Bu sistemde mosfet neden arızalanır?

[Mucit23]

Selamlar.

Yüksek lisans projemde IV güneş panelleri ile ilgili çalışmalar yapıyorum. Güneş panelinin IV curve parametreleri üzerinde çalışıyorum. Ekstra başka parametreler de ölçülüyor.

Güneş panelini anlık olarak kısa devre eden her akım değeri için akım ve gerilim değerlerini hesaplayan bir sistem tasarladım. Dummy Load tarzı bir uygulama yaptım IRFP250 Mosfet ile. Birkaç dakika aralıklarla ölçümler alıp kaydediyorum. Bu mosfet 250V 30A kapasiteye sahip.

Şöyle bir güç devresi kullandım. Iset girişinden 0-3.3V arası analog gerilim uyguluyorum. Iout ve Vout girişlerinden geçen akımı ölçüyorum. Bu devre teorik olarak Max 15A civarı akım akıtabiliyor. Benimde limitlerim bu şekilde.

Bu sistemi 200W panellerde birkaç gün boyunca çalıştırdım hiç bir sorun yok. 200W panelde Voc Gerilimi 22V civarı. ISC ise 8-10A akımlar görüyordum. Daha sonra daha yüksek güçlü 545W bir panel bağladım.

Bun panelde VOC 50V, ISC ise 13,72A civarında. Bu panelde test yapar yapmaz mosfet arızalanıyor. Sorun aşırı akım mı, aşırı gerilim mi yoksa aşırı ısı mı anlayamıyorum. Belkide tasarımsal hatalar var. Mosfet bir soğutucuya bağlı. Testin başında %100 akımı açıp ISC ölçüyorum. Daha sonra 1000 kademe de akım sıfırlanana kadar mosfetten geçen akımı kısıyorum. Bu sırada her kademe için akım ve gerilim değerlerini kaydediyorum. Toplam test süresi 1 saniye. Bu süre sonunda mosfette ısı hissetmiyorum ama anlık olarak jonksiyon sıcaklığı mı aşılıyor da bozuluyor anlamadım.

Belki yüksek gerilim oluşuyordur diye Drain Soruce arasına SMBJ51CA TVS diyot bağladım. İki tane IRFP250 bozduktan sonra IRFP064(60V 70A) bağladım. Bunda da aynı şekilde ilk test de mosfet bozuldu. 30V gibi düşük voltajlarda problem yaşamıyorum. Ayarlı güç kaynağını 50V kademesine getirip denediğimde de yine mosfet bozuldu.

Tahminde bulunabilecek olan var mı?

 

[mechanic]

Datasheet içeriğinde Gate source voltajı ±20 volt aralığında olması gerektiği yazıyor.
Bağladığın tvs kesim voltajı 51 volt imiş.
Gate ile gnd arasına 10K direnç bağla birde.
Aklıma başka birşey gelmedi.

 

[clc]

Taktığın mosların SOA sı içinde kalıp kalmadığına bakıyor musun? Kısa sürede yüksek ısı oluşturman junction sıcaklığını nereue götürür bilemeyiz, ama Isc elde etmek için doğrudan sonuna kadar açmaya çalışırken bütün PV curve ü geçiyorsun, o esnada mos un üstünde belki 100W yiyorsun, bu durumda sıcaklıktan seni sıkıntıya düşürüyor olabilir. Ayarlı güç kaynağında zaten çıkış kapasitesini tamamen boşaltmak demek bu, farklı güç kaynağı farklı sonuç verebilir.

 

[Mucit23]

Benim Test Rutinim şu şekilde. Buradaki Iset girişinden DAC ile ilk başta 3.3V gerilim veriyorum. Bu esnada ISC akımını ölçüyorum. Bu gerilimde yukarıdaki yapı 15A akıtmaya ayarlı. Zaten PV panel bu akımı veremeyeceğinden dolayı Çıkış gerilimi düşüyor. Ben daha sonra 1'er ms aralıklarla DAC çıkış gerilimini 0'a kadar 1000 kademede düşürüyorum. Bu ensada mosfet aktif bölgede çalışıyor ve anlık olarak ısı üretiyor. DAC çıkışının 0V olduğu anda akım da 0A oluyor Bu esnada VOC gerilimini ölçüyorum. Daha sonra Kaydetmiş olduğum 1000 adet Akım gerilim datasını çarparak da Pmax'i bulmaya çalışıyorum. Temel ölçüm tekniğim bu.

