MOSFET Schaltung - Hilfe

[Culian C. (culian)]

Hallo zusammen!

Erst einmal vielen Dank an die vielen aktiven Nutzer und die vielen sehr 
hilfreichen Beiträge!!

Jetzt bräuchte ich auch einmal eure Hilfe. Ich habe mich die letzten 
Tage an meine erste Schaltung gewagt.

Kurz ein paar erklärende Worte. Der Mosfet (IRFS4115PBF) soll vorab in 
der Testschaltung mit 10kHz geschalten werden. Die Hochlast-Widerstände 
sollen eine ohmsche Last darstellen, an 40V und 5A, mit dem Elko C2 
parallel geschalten. Als Treiber-IC mit dem Kerko C1 dient der 
MCP14E10-E/SN.

Passt der Aufbau und die Komponenten so zusammen, dass die Schaltung 
funktioniert? Es gibt sicher ein paar Hinweise, Ideen und 
Verbesserungsvorschläge von euch? :D

Vielen Dank vorab!!!

Culian

[Falk B. (falk)]

@Culian C. (culian)

>Kurz ein paar erklärende Worte. Der Mosfet (IRFS4115PBF) soll vorab in
>der Testschaltung mit 10kHz geschalten werden. Die Hochlast-Widerstände
>sollen eine ohmsche Last darstellen, an 40V und 5A,

OK.

> mit dem Elko C2 parallel geschalten.

Nö, der Elko ist ein Entkoppekondensator für die Betriebsspannung.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator

>Als Treiber-IC mit dem Kerko C1 dient der
>MCP14E10-E/SN.

D2 ist fehlplatziert, das sieht man schon am MOSFET-Symbol. Bei ohmschen 
Lasten braucht man keine Freilaufdiode. Das bisschen Restinduktivität 
der Leitungen etc. kann man in den Skat drücken.
Wenn man dennoch eine Angstdiode platzieren will, dann parallel zur 
Last, nicht paralle zum MOSFET.

C1 ist zu klein, dort gehören eher 100nF als Keramikkondensator dran + 
vielleicht 10-47uF in Form eines Elkos oder Tantals.

C2 erscheint mir auch zu klein, dort müssen eher 100-1000uF hin.

Und warum um alles in der Welt braucht man für läppische 5A einen 10 
mOhm Monster-MOSFET? Jeder einfache BUZ11 mit ~50mOhm würde hier LOCKER 
ausreichen!!!

P = I^2 * R = 5A^2 * 50mOhm = 1,25W

Da braucht man nur einen winzigen Kühlkörper.

[Tany (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Und warum um alles in der Welt braucht man für läppische 5A einen 10
> mOhm Monster-MOSFET?

Wie definiertst du ein Monster-MOSFET?
Es gibt 50V MOSFET im SOI-8 Gehäuse, hat knapp 10 mOhm. Isser auch ein 
Monster?

>Jeder einfache BUZ11 mit ~50mOhm würde hier LOCKER ausreichen!!!

Wenn wir schon bei altenativen sind, dann lieber ein Logic-Level MOSFET 
verwenden. Bei 10 kHz und mordernen MOSFET mit niedriger Gateladung 
braucht man nicht zwingend einen Treiber.

[Culian C. (culian)]

@Falk

Danke für den Hinweis mit den Kondensatoren. Die Größe hab ich zuerst 
über C=I*dt/dU abgeschätzt. So eher nicht sinnvoll?

Die Diode hab ich tatsächlich als "Vorsichtsmaßnahme" eingebaut. :D Mit 
parallel zur Last war mir nicht bewusst, danke!

Der "Monster-Mosfet" ist bewusst gewählt, da er später eventuell in 
einer größeren Schaltung zum Einsatz kommen soll.


Was wär denn eine einfach, elegante Möglichkeit die Temperatur des 
Mosfets zu messen. Gehäusetemperatur reicht vollkommen, gibt es hier 
z.B. passende NTC-Widerstände zum aufkleben?

