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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 200 Watt bei ca. 12 V durch einen Schalter leiten und möglichst leistungslos Temperatur überwachen


Autor: CMosSwitcher (Gast)
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Hallo,

folgendes Projekt / Problem :)

Es sollen bei ca. 12 V - 200 Watt durch einen Leistungs- MOSFET 
geschickt werden. Dieser ist der "normale" Zustand.

Im aktiven Zustand wird ein Controller aktiviert, der diesen Leistungs- 
MOSFET ansteuert und den Strom über einen anderen Zweig leitet.

Das Problem bezieht sich nun auf den "normalen" Zustand, hier ist der 
Controller nicht versorgt.
Aber der Strom fließt durch den Leistungs-MOSFET.

Info: Es muss ein LEistungs-MOSFET sein und kein Relais - Relais 
scheidet schon mal aus.

Nun muss sichergestellt werden, dass wenn ein zu hoher Strom gezogen 
wird und sich dadurch der MOSFET zu stark aufheizt (-> hoher Strom -> 
steigender RDSon -> noch mehr Temperatur).

Was wäre die beste Möglichkeit die Temperatur zu prüfen ohne den 
Ruhestrom der eigentlichen Schaltung zu stark zu beeinflussen? Maximal 
erlaubt sind 100 Mikroampere.

Ich dachte an einen NTC in der Nähe des MOSFET und dann die Spannung 
über einen Analogkomperatur zu vergleichen und den Ausgang des 
Komperatur auf den EN (Enable) Eingang des Systembasischips zu führen um 
damit den Controller zu aktivieren. Aber der NTC und der Komperatur 
müssten ja STÄNDIG versorgt werden, wodurch ein Ruhestrom > 100 
Mikroampere entsehen würde...

Ich sehe grad keine Möglichkeit...
fällt euch was ein???

Danke!!!!

lg

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

>Es sollen bei ca. 12 V - 200 Watt durch einen Leistungs- MOSFET
>geschickt werden. Dieser ist der "normale" Zustand.

Macht ~17A.

>Im aktiven Zustand wird ein Controller aktiviert, der diesen Leistungs-
>MOSFET ansteuert und den Strom über einen anderen Zweig leitet.

Also noch ein zweiter MOSFET.

>Aber der Strom fließt durch den Leistungs-MOSFET.

Das ging auch schon in Zeiten, wo es keine Mikrocontroller gab ;-)

>Nun muss sichergestellt werden, dass wenn ein zu hoher Strom gezogen
>wird und sich dadurch der MOSFET zu stark aufheizt (-> hoher Strom ->
>steigender RDSon -> noch mehr Temperatur).

Satz angefangen und nicht zu Ende geschrieben. Wenn der MOSFET richtig 
dimensioniert, angesteuert und gekühlt wird, passiert da nix.

Beispiel. MOSFET mit 10mOhm -> ~3W Verlustleistung. Da reicht ein 
kleiner Kühlkörper.

>Was wäre die beste Möglichkeit die Temperatur zu prüfen ohne den
>Ruhestrom der eigentlichen Schaltung zu stark zu beeinflussen? Maximal
>erlaubt sind 100 Mikroampere.

Hää? Wenn dort 17A durchämmern spielen ein paar mA sicher keine Rolle!
Und wenn kein Strom fliesst, muss auch keine Temperatur überwacht 
werden.
Ud bei richtiger Dimensionierung kann man sich die Temperaturmessung 
schenken.

>Ich dachte an einen NTC in der Nähe des MOSFET und dann die Spannung
>über einen Analogkomperatur zu vergleichen und den Ausgang des
>Komperatur auf den EN (Enable) Eingang des Systembasischips zu führen um
>damit den Controller zu aktivieren. Aber der NTC und der Komperatur
>müssten ja STÄNDIG versorgt werden, wodurch ein Ruhestrom > 100
>Mikroampere entsehen würde...

Es gibt sehr sparsame Komperatoren, 20uA und weniger. Den NTC müsste man 
ähnlich hochohmig gestalten. Ist aber im Betrieb mit 17A unsinnig, weil 
genug "Saft" da ist.

MfG
Falk

Autor: CMosSwitcher (Gast)
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@ Falk

>Satz angefangen und nicht zu Ende geschrieben. Wenn der MOSFET richtig
>dimensioniert, angesteuert und gekühlt wird, passiert da nix.

>Beispiel. MOSFET mit 10mOhm -> ~3W Verlustleistung. Da reicht ein
>kleiner Kühlkörper.

Das wäre ja der reguläre Fall. Aber da hier "beliebige" Verbraucher 
angeschlossen werden können, kann es passieren, dass der MOSFET über 
seine zulässiige Leistungsgrenze betrieben wird.
Und das soll dadurch abgefangen werden, in dem die Temperatur des MOSFET 
überwacht wird. So zumindest meine Idee.

>Hää? Wenn dort 17A durchämmern spielen ein paar mA sicher keine Rolle!
>Und wenn kein Strom fliesst, muss auch keine Temperatur überwacht
>werden.
>Ud bei richtiger Dimensionierung kann man sich die Temperaturmessung
>schenken.