Benim sorunun ısı kaynaklı olduğuna karar verdim. Gerilim kaynaklı delinme olacağını sanmıyorum. Birçok test yaptım. Bu sırada birçok mosfet bozdum baya canım yandı.

Benim kullandığım IRFP250 mosfetlerin "Maximum Power Dissipation" yani max güç değeri 214W olarak verilmiş. Ben bu mosfette 545W paneli test etmeye çalışmışım. Aktif bölgede bu ısıyı atmaya çalışmış. Paralel mosfet kullanmam lazım sanırım.

Benim merak ettiğim bu şekilde bir ölçü aleti boyutunda cihazlar var. Bu cihazların içini açan oldu mu? 1600W diyor. Ya test süresi inanılmaz kısa. Yada Akım gerilim güç karakteristiği çıkartırken farklı bir algoritma kullanıyor.

Bu devreyi iyileştirmek için ne gibi önerileriniz olur? Bu sisteme doğrudan paralel mosfet eklenmesi doğrumudur? Sistemde ne gibi iyileştirmeler yapabilirim? Ben mosfeti yük olarak kullandığım için mosfetin türü önemlimidir?

 

[clc]

1ms ile dc nin soa sı ayrı. Irfp250 için soa datasheette vardı, oradan bir kontrol et. Eğer içindeysen ve orijinalse osilasyon açısından vs bir incelemek lazım. İlk baita doğrudan max vermek yerine kademeli vermek gerekebilir.

 

[Mucit23]

SOA dediğiniz parametre nedir? Datasheet te böyle bir bilgi göremedim. Ben şuan 4 Adet IRFP250'yi paralel bağlamayı düşündüm. Ama Solar multimetrelerin bu kadar karışık olduğunu asla sanmıyorum. Keşke bi tanesini inceleme fırsatım olsa.

Belkide dediğiniz gibi Doğrudan %100 açıp vermek yerine 0'dan kademeli olarak Max'e çıkmak daha iyi olur. Bunu yazılımsal olarak yapabilirim. Ama yine de tek bir mosfet ile 1 saniye içerisinde bu kadar ısı atmak zor olur sanırım. Ölçüm süresini kısaltabilir belki. Her bir adım 1ms değil de daha küçük olabilir.

 

[mechanic]

545W panelin yüksüz voltaj değeri nedir?
545 watt panelin max akımı Mosfetin max akım değerinin çok altındadır.

LM358N lerin besleme voltajları kaç?

 

[Mucit23]

LM358'leri 12V ile besliyorum. Panelin Dataları aşağıdaki gibi.

Voc:49.46V
Isc:13.72A
Vmp:41.90V
Imp:13.05A
Pmax:545W

Akım taraması esnasında bu değerler görülüyor. Imp ve Vmp yi gördüğüm anda mosfet üzerindeki güç 545W olmuş oluyor. Sorun zaten akım ve gerilim değil. Yoksa IRFP250, 200V 30A değerlere sahip.

 

[mechanic]

LM358'leri 12V ile besliyorum. Panelin Dataları aşağıdaki gibi.

Voc:49.46V
Isc:13.72A
Vmp:41.90V
Imp:13.05A
Pmax:545W

Akım taraması esnasında bu değerler görülüyor. Imp ve Vmp yi gördüğüm anda mosfet üzerindeki güç 545W olmuş oluyor. Sorun zaten akım ve gerilim değil. Yoksa IRFP250, 200V 30A değerlere sahip.

Gate voltajı dışında mosfeti bozacak birşey göremiyorum.
Ama 12 volt besleme ile LM358 çıkışları 20 volt üzerinede çıkmaz.
Tuhaf bir durum var.
Gate ile gnd arasına zener diyot bağla.

