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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsfestigkeit von Mosfets in H-Brücke


Autor: Henning (Gast)
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Hallo Leute,

muss mir eine ~200W @24V H-Brücke basteln und bin dabei die 
entsprechenden FETs zu suchen.
Dabei fielen mir in meiner Grabbelkiste eine Rolle (~100Stück) FDD6670A 
in die Hände. Diese habe eine maximale GS-Spannung von 30V.

Ist dies für meine Anwendung in Ordnung? oder müssen die FETs mehr 
Spannungsfestigkeit aufweisen?

mfg - Henning

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Henning (Gast)

>muss mir eine ~200W @24V H-Brücke basteln und bin dabei die
>entsprechenden FETs zu suchen.

Macht ca. 8,5A.

>Dabei fielen mir in meiner Grabbelkiste eine Rolle (~100Stück) FDD6670A
>in die Hände. Diese habe eine maximale GS-Spannung von 30V.

Was hat die Gate Source Spannung damit zu tun? Die ist bei fast allen 
MOSFETs auf 20..30V begrenzt. Was du suchst ist die Drain Source 
Spannung!
Und da sind 30V bei einer 24V Anwendung ausreichend.

MFG
Falk

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Und da sind 30V bei einer 24V Anwendung ausreichend.

Immer?
Wenn die Betriebsspannungen nicht ordentlich gepuffert sind, könnten 
schon einige "Ausreißer" nach oben auf der Spannung zu finden sein. 
Gerade wenn ein Motor drann hängt...

Wäre mir zu heikel, ich würde nach 55V-Typen U_DS_max Ausschau halten.

Ist aber nur meine Meinung ;-))

Gruß
Axelr.

Autor: Henning (Gast)
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Sorry, ich meinte natürlich die Drain-Source Spannung!
Mir wurde geflüstert, dass man in einer halbgesteuerten H-Brücke maixmal 
die halbe maxDS-Spannung des Mosfets ausreizen sollte aufgrund der 
Gegeninduktionsspannung der Motoren, ist dies nicht zutreffend?

Gibt es entscheidende Vorteile einer halbgesteuerten zur vollgesteuerten 
H-Brücke?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Axel Rühl (axelr)

>Wenn die Betriebsspannungen nicht ordentlich gepuffert sind, könnten
>schon einige "Ausreißer" nach oben auf der Spannung zu finden sein.
>Gerade wenn ein Motor drann hängt...

Dafür gibt es dicke Z-Dioden.

@ Henning (Gast)

>Mir wurde geflüstert, dass man in einer halbgesteuerten H-Brücke maixmal
>die halbe maxDS-Spannung des Mosfets ausreizen sollte aufgrund der
>Gegeninduktionsspannung der Motoren, ist dies nicht zutreffend?

Nöö, denn die wird ja durch die (hoffentlich vorhandenen) Freilaufdioden 
begrenzt. So denn auch ein dicker Elko im Zwischenkreis hängt.

>Gibt es entscheidende Vorteile einer halbgesteuerten zur vollgesteuerten
>H-Brücke?

Was soll das sein?

MfG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:

> Nöö, denn die wird ja durch die (hoffentlich vorhandenen) Freilaufdioden
> begrenzt.

Braucht man nicht, die Mosfets können aktiv als Freilaufdioden arbeiten. 
Und moderne Niederspannungsfets haben interne Dioden mit wenigen 10 oder 
100ns, das sollte reichen.

>>Gibt es entscheidende Vorteile einer halbgesteuerten zur vollgesteuerten
>>H-Brücke?
>
> Was soll das sein?

Eine Seite macht PWM, die andere dient nur zur Drehrichtungsumschaltung.
Ich mache das zumindest immer so, denn so hat man weniger 
Schaltverluste.
Nachteil ist, dass man dann keine Bootstrapschaltung für den Highside 
Treiber verwenden kann.

Autor: Henning (Gast)
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Also der FDD6670A ist mit 28ns ReverseRecovery Time angegeben, der 
IRF1404 den ich als Alternative sah mit 71ns.
Also sehe ich da derzeit etwas falsch oder gibt es für meine Anwendungn 
keinen Vorteil im IRF1404 gegenüber meinen FDD6670A die ich bereits 
massig beistze?

Autor: Henning (Gast)
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Nachtrag:

@Benedikt:
Ja genau so meinte ich das mit der halbgesteuerten Brücke. Was könnte 
man dann für Treiber einsetzen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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MIC4424

Autor: Henning (Gast)
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Ich habe da grad noch etwas entdeckt, was mich stutzig macht - die safe 
operating area grafik (siehe anhang)

muss ich von Betriebsspannung gesamt als DrainSource ausgehen oder nur 
vom Spannungsfall der durch den Strom darin hervorgerufen wird?
Wenn ich von Uds 24V ausgehe, könnte ich den IF1404 aber ebensowenig 
verwenden, da die SafeOperating-Area nahezu identisch ist.

Autor: derWarze (Gast)
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Was oft bei Batteriebetriebenen Geräten nicht bedacht wird ist das die 
Spannung des voll geladenen Akkus erheblich über der Nennspannung liegt. 
Uds 30V wären da bei 24V Akkus viel zu knapp bemessen.
Der IRF 1404 sollte aber auf jeden Fall gehen der hat ausreichend 
Reserven.

