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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mos-Fet wird heis


Autor: Michael (Gast)
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hallo!

ich habe mir einen dimmer wie im anhang zu sehen gebaut. soweit
funktioniert auch alles, doch der mos-fet (2SK2718) wird sehr
heis.momentan habe ich eine 60W lampe angeschlossen, macht bei 230V
also nur ca. 260mA. wenn er nun immer durchgesteuert ist (bei voller
last) wird er über 60°C, bei halber last wird er immernoch über 50°C
und wenn meine lampe nur noch glimmt habe ich so 30°C.

hier nun meine frage: ist das normal das er so heis wird? hab im
datenblatt gesehen das die DS-Strecke einen recht hohen spannungsabfall
hat, gibt es typen die hier besser sind und dann auch weniger leistung
verbraten? oder hab ich generell nen denkfehler drin?

gruß michael

Autor: Thilo (Gast)
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Habe den MOSFET-Typ grade nicht im Kopf, aber ist die Versorgung AC 230V
oder DC? Falls DC, warum hast Du den N-Kanal mit Drain gegen die
Versorgung geschaltet? So würde er mit 10V niemals voll durchgesteuert
werden. Source auf Masse und den Verbraucher gegen + würde
Funktionieren. (Datenblatt beachten, wieviel Strom kann der FET lt.
Kennlinie bei 10V Gate?)

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Für beide Widerstände besser 10kOhm nehmen, dann wird der FET schneller
ein- und ausgeschaltet und hat weniger Schaltverluste.

Autor: johnny.m (Gast)
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Wie wird der MOSFET denn überhaupt angesteuert? Hast Du evtl. auch die
Substratdiode vergessen? Bei Wechselspannung lässt er nämlich eine
Halbwelle immer komplett durch, da er kein Rückwärtssperrverhalten hat!


Außerdem ist die Ansteuerung eines Leistungs-MOSFET über einen
Bipolar-Transistor mit Pull-Up eh kriminell. Auch 10k sind da noch zu
viel. Bei dem BC327 sollten es bei direkter Ansteuerung über den µC
auch eher weniger als 10k sein.

Und (wie Thilo schon andeutete) wirst Du erhebliche
Bezugspotenzialprobleme haben. So, wie es im Schaltplan dargestellt
ist, wird der FET wahrscheinlich gar nicht vernünftig aufgesteuert.

Autor: A.K. (Gast)
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Gatekapazität ~500pF * Pullup-Widerstand 100KOhm = 50 µsec. Es dauert
schlicht ewig lang, bis der MOSFET voll durchschaltet. Deshalb gibt es
ja MOSFET-Treiber ICs.

Autor: Michael (Gast)
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also, hab meine schaltung nochmals weng ausführlicher gezeichnet, da
hier ja einige fragen waren.

@ thilo: denke deine frage hat sich erledigt, habe source auf masse.

@ Dieter Werner: kann mal probieren kleinere widerstände zu nehmen, da
ich aber meine 10V aus den 230V über diode, widerstand und z-diode
mache wird mir sonst der strom zu hoch.

@johnny.m: Substratdiode?? kenn ich überhaupt nicht was soll das sein?

hab mal die drain-source spannung bei voller last gemessen, die ist
proportional zur 230V versorgung und liegt bei 2V spize-spize. das
sollte doch aussagen das der mos-fet voll durchgeschaltet ist, oder?

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> @ Dieter Werner: kann mal probieren kleinere widerstände zu
> nehmen, da ich aber meine 10V aus den 230V über diode, widerstand
> und z-diode mache wird mir sonst der strom zu hoch.

Naja, beim Umschalten will der FET eben Strom haben, um schnell zu
schalten. Je länger das Umladen der Gatekapazität dauert, desto länger
ist er nicht richtig durchgesteuert und desto mehr Verlustwärme
produziert er.

Autor: johnny.m (Gast)
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> Substratdiode?? kenn ich überhaupt nicht was soll das sein?

