大電流のサージ試験回路について

Question

初めまして！アドバイス程度でも結構ですが、下記の内容に
ついてご教示頂ければ幸いです。
　コンデンサの信頼性試験として直流大電流サージ試験（充放電）
を検討しております。
　試験電源の電圧・電流容量等は計算で求まりましたが、肝心のスイッチ
ングにつきましては応用回路をどの様にすれば良いのか困っております。
　試験内容は、
　　　－１．試験条件　
　　　　　　?直流電圧１１Ｖ
　　　　　　?直流電流１１００Ａ　ｍａｘ　ピーク電流（100μｓ以下）
　　　　　　?試験時間６ｍｓ　試験試料充電時間３ｍｓﾃﾞｭｰﾃｨ50%
　　　　　　?充放電回数　５０００回程度
　　　　　　?試験試料コンデンサ容量０．３Ｆ
　　　－２．試験回路
　　　　　　?直流電源（ｽｲｯﾁﾝｸﾞ）６００Ａ（最大電圧２０Ｖ）
　　　　　　?チャージポンプ　０．５Ｆ
　　　　　＊?半導体ｽｲｯﾁﾝｸﾞ
　　　　　　　　　以上の環境下でサージ試験を考えております。
　大電流試験時の机上実試験FETｽｲｯﾁ（小規模ｺﾝﾃﾞﾝｻ負荷）では電流ピーク
値をオシロで観察すると充電電流は１００μｓ程度で最終的に収束しており
ます。試験回路構成は－２に示す試験回路で直流電源とﾁｬｰｼﾞﾎﾟﾝﾌﾟ・充放
電ｽｲｯﾁそして試料ｺﾝﾃﾞﾝｻとなっております。
　ご教示頂きたい内容は、
　１、試験時に予想される11V･1100A･100μｓを開閉する半導体ｽｲｯﾁの
　　　選択と制御方法
　２、試験電源とﾁｬｰｼﾞﾎﾟﾝﾌﾟの相互逆流防止ダイオードの選択
　３、選択した半導体の冷却方法
　以上、ご教示頂ければ幸いです。宜しくお願い申し上げます。

Answer

毎度ＪＯです。
充放電試験は連続して行われるのですか？？
ディユーティによっては、試験回路構成が変わってきますが・・・・

これほどの電流ですと、コンデンサリードと試験回路のケーブルの
リードインダクタンスとリードインピーダンスが大きく影響するでしょう、
回路の各定数を計算するのも大変ですね。

１）半導体ｽｲｯﾁの選択と制御方法
最近のMOSFETは0.001Ω程度のスイッチング抵抗があります、１０個パラでも
0.0001Ω（理論値）で1100Aですと0.1V程度の電圧降下がありますね、
MOSFETは入力容量が大きいので、これを充放電するドライブ回路がネックになります、CMOSFET１個あたり2000Pていどなので、１０個パラで20000Pもあります
十分な速度でスイッチングしないと、MOSFETからの発熱が多くなります。

３）MOSFETからの発熱はドライブ回路と、連続充放電のディューティーにより発熱がまったく違ってきます。

以前AC800Aの連続定格試験機を設計したのですが、大電流になると思いもよらない現象が起きます、私は弱電が専門なのですが、その道の専門家と相談しながら設計しました、
質問者様も周囲に関係者は見えないのでしょうか？

大電流の試験機を設計した経験ですと、試験回路は「短時間」だからと言う発想は捨てて、フルスペック「１１００Ａ」が連続して流せる回路が必要になります。
電源・配線・制御回路などがフルスペックでなくてはなりません、
一見無駄に思えますが、経年劣化や予期せぬトラブルを回避できます。

MOSFETのドライブは、トランジスタによるコンプリメンタリでドライブできるでしょう、この場合ドライブ回路の電源は＋１５Ｖ及び－５Ｖは必要です。

ＦＥＴの入力容量のバラツキはシュミレーションしてみるか、
実際のドライブ回路から、ダミーとなるコンデンサを複数個、
それもＦＥＴのばらつき以上の容量差でもって、テストされては？？

私も結果が気になります、ぜひ結果をお知らせください

大電流のサージ試験回路について