Für mich sind die SOAR der FDD6670 und IRF 1404 alles andere als nahezu 
identisch. Der IRF1404 kann schliesslich ein mehrfaches an Leistung 
verbraten auch wenn die Leistung durch das TO220 Gehäuse auf 175W 
begrenzt wird.

Autor: Henning (Gast)
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okay, okay ihr habt mich überzeugt. es wird der irf1404, die 1,40€ extra 
stellen auch nicht das problem dar, vor allem gefällt mir to220 für 
leistungsanwendungen viel besser. die fdd werd ich sicherlich auch 
nochmal brauchen für ein paar schaltregler oder sowas...

(falls einer so einen/mehrere fdd6670a braucht einfach melden!)

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ derWarze (Gast)

>verbraten auch wenn die Leistung durch das TO220 Gehäuse auf 175W
>begrenzt wird.

Na da nenn ich mal ne sportliche Herausforderung, auf einem TO220 
Gehäuse 175W rauszuziehen, ohne den Transistor zu killen. Ich kann mich 
an Datenblätter erinnern, die max. 75W angeben. Aber ich behaupte mal, 
selbst "nur" 50W sind alles andere als Peanuts. Da kann man sich bei dT 
von 100K gerade mal 2K/W Wärmewiderstand leisten, knapp die Hälfte davon 
hat da TO220 schon als JC Wärmewiderstand.

MfG
Falk

Autor: ... (Gast)
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>verbraten auch wenn die Leistung durch das TO220 Gehäuse auf 175W
>begrenzt wird.

Bei 200W zu übertragender Leistung rechne ich auch mit 175W Verlusten 
alleine  in den Schaltern :-D

Autor: Henning (Gast)
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sehr viel mehr als 10W Verluste fänd ich ehrlich gesagt schon zu hoch!

Autor: Henning (Gast)
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nochmal eine Frage wegen der näherungsweisen Berechnung der 
Schaltverluste.

Psw = U  I   Ts * F ??

also wenn man z.b. von IR2110 an FDD6770A ausgeht dann

Psw = 24V * 33A (Spitzenstrom)  55ns  10kHz = ~0,44W

Ist dies korrekt?

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ja.

Autor: Henning (Gast)
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also sehe ich es richtig, dass der FDD6670A statische Verluste von 2,25W 
mit sich bringt und Schaltverluste von 0,44W und der IRF1404 statische 
Verluste von 0,9W und Schaltverluste von 1,76W.


ergo Gesamtverluste wie folgt:
FDD6670A -> 2,69W
IRF1404 -> 2,66W

also gibt es in den FETs außer der vom D-Pak des FDD schlecht 
abzuführenden Verlustleistung und der höheren DS-Spannung des IRF keine 
Vorteile gegenpüber des IRF1404 für meine Anwendung??

Ist schon irgendwie krass muss ich mal sagen, meine FDD sind also 
ziemlich liestungsstark kann man sagen, vor allem aufgrund der sehr 
niedrigen Gatekapazität.

Autor: yalu (Gast)
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Die Schaltverluste mit

  Psw = U · I · ts · f

zu berechnen, ist schon sehr pessimistisch. Das würde ja bedeuten,
dass für die komplette Dauer des Umschaltens die volle Spannung
anliegt und gleichzeitig der volle Strom fließt, was natürlich nicht
sein kann.

Unter der Annahme, dass während des Umschaltens Strom und Spannung
linear steigen bzw. fallen, ist die Verlustleistung deutlich geringer,
nämlich

  Psw = 1/6 · U · I · ts · f

was für ohmsche Lasten eine halbwegs vernünftige Schätzung sein
dürfte.

Bei induktiven Lasten und hohen Schaltfrequenzen fällt die Spannung am
MOSFET beim Einschalten anfänglich nur langsam, dafür steigt sie beim
Auschalten sehr schnell auf den Maximalwert an. Dadurch wird die
Verlustleistung größer. Im Extremfall liegt die Spannung für die
komplette Dauer des Umschaltens auf ihrem Maximalwert. Wenn
gleichzeitig der Strom linear steigt bzw. fällt, ist

  Psw = 1/2 · U · I · ts · f

In der Praxis hat man es aber immer mit "krummen" Spannungs- und
Stromverläufen zu tun, die von der MOSFET-Ansteuerung, der Last
(ohmsch oder induktiv) und bei induktiver Last der Art und Weise, wie
die induzierte Spannung begrenzt wird, abhängen. Die Schaltverluste
lassen sich deswegen nur schwer berechnen. Sie werden aber meist
irgendwo zwischen den beiden angegebenen Werten

  1/6 · U · I · ts · f   und   1/2 · U · I · ts · f

liegen. Das sind aber nur Anhaltspunkte, erst eine anständige Messung
verrät, was wirklich Sache ist :)

Auf jeden Fall relativiert diese Überlegung die Vorteile des FDD6670A
bei den Schaltzeiten etwas, so dass am Ende wahrscheinlich der IRF1404
besser abschneidet. Da du aber die FDDs tonnenweise herumliegen hast,
würde ich diese erst einmal ausprobieren, zumal du damit bei der
PWM-Frequenz mehr Luft nach oben hast (10kHz pfeifen halt noch, 20kHz
nicht mehr).

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