Leistungs-MOSFETs haben i.d.R. eine (parasitäre) Diode (auch
"Body-Diode" genannt), die dafür sorgt, dass der FET rückwärts nicht
sperren kann. In einer Richtung hast Du deshalb immer Durchgang,
unabhängig davon, ob der MOSFET aufgesteuert ist oder nicht. Deshalb
ist ein einzelner MOSFET auch nicht zum Schalten von Wechselspannung
geeignet.

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Er schaltet doch pulsierende Gleichspannung. Aber, kommen sich denn da
der Gleichrichter und deine generierte Betriebsspannung (Vorwiderstand
und Z-Diode) nicht ins Gehege?

MW

Autor: johnny.m (Gast)
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@Michael:
Er wollte ja wissen, was es mit der Substrat-Diode auf sich hat. Weiter
oben hatte er von der Gleichspannung nämlich noch nix gesagt... Aber
jetzt gibts ja auch ein etwas vollständigeres Schaltbild...

Autor: Michael (Gast)
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@Rolf Magnus: habe mal bei mir die anstiegszeit am gain beim umschalten
des transistors gemessen. 0V am gain, nach 500µs hab ich dann 8V.
dauerert also recht lang, oder? im umgekehrten fall 8V am gain, dann
auf 0V schalten ist keine verzögerung zu messen (sehr steile flanke).

@Michael Wilhelm: nein, das passt schon, da bin ich mir sicher, hab
beide spannungen 10V für mos-fet und 3V für µC gemessen, die sind
stabil.


hab auch mal nachgerechnent, hab am drain-source 1,37V effektiv bei
voller last (60W lampe). dann ergibt sich eine verlustleistung von
60W/230V * 1,37V = ca. 360mW und das sollte kein problem sein, denk mal
das die flankensteilheit das problem ist, was meint ihr?

Autor: johnny.m (Gast)
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Klar, das Abschalten geht wesentlich schneller, weil Du das Gate über
den BC327 niederohmig auf Masse ziehst. Das Aufladen der Gatekapazität
beim Einschalten ist dagegen hochohmig und dauert deshalb entsprechend
lange. Und genau das ist bei Dir der kritische Punkt. Deshalb schaltet
man Leistungs-MOSFETs auch meist mit einer Push-Pull-Endstufe, also mit
zwei Transistoren, damit auch der Einschaltvorgang schnell geht.

Autor: SuperUser (Gast)
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100k zum Laden des Gates ist eindeutig zu hoch, daher auch die schlappe
Flanke

Autor: Ingo (Gast)
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Lieber, wie oben bereits vorgeschlagen 1K nehmen oder besser, mit
weiterem Transistor einschalten.

Autor: johnny.m (Gast)
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Übrigens: Mit nem BC327 wird das eh so net gehen, das ist ein pnp. Wenn,
dann ein BC337... Vermute aber mal, Du hast Dich da vertippt...

Autor: Michael (Gast)
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@ johnny.m: ja, da hast du recht. wollte eigentlich auch noch den pfeil
in den transistor malen zum besseren verständnis, hab´s dann aber doch
wieder vergessen.

werde morgen mal versuchen (wie von ingo vorgeschlagen) den widerstand
zu verkleinern, mal sehen was meine versorgung hergibt, oder nen
zweiten transistor einbauen.

meld mich dann morgen. danke schonmal für die info´s/tipps.

gruß michael

Autor: johnny.m (Gast)
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Wenn Du mit 10V den MOSFET schalten willst, brauchst Du zwei zusätzliche
Transistoren, da der µC ja wahrscheinlich mit höchstens 5V betrieben
wird. Die Endstufe kannste dann mit dem Kollektor vom BC337 ansteuern.