Gibt es eine einfache Möglichkeit den Mosfet auf der Platine zu 
wechseln? Eventuell auch einen passenden IGBT einzubauen? Hab schon 
Stecksockel gesehen (Übergangswiderstand zu groß?)? Ansonsten parallel 
Schalten oder ein-/auslöten?

[MaWin (Gast)]

Culian C. schrieb:
> Passt der Aufbau und die Komponenten so zusammen

Was macht die Diode parallel zum MOSFET ? Und warum eine 1A Diode wenn 
man 4A schalten will ?

Eine Freilaufiode ist es nicht, die wäre im MOSFET auch schon eingebaut.

Wenn für deine Last eine Freilaufiode nötig ist, kommt die parallel zur 
Last.

Daß der Elko die Betriebspannung stützt und nicht geschaltet wird, ist 
gut und in Ordnung, andersrum wäre es fatal.

Warum man nun gerade einen 150V 5nF MOSFET für 5A an 40V braucht, sei 
dahingestellt. Nun ja, er hat sogar eine DC-Kurve für 40V/0.4A.

[Culian C. (culian)]

Danke für eure Hilfe! Hab versucht die Anmerkungen einzuarbeiten und 
mein erstes Board dazu erstellt.


Bitte hier auch gerne eure Hilfe, ob das soweit überhaupt funktioniert?


Passt der Widerstand vor dem Mosfet Gate, bin aus den Datenblättern 
nicht wirklich schlau geworden?


Lässt sich damit (MJSTS-103-3950-1-600-3D) sinnvoll die Mosfet 
Temperatur überwachen?


Gibt es eine Möglichkeit den Mosfet später auf der Platine zu
wechseln? Eventuell auch einen passenden IGBT einzubauen? Hab schon
Stecksockel gesehen (Übergangswiderstand zu groß?). Ansonsten parallel
Schalten oder ein-/auslöten?

[MaWin (Gast)]

Du hast tatsächlich Widerstände als Last.

Da ist das mit der Freilaufiode völlig egal und der MOSFET muss auch 
nicht schnell schalten denn Widerstände sind thermisch träge, also 
braucht man keinen MOSFET-Treiber sondern kann einen LogicLevel MOSFET 
direkt ansteuern, der Vorwiderstand ist auch völlig egal.

Der einzige richtige Fehler ist: Unbenutze Eingänge des MCP14E10 sollte 
man auf definiertes Potential, z.B. GND legen, Enable darf (wegen 
internem pull up) offen bleiben.

Das Layout macht den üblichen Fehler, Masse nicht als Leitung zu 
verlegen, sondern zu glauben, es würde reichen, hinterher alles 
vollzugiessen. So sind deine Masseletungen gigantisch lang und dünn und 
nicht gut bei 2A Umladestrom und der daraus resultierenden 
Geschwindigkeit an 5nF MOSFET -> ca. 25ns = 40MHz.

Suche dir einen zentralen Punkt als Massepunkt und ordne 100nF, GND des 
MCP14e10, die Elkos, Source des MOSFETs darum an damit die Wege kurz 
sind.

[Falk B. (falk)]

R1 hat einen Kurzschluß. Die Leitung kann man spielend auch auf Bottom 
legen.

[Werner (Gast)]

.. wie MaWin schon sagte:

Es lohnt sich nachzuschauen, wo Deine 5 A lang fließen. Siehe Bild.

Der Schriftzug hat leider den direkten Weg verperrt. Schade. Und auf 
einmal wundert man sich, warum es an einer Stelle in der GND Fläche, die 
ganz unscheinbar aussieht, plötzlich Verfärbungen gibt.

Werner

[Ulf (Gast)]

Hallo

Laß doch die Schrift auf der Bottom-Seite weg, oder schieb die zur 
Seite. Das mit dem Kurzschluß an R1 hätte aber der DesingRule-Check 
anmeckern müssen. Den zu nutzen ist eigentlich nie verkehrt ;-). Wieso 
baust Du eigentlich die Last-Widerstände auf die Platine mit drauf ? 
Abgesehen davon  müßten die schon an einen Kühlkörper, sonst rauchen die 
doch recht schnell ab.