 

[Mikro Step]

Oncelikle panelin VI grafigini ilkel yontemlerle cikartmaniz gerekiyor.
Ardindan da bu grafigi MOSun SAO grafi ile mukayese etmek lazim.

Ilkel yontem derken reosta vs olabilir.

 

[132kHz]

Bence sorun ısıdan kaynaklı bahsettiğiniz mosfetin 25 derecede maximum power dissipation değeri 190w Vsc yi yazmamıssınız ama 14 voltun üstünde ise bu değeri aşıyor.

Edit: yukarıda yazmışsınız zaten okurken datasheete gidince atlamışım

 

[132kHz]

Doğrudan paralel mosfet bağlamanız uygun olmaz çünkü rds_on değerleri eşit olmayacağı için akımı eşit paylaşmazlar ama drain uçlarına rds_on direncinin etkisini yokedecek düşük ohmlu ve wattlı dirençler bağlarsanız olur.

Bir de lineer bölgede çalişiyorsunuz neden mosfet kullanıyorsunuz ?

Şu da bir çözüm olabilir Şönt direncinin değerini arttırarak mosfet yakılan güç düşütülebilir ancak busefer tam kısa devre yapmıs olmazsınız tabi

 

[Mucit23]

Akımı kademeli olarak kontrol etmem gerekiyor. Bu yüzden en mantıklı yöntem dummy load diye düşündüm. Akımı paylaştırsam sanırım sorun çözülecek. bunun için yukarıda vermiş olduğum devreden 4 adet yapmayı paralel bağlamayı düşündüm.

Farklı rezonans durumları da olabilir ama bunu çok gözlemleyemedim. Sadece 51V TVS bağladığımda güç kaynağı ile beslerken sistem garip şekilde osilasyona giriyordu.

 

[ckocagil]

Paralel mosfetler yükü bir şekilde paylaşıyor. Deneyebilirsiniz.

Ayrıca Rshunt yukarı taşıyın bence.

 

[Mucit23]

Paralel mosfetler yükü bir şekilde paylaşıyor. Deneyebilirsiniz.

Ayrıca Rshunt yukarı taşıyın bence.

Akımı highside olarak ölçmekten mi bahsettiniz?

 

[132kHz]

Akımı kademeli olarak kontrol etmem gerekiyor. Bu yüzden en mantıklı yöntem dummy load diye düşündüm. Akımı paylaştırsam sanırım sorun çözülecek. bunun için yukarıda vermiş olduğum devreden 4 adet yapmayı paralel bağlamayı düşündüm.

Farklı rezonans durumları da olabilir ama bunu çok gözlemleyemedim. Sadece 51V TVS bağladığımda güç kaynağı ile beslerken sistem garip şekilde osilasyona giriyordu.

Opampları ayrı yaparsanız bir osilasyon sorunu olur mu bilemedim tek opamp 4 tane draine direnç+mosfet sourceler birleşip rshunt e gitse daha iyi gibi

Bir de güneş panelini kablosu çok uzun mu çatıya felan gidiyorsa acaba kabloda bir bobin/kondansatör etkisi oluyor olabilirmi

 

[ckocagil]

Akımı highside olarak ölçmekten mi bahsettiniz?

Evet.

 

[Mucit23]

Bunun ekstra bir faydası var mı? Lm358 max 36v ile çalışıyor. Bu çalışma gerilimi sınırlara yaklaşacak bu şekilde.

 

[mikail]

Daha sonra 1000 kademe de akım sıfırlanana kadar mosfetten geçen akımı kısıyorum.

Süreci ters işletseniz aldığınız veriler belki fikir verebilir. Hangi aşamada mosfetin arizalandiğini tespit edip belki fikir yürütebilirsiniz.

 

[ckocagil]

10A gelse Rsense üzerinde 1V düşecek. Bu da Vgs yi 1V düşürecek. Gate voltajının yükselmesi için opampın insafına kalacağız. Rsense üstte olsa buna gerek kalmayacak.

Bir tane de tepeye yüksek wattlı birkaç ohmluk direnç koyarsanız mosfetin işi kolaylaşır.