Autor: Michael (Gast)
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hallo,

ich hab nochmal über das ganze nachgedacht und nun noch ein paar
fragen. hab das gate fest auf 10V geklemmt, mit dem selben effekt.
mos-fet wird nach kurzer zeit sehr heiss (über 60°C). glaube
mitlerweile nicht mehr das es an der ansteuerung  liegt.

zudem habe ich hier im forum einen dimmer mit ähnlicher beschaltung
gefunden: http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-407169.html#new

laut datenblatt habe ich bei 10Vgs und 0,260A eine spannung von 2V.
ergibt eine verlustleistung von ca. 0,5W. kann ich den jetzt überhaupt
ohne kühlkörper so betreiben? brauche ich evtl. einen typ mit besserem
übergangswiderstand (Rds)? gebt mal eure meinung dazu ab.

gruß michael

Autor: Michael (Gast)
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nachtrag:

@johnny.m: der µC wird mit 3V betrieben. aber wie gesagt hab eine
ähnliche schaltung hier gefunden siehe link.

Autor: johnny.m (Gast)
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0,5W sollten für ein TO220 o.ä. kein Problem sein. 60°C ist für ein
solches Bauteil nicht "sehr heiß", deutet aber auf mehr als 0,5W
hin...

Autor: johnny.m (Gast)
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> der µC wird mit 3V betrieben...

Aber er kann keine 10V. Deshalb musste, wenn Du eine
Komplementär-Endstufe nimmst, noch einen npn vorschalten, um den Pegel
anzupassen, damit die 10V nicht an den µC-Pin kommen.

Autor: Michael (Gast)
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denke die ansteuerung ist okay, werde also keine komplementär-endstufe
einbauen, da bei gate direkt an 10V die selbe leistung am mos-fet
verbraten wird.

ich möchte meinen dimmer später in eine unterputzdose klemmen, deshalb
möchte ich möglichst wenig wärme erzeugen. hat jemand nen tipp ob´s
mos-fet´s mit möglichst geringen verlusten gibt? denk das ist der
einzigste weg um die wärme zu verringern.

Autor: johnny.m (Gast)
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> ...da bei gate direkt an 10V die selbe leistung am mos-fet
> verbraten wird...

Wie willste den MOSFET denn dann ausschalten, wenn Du das Gate direkt
an 10V legst?

Autor: Thomas O. (Gast)
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so würde ich das auch nicht machen, wenn dein µC nämlich hängt oder
durchbrennt dann schaltet das Teil ständig durch.

Die 100 kOhm Widerstände sind viel zu groß dimensioniert. Um den µC zu
schützen reicht da 1 kOhm. Kann deinem Beitrag nicht entnehmen ob du
den FET im Linearbetrieb oder im Schaltbetrieb nutzt.

Im Linearbetrieb wird die Leistung die du nicht benötigst in Wärme
umgewandelt im Schaltbetrieb nicht. Angenommen du hast ein Netzteil mit
13,8V und ne 6V Lampe die 1A zieht, dann musst du im Linearbetrieb
13,8-6=7,8V*1A= 7,8W verheizen. Haste mal nen 8W Lötkolben angefasst
dann hast du ne Vorstellung welche Energie da vernichtet werden muss.
Im Schatbetrieb wird der Transistor immer nur ein und ausgeschaltet
durch das Verhältniss der Ein- und Ausschaltzeit wird dann die
Helligkeit verstellt. Z. B. 10mSek ein:10mSek aus=50% Helligkeit, 5mSek
ein:10mSek aus=25% Helligkeit und das beste dabei dein Transistor wird
wenn er schnel angesteuert wird kaum warm. Kannst auch mal nach PWM für
eine genauere Erklärung.

Außerdem sehe ich das deine Last nicht zw. der Versorgungsspannung und
Drain hängt sondern zw. Source und Masse.

Wechselspannung ist natürlich auch nicht gerade das beste was du einem
Transistor antuhen kannst.

Überdenke nochmal deine Schaltung oder schreibe mal ausführlichst was
du genau vorhast. Wenn du ne Lampe am Wechselstrom dimmen willst wäre
ein Phasenan- o. abschnitt mittels Thriac das passende Mittel.

Wenn du es aber trotzdem mittels Transistor machen willst, müsstest du
die Wechselspannung gleichrichten dann haste aber um die 400V das würde
dein Transistor aber mitmachen, allerdings nur im Schaltbetrieb sonst
müsste er ja noch mehr Leistung verheizen.