Gruß Ulf

[Falk B. (falk)]

https://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts#Vorgehen_bei_der_Layouterstellung

Abschnitt Masseflächen

[MiWi (Gast)]

Culian C. schrieb:
> Danke für eure Hilfe! Hab versucht die Anmerkungen einzuarbeiten und
> mein erstes Board dazu erstellt.
>
>
> Bitte hier auch gerne eure Hilfe, ob das soweit überhaupt funktioniert?
>
>
> Passt der Widerstand vor dem Mosfet Gate, bin aus den Datenblättern
> nicht wirklich schlau geworden?
>
>
> Lässt sich damit (MJSTS-103-3950-1-600-3D) sinnvoll die Mosfet
> Temperatur überwachen?
>
>
> Gibt es eine Möglichkeit den Mosfet später auf der Platine zu
> wechseln? Eventuell auch einen passenden IGBT einzubauen? Hab schon
> Stecksockel gesehen (Übergangswiderstand zu groß?). Ansonsten parallel
> Schalten oder ein-/auslöten?

Wenn kein Verbindungsknoten im Schaltplan angezeigt wird besteht keine 
Verbindung zwischen 2 Netzen. Daher stimmt irgendwas mit 
Schaltplan/Layout nicht.

PAD2 <> Elko hat keinen Verbindungspunkt, ist im Layout aber verbunden,

Source vom FET hat auch einen Haufen Verbindungen, die alle keinen 
Verbindungspunkt anzeigen...

Daher - wenn Du solche Dinge machst - lerne auch gleich richtig 
Schaltpläne zu zeichnen.

Wenn Du IGBT verwenden willst... nur zu. Aber lege die Ansteuerung für 
den IGBT dann so aus wie Du ihn in der Situation verwenden willst... 
(neg. Steuerspannung für schnelleres Abschalten etc)

Neben JP1 gehört noch ein Masseanschluß für das Steuersignal.

Und wenn die Pulse sehr kurz werde dann siehst Du klugerweise noch einen 
Terminierungswiderstand am Steuersignal vor, sonst verhaut Dir das 
Klingeln und andere Grauslichkeiten das Signal am Treiberchip.

Grüße


MiWi

[Culian C. (culian)]

Danke erstmal für die vielen Hinweise! Masseführung, Kurzschluss und 
Anschlüsse wird ich mir gleich nochmal anschauen.

Ist es dann üblich bei drei verschiedenen Spannungsquellen (IC, 
Frequenz, Last) den Pluspole jeweils anzuschließen und die Minuspole 
alle auf die selbe Massefläche zu legen?

@ MiWi was für ein Widerstand wär denn dann am Steuersignal angebracht?

[MiWi (Gast)]

Culian C. schrieb:

>
> @ MiWi was für ein Widerstand wär denn dann am Steuersignal angebracht?

Das hängt von dem Gerät ab, mit dem Du den Puls erzeugst und es hängt 
auch von dem Kabel, mit dem Du dann den Puls vom "Generator" zur Platine 
bringst.

Wenn Du zB. einen normalen Frequenzgenerator mit 50Ohm Ausgang und ein 
Koaxkabel mit 50Ohm hast dann gehört dort ein 50Ohm Abschlußwiderstand 
hin...

Da Du aber nix über Generator, Leitungslänge und Pulsdauer schreibst... 
kann ich Dir da nicht weiterhelfen (und diue Pulsfrequenz sagt nix über 
die Pulsdauer aus)

Grüße

MiWi

[nemesis... (Gast)]

Culian C. schrieb:
> Ist es dann üblich bei drei verschiedenen Spannungsquellen (IC,
> Frequenz, Last) den Pluspole jeweils anzuschließen und die Minuspole
> alle auf die selbe Massefläche zu legen?

Man verlegt die einzelnen Massepotentiale sternförmig auf einen
gemeinsamen Punkt der im Normalfall die Masseklemme der Platine
ist. Wenn man eine Massefläche designen will, dann sollte ein
vernünftiger technischer Grund vorliegen, also man weiß, was man tut.
In den meisten Fällen ist keine Massefläche nötig.
Hier macht das nur den Eindruck als wenn es schick aussehen soll.