Ja, 17 A können fließen. Aber das müssen sie nicht. Wie gesagt hängen 
dort beliebige Verbraucher dran, die permanent von einer Batterie 
versorgt werden. Hängt nun keine Stromsenke am Ausgang, dürfen die 100 
Mikroampere trotzdem nicht überschritten werden.
Hintergrund ist der, dass eine beliebige Anzahl solcher Schaltungen wie 
meiner an dieser Batterie hängen und wenn alle diese Forderung der 100 
Mikroampere nicht einhalten, dann hält diese Batterie nicht so lange wie 
eigentlich gefordert.

>Es gibt sehr sparsame Komperatoren, 20uA und weniger. Den NTC müsste man
>ähnlich hochohmig gestalten. Ist aber im Betrieb mit 17A unsinnig, weil
>genug "Saft" da ist.

Das ist ein guter Ansatz! Ich werde mich mal nach sparsamen Komperatoren 
umsehen. Hättest du da vielleicht schon eine Idee? Zur Dimensionierung 
des NTC:
NTC und dazu ein sehr hochohmiger Widerstand in Reihe?

Mir wäre natürlich ein Widerstand mit PTC Charakteristik lieber... da 
dieser erst bei höheren Temperaturen niederohmiger wird. Hat jemand dazu 
evtl. eine Alternativ Idee?

Danke!!

Autor: Ich (Gast)
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Für eine Absicherung gegen Überlast ist die Temperaturmessung zu träge.
Ohne weitere Verluste durch einen Shunt könnte man den Spannungsabfall 
über den Mosfet auswerten. Ist aber individuell bei max. zulässigem 
Strom abzugleichen.

Autor: Michael (Gast)
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So wie ich das jetzt verstanden habe, soll der Strom gesperrt werden, 
sobald dieser zu hoch wird.

Würde dann nicht ein Varistor oder eine Sicherung reichen?

Autor: CMosSwitcher (Gast)
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>Für eine Absicherung gegen Überlast ist die Temperaturmessung zu träge.
>Ohne weitere Verluste durch einen Shunt könnte man den Spannungsabfall
>über den Mosfet auswerten. Ist aber individuell bei max. zulässigem
>Strom abzugleichen.

Du meinst einen Shunt seriell zum MOSFET?
Dann habe ich ja einen zusätzlichen Verbraucher mitten im Lastzweig.

Auch wenn es nur ein paar Watt sind die da verbraten werden.. die zweige 
ich dann aber von meinen maximalen 200 Watt ab.

Damit wäre zwar das Problem mit dem Ruhestrom mehr oder weniger gelöst, 
wenn der Komperator wirklich nur > 100 Mikroampere benötigt.
Aber wirklich wäre ich damit auch nicht etwas von meinen 200 Watt 
abzugeben..

Autor: CMosSwitcher (Gast)
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>So wie ich das jetzt verstanden habe, soll der Strom gesperrt werden,
>sobald dieser zu hoch wird.

>Würde dann nicht ein Varistor oder eine Sicherung reichen?

Ja, im Prinzip richtig. Aber beim bzw. im Überlast Moment soll der 
Lastzweig nicht einfach gesperrt werden, sondern der Controller soll 
aktiviert werden um den Zweig "umzuschalten".

Wie müsste denn der Varistor geschaltet werden um ihn auszuwerten?
Parallel zum MOSFET und dann die Spannung über dem Varistor auf den 
Komperator?

Ideal wäre ja, wenn die Spannung über dem Varistor stark absinkt 
(Leistungsanstieg) dann direkt der EN Pin des Systembasischips 
angesprochen wird. Z.b die Varistorspannung direkt auf einen pnp 
Transistor und damit den EN Pin aktivieren ?

Danke bisher für die Anregungen!!

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

HEXSENSE-Transistoren.

MfG Spess

Autor: Ich (Gast)
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@ CMosSwitcher (Gast)

>Du meinst einen Shunt seriell zum MOSFET?

???

Genau das meine ich nicht. Lies mal richtig durch.

Autor: CMosSwitcher (Gast)
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@Ich

>Genau das meine ich nicht. Lies mal richtig durch.

Oh, ok. Sorry, da hatte ich wirklich nicht richtig gelesen. Du hast 
gemeint direkt die Spannung über Drain-Source zu messen, also über dem 
RDSon.

Ist sowas praktikabel? Stellt sich beim RDSon nicht irgendwann ein 
thermisches Gleichgewicht ein? Also, dass der RDSon bei steigendem Strom 
nicht proportional weiter steigt.

@ spess53

Ja, ich kenne die Leistungsmosfets  von IR mit dem Isense Ausgang.
Gibt es die sowohl für N-Kanal als auch P-Kanal Typen??

@Michael

bei dem Varistor sehe ich das Problem, dass man eine Spannungsänderung 
über dem Varistor ja erst erkennen würde, wenn der Varistorwiderstand in 
die Größenordnung des RDSon kommt?

Autor: Ich (Gast)
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Wenn die Batterie 17 A liefern kann, schafft sie auch 18 A, d.h. ein 
Abschalten aufs mA genau wird nicht erforderlich sein.
Wenn Du den Kühlkörper größer als erforderlich wählst, verringerst Du 
den Temperatureinfluß auf RDSon.

