大家指正,共同进步。另外我在写这篇文章时参考了港科、大交、桂电开源的超级电容方案,带给了我莫大的帮助。

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正式队员Hideous
2019-1-25 19:29:24 显示全部楼层
学到了,学到了,好详细

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步兵快拆小分队
2019-1-25 19:30:31 显示全部楼层
谢谢大佬!接下来是,网友提问时间,大家可以积极提问。我们会在8点整停止收集问题!  所有问题我们都会一一回答!

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正式队员neutdthq
2019-1-25 19:30:34 显示全部楼层
1、        超级电容做成什么样才叫好?大家用的是成品的超级电容组还是自己组装的?
        当然是稳定耐操持久高爆发啦,合适自己的才是最好用的。时间和人员充足的话,自己设计电容组能更加适配自己的机器人,节省空间。但要把控好稳定性,进行充分的测试。

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正式队员Hideous
2019-1-25 19:31:04 显示全部楼层
超级电容组利用的能量容量设计在大概多少会比较合适去适应赛场上的状况
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