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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Maximal zulässige Verlustleistung bei Mosfet


Autor: Otto (Gast)
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So, nun habe ich schon gut 4h damit verbracht alle möglichen Beiträge
zur Motorsteuerung mit Mosfets durchgelesen, habe aber trotzdem noch
einige unbeantwortete Fragen. Wäre schön, wenn mir da jemand helfen
könnte.

1.) Wie berechne ich eigentlich die Erwärmung des Mosfets ohne (zB.
SMD-Typen) und mit Kühlkörper bei gegebener Verlustleistung?

2.) Wenn ich zwei Mosfets parallel schalte, dann teilt sich der Strom
doch zu je 1/2 auf. Mit P=I²*R würde sich bei diesem Ansatz die
Verlustleistung pro Mosfet vierteln (da 1/2*I). Nehme ich aber mal an,
zwei Mosfets mit 25mOhm Rdson --> 1x12,5mOhm, dann halbiert sich die
Verlustleistung pro Mosfet. Was ist nun richtig? wo liegt der
Denkfehler.

Danke schon mal für alle Antworten.

Otto

Autor: Otto (Gast)
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zu 2.)

Denkfehler erkannt. Bei 12,5mOhm teilt sich ja die halbe
Verlustleistung nochmal auf beide Mosfets auf.

Otto

Autor: buz11 (Gast)
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" ... dann halbiert sich die Verlustleistung pro Mosfet . "

Nein , halbe Verlustleistung für beide Mosfets !

Autor: buz11 (Gast)
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eh , war grade beim tippen ...

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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zu 1:

Tzu = P * Rk

Tzu ist die Temperaturzunahme degenüber Umgebungstemperatur
P ist die Verlustleitung am bauteil
Rk ist der thermische Widerstand, des gehäuses. das steht im
Datenblatt.

Zum Beispiel hat ein TO220-Gehäuse ohne Kühlkörper nen Tk von ca 55,
das macht dann bei 1 Watt Verlustleitung ne Erwärmung von 55 Grad
gegenüber der Umgebungstemperatur


Gruß
Gerhard

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

zu 1)
Üblicherweise geben die Chiphersteller den Wärmewiderstand für ihre
Gehäuse in der Einheit K/W an. Für einen BUZ11 finde ich hier 75K/W für
den Wärmewiderstand vom Chip zur Umgebung. D.h. bei 1W Verlustleistung
erwärmt sich das Gehäuse um 75K. Schraubst du jetzt einen Kühlkörper an
den Chip gilt dessen Wärmewiderstand (z.B. 10K/W) plus dem
Wärmewiderstand vom Chip zum Gehäuse. Am Beispiel des BUZ11 sind das
1,67K/W. Du hast also eine Serienschaltung von zwei Wärmewiderständen
10K/W + 1,67K/W und hast damit einen Gesamtwiderstand von 11,67K/W.

Matthias

Autor: Otto (Gast)
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Danke für die schnellen Antworten.
So ähnlich habe ich mir das schon gedacht, war mir aber nicht ganz
sicher.

Ich habe hier z.B. einen IRLR2905. Mit 0,027mOhm würde der sich bei 8A
um 1,728W*50K/W=86K (laut Datenblatt bei 2,54mm*2,54mm Kupfer FR4)
erwärmen. Macht bei +40°C 126°C. Das sollte er ja problemlos aushalten
(gut, macht nicht unbedingt Sinn die Platine so aufzuheizen). Für
größere Ströme wäre eine Kühlung sinnvoll. Gibt es so etwas überhaupt
für die SMD-Gehäuse?

Otto

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Der FET hält die 126° aus, aber glaub mir, du wirst leiden wenn da da
drauf fasst. Ich glaube ab 70°C ist es für den Finger sehr
schmerzhaft.
Dann musst du auch bedenken, dass die Platine in der Umgebung des FET
sehr heiss wird, mir war das sehr unsympatisch. Bei SMD kannst du aber
eine grössere Kupferfläche machen, bringt aber auch nicht soviel.

Sonst nimm einen mit TO220 und einen U-Kühlkörper, die sind recht klein
und haben z.B. 24K/W, das bringt schon einiges ohne viel Platz zu
brauchen.

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

@Otto
bedenke aber das du bei 120°C bereits beim 1,7 fachen des Rdson bei
20°C bist. Also nichts mehr mit 27mOhm. Und was du rechnest sind die
reinen Gleichstromverluste. Wenn du den FET nicht als Schalter
betreibst sondern z.B. mit einer PWM ansteuerst kommen die
Schaltverluste noch dazu. Mach also möglichst viele
Durchkontaktierungen um das Drain-Pad und führe dies auf eine möglichst
große Fläche auf der anderen Platinenseite. Mit einem Kühlkörper auf
der Oberseite des FET's wirst du nicht viel Erfolg haben da durch das
Plastik einen immens hohen Rth hat. Nutze die Platine als Kühlkörper.

Matthias

Autor: wolli (Gast)
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Bei zwei (gleichen) parallelen MOSFETs halbiert sich der Strom durch
einen, was zu einer Viertelung der Verluste bei EINEM der Transistoren
führt. Insgesamt hat man also halbe Verlustleistung.

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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"Mach also möglichst viele
Durchkontaktierungen um das Drain-Pad und führe dies auf eine
möglichst
große Fläche auf der anderen Platinenseite."

Das versuche ich die ganze Zeit mit Eagle, schaff es aber nicht. Wenn
ich dem Polygon den Namen des Drainpads geben will, sagt er ich muss
das im Schaltplan machen.

