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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistungsberechnung MOSFet für Kühlkörper


Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

ich stehe vor dem Problem, dass ich einen MOSFET kühlen muss.
Allerdings weiss ich noch nicht, inwiefern ich den Kühlkörper minimieren 
kann, denn er muss möglichst klein sein.

Dazu muss ich die Verlustleistung des MOSFETs ausrechnen  - nur wie?
Die ganze Schaltung existiert bisher nur in der Theorie, daher ist 
nichts mit ausmessen.

Den Strom kenne ich nicht, die angelegte Spannung schon. Wie groß ist 
nun der Widerstand?
Am Gate liegt ein statistisches Signal an, welches ja so wie ich das 
verstanden habe den Widerstand des MOSFETs regelt.
Sollte ich da versuchen den Widerstand zu mitteln ?

Es hat doch bestimmt jemand von euch Erfahrung mit der Abschätzung von 
Kühlkörpern. Ich hoffe auf ein paar nützliche Faustformeln ;)


Danke schonmal!

Autor: Sonic (Gast)
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Das brauchst du nicht abschätzen. Normalerweise wird zu jedem Kühlkörper 
die maximal abführbare Wärmemenge angegeben. Hatte das mal in der 
Berufschule (laaange her..), wie der Kühlkörper berechnet wird. Ich 
schau mal in meinen alten Unterlagen ob ich's noch finde. Falls ja werd' 
ich's posten!

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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>Am Gate liegt ein statistisches Signal an, welches ja so wie ich das
>verstanden habe den Widerstand des MOSFETs regelt.
>Sollte ich da versuchen den Widerstand zu mitteln ?

Lies den Widerstand doch im Datenblatt ab:
Die Kurve Vgs/Id die Gate-Source Spannung kennst du ja.

Autor: unsichtbarer WM-Rahul (Gast)
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>Ich hoffe auf ein paar nützliche Faustformeln ;)

Guck dir mal die Formeln zur Berechnung des thermischen Widerstandes an.

Dabei geht es in erster Linie darum, die Temperatur (K) des MOSFET unter 
einen bestimmten Wert zu halten.

Autor: Sonic (Gast)
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Also nochmal, hab's gefunden!
Die Wärmemenge die der Kühlkörper wegbringt wird in K/W angegeben (z.B. 
bei Reichelt im Katalog).
Die Berechnung: (Sperrschichttemperatur - 
Umgebungslufttemperatur)/Verlustleistung = Erforderliche K/W des 
Kühlkörpers.
Es ist darauf zu achten, dass die Wärmeübergänge so verlustarm wie 
möglich sind.
Das Ganze bezieht sich auf Kühlkörper OHNE Lüfter.

Autor: Tom K. (ez81)
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Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Den Strom kenne ich nicht, die angelegte Spannung schon.

Ohne Strom kannst du die Verlustleistung nicht ausrechnen. Die hängt 
nämlich vom DS-Widerstand des FETs und vom Strom ab. Der Widerstand 
wiederum hängt von der Gatespannung ab und ist im Datenblatt des FET 
nachzulesen.

Autor: Matthias (Gast)
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Da hab ich auch gleich mal eine Frage zu dem Thema. Ich muss die 
Verlustleistung eines FETs berechnen welcher durch PWM betrieben wird.
Gibt es dafür eine Faustformel? Mein Rdson beträgt 0,3 Ohm. Aber die 
Verlustleistung ist ja auch noch von der Schaltzeit/Flankensteilheit 
abhängig. Kann ich diese vernachlässigen und nur mit den 0,3 Ohm 
rechnen?

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Nö,
Du solltest Die Ansteigszeit schon kennen und kannst dann "Dreiecke" 
berechnen für die Zeit. Dazwischen ist der Strom gleich oder fehlt ganz.

Ich habe hier meine PWM-Steuerung auf 1us Anstieg getrieben (IR2101 als 
Ansteuerung). Allerdings haben meine FETs nur so 0,00x Ohm.
Da würde ich einfach mal den Oszi dranhalten...

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Matthias wrote:
> Da hab ich auch gleich mal eine Frage zu dem Thema. Ich muss die
> Verlustleistung eines FETs berechnen welcher durch PWM betrieben wird.
> Gibt es dafür eine Faustformel? Mein Rdson beträgt 0,3 Ohm. Aber die
> Verlustleistung ist ja auch noch von der Schaltzeit/Flankensteilheit
> abhängig. Kann ich diese vernachlässigen und nur mit den 0,3 Ohm
> rechnen?

Die Schaltverluste sind oft gräßer als die Durchlassverluste:
Pschalt = 1/6  Umax  Imax * (tr + tf) * f
aber das geht nur wenn du das Gate so ansteuerst wie im Datenblatt 
angegeben sonst stimmen risetime und falltime nicht mehr. Dann musst du 
die Zeiten ungefähr mit t= Qg/I (total Gate Charge / Strom je nach Rg) 
berechnen.

Autor: Gast (Gast)
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Hallo,
ich muss einen Kühlkürper für einen Mosfet im PWM-Betrieb 
dimensionieren. Da es in diesem Thread die besten Ansätze gibt, die ich 
hier gefunden habe, mache ich hier weiter.

Stefan Gemmel (steg13) schrieb:
>Pschalt = 1/6  Umax  Imax * (tr + tf) * f

Wie leitet sich diese Formel her? Mit den Dreiecken in der Steig- und 
Fallzeit hätte ich die 1/2 Umax. Beim Stromm hätte ich jetzt 
Überschlagsweise gedacht, dass imm Mittel auch so der halbe Strom 
fließt, so dass insgesamt 1/4 in der Formel stehen müsste. Scheint wohl 
nicht ganz so zu sein...

Dann noch eine zweite Frage: Bei thermischen Modellen sind neben den 
thermischen Widerständen auch thermische Kapazitäten zu sehen. Muss das 
komplette Modell bei einer PWM-Frequenz von größer als 10 kHz berechnet 
werden, oder liefert das einfachere Modell ohne die Kapazitäten schon 
recht genaue Ergebnisse. +/- 10 % sind denke ich kein großes Problem, da 
eh mit einem Sicherheitsfaktor gearbeitet wird.

Kann jemand gute Fachliteratur zu diesem Thema empfehlen?

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