Большие амперы. История развития.

Понадобился мне давече бесколлекторный регулятор на большие токи и напряжения. Поскольку опыт в разработке регуляторов наличествует, да и глянув, что большинство регулей в продаже мало того, что основаны на низкоскоростных атмегах, так еще и основаны на закрытых прошивках, было принято решение сделать регулятор собственной разработки. Ценовой фактор также сыграл роль, да и просто было интересно размяться в разработке чего-нить мощного и интересного. Должен сказать не все сразу пошло так, как предполагалось, но результатом я остался вполне доволен, о чем и повествую далее.

Начиная сначала, вспоминаем, какая была поставлена задача - получить от регуля большие амперы при больших (относительно стандартных коптеровских) напряжениях. Казалось бы, что может быть проще - вместо стандартного одного мосфета включаешь несколько в параллель - и дело в шляпе. Так и порешил, взяв за основу стандартные для коптерных регулей мосфеты в TSDSON корпусах:

Но если бы все было так просто… Во первых сразу что-то пошло не так и при высоких рабочих напряжениях (на которые впрочем они были рассчитаны) мосфеты начали выгорать. Причем не все сразу в плече, а лишь некоторые из них. Тогда вот я и задумался, а как в таком случае работают китайские регуляторы, где накидывают по 9-10 мосфетов в параллель, если даже с 4мя возникали вопросы? Может у китайцев есть свои поставщики исправных мосфетов, на которых мне не посчастливилось попасть? В общем нужно было что-то предпринимать, потому как результата пока не было, а выкладывать еще средств на замену тех мосфетов на заведомо исправные как-то не хотелось. Да и пощупав такой регулятор в работе с тем мотором, с которым предполагалось его использовать, был неприятно удивлен нагревом ключей. А нормальное охлаждение таких корпусов сделать ох как непросто, особенно с учетом особенностей моих плат.

Однако в загашнике с давних пор лежал комплект мосфетов под те же самые нужды мощного регулятора, но уже в другом корпусе, D2PAK. Корпус побольше, потяжелее, но была надежда, что с одним мосфетом в плече не будет проблем с возможными побочными эффектами от параллельного включения мосфетов. Плюс сам корпус массивнее и может рассеивать больше тепла, что давало надежду на лучшие тепловых характеристики. В принципе частично так и получилось со второй версией силовой части регулятора:

Вот этот вариант уже работал исправно, что не могло не радовать. Не радовало только одно - нагрев был значительный. И устранить его с помощью, например, радиатора, при стандартном смд-шном монтаже не особо представлялось возможным. Стандартное китайское решение с простой пластиной, припаянной в непосредственной близости от корпуса мосфета мне совершенно не нравилось:

Все же в этом случае теплопередача получается опосредованная, через текстолит, переходные отверстия и медь платы, а затем пластины. В общем тоже лажа. Покумекав немного, покрутив в руках мосфеты уже в TO-263 корпусах (именно среди них весьма большая часть самых мощных производящихся на сегодняшний день ключей), меня осенило. А что, если перевернуть корпус транзистора, и припаивать теплораспредилителем наружу? При определенной разводке и подгибании выводов в обратную сторону к мосфетам можно было бы напрямую прикрепить хороший радиатор, забыв про проблему охлаждения в принципе. Задумано - сделано:

Вот этот на этот вариант я возлагал уже особые надежды. Так и получилось. Через слюдяные термопрокладки и термопасту радиатор встал идеально, обеспечив отличный теплоотвод:

Замечательным логическим продолжением обеспечения электрического контакта стока транзистора с платой в виде медных шин стало одновременное увеличение с их помощью сечения токоведущего проводника платы, без чего был бы не обойтись в любом случае. Кроме того, монтажные отверстия в плате позволили отлично закрепить радиатор без опасности его отклеивания, при этом обеспечивая отличный прижим к ключам и еще больше улучшая теплопередачу. Плюс теперь можно было хорошо закрепить регулятор на девайсе:

Вот этот вариант уже спокойно работает на честных ~100А токах и 50В входного напряжения, чего собственно и нужно было добиться. Хотя уже и читал подобное, но еще раз убедился - не все заявленные на регулях токи и напряжения одинаково полезны. Разные моторы могут по разному нагружать регулятор, создавая неизвестного происхождения регулятора нагрев на токах, при которых с другими моторами он оставался абсолютно холодным. Ну или сгореть с некоторыми моторами регулятор может при гораздо меньших рабочих токах, хоть и при напряжениях в рамках заявленных производителем.

Да, вот еще что. В процессе бодания с разными вариантами мосфетов, были созданы также различные варианты управляющей схемы на основе различных распространенных прошивок, а именно BlHeli_S, BlHeli_32 и SimonK:

Фактически управляющая схема - это отдельный модуль, монтируемый на силовую плату пайкой:

Контактные площадки сделаны абсолютно идентичными для всех трех управляющих плат, что позволяет быстро и безболезненно либо менять сорт регуля (BlHeli_S, BlHeli_32 или SimonK), оставляя прежней силовую часть, либо при необходимости заменять силовую часть, например на таковую с мосфетами меньшего сопротивления или на большее напряжение. На управляющей плате размещен свой стабилизатор входного напряжения, рассчитанный на входное напряжение до 100В, и естественно также три полумостовых драйвера мосфетов MP1907, выходы которых разведены на монтажные площадки. Также при необходимости можно достаточно свободно масштабировать и модифицировать силовую схему под нужные параметры.

Вот такая вот история.

Всем бобра!