Weiss jemand wie das geht?

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Hat sich schon erledigt, war ein Bug in der Eagle-Beta, mit der 4.12r03
gehts wieder.

Autor: uli (Gast)
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für Geräte sollte man einen Innentemperatur von mindesten 50 Grad
vorsehen, sobald die im Sommer mal am Fenster sind sind die nämlich
ganz schnell mal schon im Stillstand erreicht! Und von ausreichend
Kühlluftzirkulation kann in den Meisten Geräten eh nicht die rede
sein!!!!, deshalb lieber 60 Grad.

Autor: Otto (Gast)
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Ist schon klar, dass die 126°C für den Rest etwas zu viel sind. das war
auch nur eine kleine Beispielrechnung um zu sehen ob ich das richtig
geschnallt habe. Wenn ich die 20A Dauerstrom nutzen wollte, dann müsste
ich den IRLR2905 wohl auf einen Kupferblock auflöten ;-).

Wie kann kann man die Schaltverluste eigentlich berechnen? Konkret geht
es um PWM mit 55kHz.

Kann mir jemand evtl noch einen Tipp geben welchen Mosfet ich noch
verwenden könnte? Gefunden habe ich unter anderem noch den BUK7508 mit
Rdson=8mOhm. Der On-Widerstand sollte so gering wie möglich sein, da
ich nicht allzu viel Platz habe. Das Ganze muss für 15..20A Dauerstrom
und kurzzeitig 80A ausgelegt sein. Ein Locig-Level Fet wäre nicht
verkehrt, ist aber keine Voraussetzung.

Otto

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Otto

die Schaltverluste kann man so ausrechnen:
1. Die Gesammte Verlustleitung beim Schalten berchnet sich aus 4
Komponenten:
a) P_Einschalt
b) P_Ein
c) P_Ausschalt
d) P_Aus

d) ist am Einfachsten, denn wenn kein Strom fließt ist die Leistung 0
b) P_Ein ist die Verlustleistung während der Transistor eingeschaltet
ist, Rdson * I^2 * Ton/T. Ton/T ist das Tastverhältnis.
a und c sind die Schaltverluste. Dabei wird die sogenannte Lastgerade
durchfahren. Wenn Du ne ohmsche Last hast, ist diese linear. Also
Umax*Imax * Ts/T. Ts/T ist das Verhältnis der
Einschaltzeit+Ausschaltzeit (Ts) zur Periodendauer T. 55kHz = 18us.
Beispiel U = 20 Volt, I = 20 A, Tson+Tsoff sei 0.5us dann ergibt sich
für b) 20*20*0.5/18 = 11 Watt. Nicht zu verachten gell ?

Also möglichst schnell schalten !!!

Gerhard

Autor: Otto (Gast)
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Hallo Gerhard,

langsam kommt Licht ins Dunkel. Wenn wir mal bei dem Beispiel mit dem
IrLr2905 bleiben, dann finde ich im Datenblatt:

td(on) (Turn On Delay)=11ns
tr (Rise Timer)=84ns
td(off) (Turn Off Delay)=26ns
tf (Fall Time)= 15ns

Setze ich jetzt die komplette Summe der vier Zeiten oder nur tr und tf
zur Berechnung ein?

Otto

Autor: Otto (Gast)
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Das wichtigste mal wieder vergessen. Es handelt sich um eine induktive
Last (Motor).

Otto

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Otto

für die Berechnung brauchst Du nur tr und tf, bei der Delay macht er ja
noch nix. Wichtig ist halt, daß Du die Ansteuerung so gestaltest, daß
Du diese Zeiten auch erreichst.

Gerhard

Autor: Otto (Gast)
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Danke erst einmal für die Infos. Die haben mir schon sehr geholfen. Ich
werde wahrscheinlich einen BUK7508 (8mOhm) oder einen IRF1405 (5,3mOhm)
verwenden und diesen mit einem integrierten Mosfet-Treiber ansteuern.
In dem Bereich scheint es keine Fets zu geben, die bei 5V voll
durchschalten oder hat da jemand noch einen Vorschlag?

Autor: Otto (Gast)
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Wieder mal das wichtigste vergessen. Falls jemand doch einen
Alternativvorschlag bzgl. des Fets hat, der muss mindestens 55V
schalten können. 30V Logic Level Fets gibt es ja einige.

Otto

Autor: buz11 (Gast)
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Hallo Otto !

Gute Infos ( und Versandhandel ) gibts bei :

http://www.nessel-elektronik.de/FET/fet.html

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Ich hab z.B. den IRL540ns gefunden, kostet bei Reichelt 99 Cent.
Hat 53mOhm bei 5V, kann 100V, 36A im D2Pack.
Gate Threshold Voltage ist 1.0-2.0 V

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irl540ns.pdf

Autor: Otto (Gast)
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Danke für Eure Hinweise.

Die als Logic Level angegebenen Fets bei Nesselt-Elektronik haben alle
eine zu geringe DS Spannung. Der IRL540 hat einen zu hohen Rdson.
Ich werde doch beim IRF1405(+Kühlkörper) + Treiber bleiben.

Otto

Autor: Reiner (Gast)
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Ich hänge mich mal einfach mit hier rein.

Wie sollte man eigentlich die Freilaufdiode bei einer Induktiven Last
auslegen? Wenn ich z.B. einen Motor mit max. 5A steurn will.

Grüße
Reiner

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