Autor: Maddin (Gast)
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IGBT`s! sind nur sehr teuer!?

Maddin

Autor: Maddin (Gast)
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GT20 D101 IGBT N-KANAL  9.05 Reichelt

habe ich schon oft in apps wie deinen gesehen. das schöne bei der
schaltung ist die mögtlichkeit an-sowie abschnitt zu realisieren.

maddin

Autor: Maddin (Gast)
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und noch einen oben drauf:

anhang

entspricht deinem aufbau.

maddin

Autor: Michael (Gast)
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@johnny.m: war nur zum testen ob der mos-fet auch warm wird wenn er
direkt an 10V gatespannung liegt, um auszuschliessen das meine nicht so
steile flanke dafür veranwortlich ist.

@Thomas O.: ich will den mos-fet im schaltbetrieb als phasen abschnitt,
dashalb auch der mos-fet, geht ja nicht mitm triac.

@Maddin: na also, von da hab ich mir das auch abgeguckt, das müsste
dann auch funktionieren. einzigstes problem bei meinem aktuellen
mos-fet der grosse Rds mit typischen 5,6 ohm, macht einfach zu viel
wärme. suche mal bei reichlt nach typen mit geringen widerstand.

gruß michael

Autor: tim (Gast)
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also such dir doch erst mal nen passenden mosfet... da gibts welche die
haben ein rdson von 0.002 Ohm

Autor: Michael (Gast)
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hmm, hab jetzt schon mal weng gestöbert, aber nix 100%iges gefunden. wo
kann ich denn da am besten suchen? von allen typen bei reichelt nen
datenblatt ziehen und gucken kann´s ja wohl net sein. weis jemand wo
man ne übersicht her bekommt?

@tim: kannst du mir mal einen typ nennen? wichtig wäre to220 gehäuse
und am besten isoliert.

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Mal so am Rande, mit 1Watt Verlustleistung ist ein TO220 zum abkochen
zu bringen. 0,5W/60°C ohne Kühlblech - absolut normal.
Ein IGBT hat aber auch eine Uce satt bei 1,3-2,6V, die allerdings auch
bei voller Last.(Ist ja der Vorteil von IGBT)

Autor: Frank (Gast)
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Also zum Thema IGBT fällt mir nur ein dickes, fettes LOL ein. Mit IGBTs
kann man gut Leistungselektronik im kW Bereich bauen, für die paar Watt
hier aber nicht ganz zu gebrauchen.

Man suche sich auf der Seite von International Rectifier einen
passenden FET, den es auch in Deutschland gibt, sorge für steile
Flanken und sei glücklich.

Autor: tim (Gast)
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am besten du gehst mal auf die homepage www.irf.com, dort schauste bei
den hex-fet nach, dort kannste auch die nachschlagen die es bei
reichelt gibt

Autor: Michael (Gast)
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@tim: die seite ist sehr gut, dnake für den link. was ich aber nicht
hinbekomm ist, wie ich mir nur die teile von reichelt anzeigen lassen
kann.

Autor: tim (Gast)
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@michael: nur die bauteile von reichelt anzeigen lassen geht leider
nicht, aber es gibt die "part search", dort brauchste nur den
artikelnamen vom reicheltkatalog eingeben und schon bekommste die daten
zu dem bauteil... aber ich muss schon echt sagen, dass es eine mühsame
arbeit ist... da sollte reichelt eigentlich mal was dran machen... aber
wenn du den conrad katalog hast, da ist glaub so ne tabelle drin wo du
schon mal ne grobauswahl treffen kannst... also ich schau meist erst im
reichelt nachdem preis, dann im conrad ob der rdson stimt und dann mal
auf der homepage von irf nachdem datenblatt

Autor: Michael (Gast)
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so, hab mir jetzt mal ein paar tyen rausgesucht, die ich demnächst mal
bestellen werde. denke dann hat sich das problem gelöst. vielen dank an
alle!

gruss michael

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