Wenn es einfach sein soll, wirst Du also mit gewissen Kompromissen leben 
müssen.

Autor: CMosSwitcher (Gast)
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>Wenn die Batterie 17 A liefern kann, schafft sie auch 18 A, d.h. ein
>Abschalten aufs mA genau wird nicht erforderlich sein.
>Wenn Du den Kühlkörper größer als erforderlich wählst, verringerst Du
>den Temperatureinfluß auf RDSon.

Das Problem ist aber, dass auch mal für ein paar Sekunden 30 A gezogen 
werden können, wenn ein Verbraucher ungewollt viel Strom zieht. Das kann 
ich nicht beeinflussen, klar darf/sollte das nicht vorkommen, aber auch 
dann sollte meine Schaltung nicht durchbrennen... genau deshalb gibt es 
ja diesen Ersatzzweig (Ist übrigens ein Relais in Reihe zu dem POWER 
MOSFET). Dieser kann dann im Notfall (bei Defekt des Transistors) 
ableiten....

Ich denke auch immer noch über diesen Ansatz mit dem Varistor nach...
Leider habe ich kein Tool hier um mal schnell eine Schaltung zu 
zeichnen.
Nur Paint, aber das will ich euch jetzt nicht antun ;-)

Deshalb mal schnell in Prosa:

12 V
in Reihe dazu POWER MOSFET
Parallel dazu Varistor
Parallel dazu Abgriff für Spannungsmessung

Nun meine Bedenken:
Wenn ich den POWER MOSFET nicht ansteuere, soll der Strom ja einen 
anderen Weg nehmen, wenn aber nun parallel zu diesem ein Varistor hängt, 
könnte ein Teil des Stroms durch den Varistor abfließen..

Varistoren sind ja SPANNUNGSabhängige Widerstände und die Spannung über 
dem MOSFET wird ja proportional zum Strom ansteigen.
Das heißt aber einem gewissen Strom ist eine gewisse Spannung erreicht, 
die den Varistor niererohmig werden lässt und den MOSFET kurzschließt ->
Folge: viel Strom für den kleinen Varistor..
Glaube nicht, dass es so etwas wie POWER Varistoren gibt?!

Der Rest müsste dann SEHR schnell geschehen, also Varistorspannung zu 
Analog Comperator und dann zum EN Pin des SBC um damit den Controller 
hoch zu ziehen (Startup ca. 11 ms) um dann über den Controller  das 
Relais zu öffnen...

Ja, ich weiß... aber es muss leider über den Controller sein um auch 
noch Fehler ausgeben zu können und das eigentliche System konsistent zu 
halten..

Nochmal zu der Varistorauswertung..
wäre es auch möglich die Varistorspannung auf die Basis eines npn zu 
geben.. dessen EmitterSpannung bei 12 V liegt um dann bei einem 
Spannungsabfall (~ 0.7 V) den Transistor durchzusteuern und den besagten 
EN Pin zu aktivieren...

Autor: Roland Praml (pram)
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ich würde für sowas einen BTS443-Highside switch (o.ä.) hernehmen. 
Dieses Teil ist "unkaputtbar"

Gruß
Roland

Autor: Ich (Gast)
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Das Relais ist kontraproduktiv zu "schnell reagieren".

>Das Problem ist aber, dass auch mal für ein paar Sekunden 30 A gezogen
>werden können, wenn ein Verbraucher ungewollt viel Strom zieht.

Wenn Du die Abschaltschwelle auf 18A z.B. einstellst, fließen dort keine 
30A. Je höher die Temperatur, um so geringer ist die Abschaltschwelle 
durch die Erhöhung von RDSon. Es kann also nicht mehr Strom fließen also 
Du eingestellt hast. Das ist also kein Problem.


zu
>BTS443-Highside switch

Das Ding bleibt zwar ganz, aber ob die Batterie, angeschlossene Kabel 
etc. die bis zu 125A überleben?

Autor: Roland Praml (pram)
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Der BTS hat ebenfalls einen Sense-Ausgang. Hier könnte man ganz leicht 
mit einen Komparator abschalten. Ansonsten hast du natürlich recht.

Autor: Matthias W. (fralla)
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Temperator ist wie geagt viel zu träge für Überstrom, und ganz und gar 
Sinnlos im Kurzschlussfall.
Mit Varistoren hab ich soetwas noch nicht gesehen.
Warum nicht wie 1000 fach in Sschaltnetzteilen besserer Art eingesetzte 
Stromwandler für den Peak-Current limit oder Regelung?
Stromwandler, also 1:100 Transformator, mit Bürde und Resetnetzwerk, 
bischen RC Filtern und Abfrage über einen Komparator, fertig.
Notfalls kann der Komp auch den Gate-Treiber (wenn Vorhanden disablen) 
oder Gate auf Low ziehen (wenn Lowside), zusätzlich zum SIgnal an den 
Controller.

Der Stromwandler kann bei Bedarf auch Highside plaziert werden.

MFG

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