Hallo! Ich habe vor eine größere Last mit mehreren parallelgeschalteten Power-FETs zu schalten. Es soll eine Last mit einem Strom von ca. 300A über PWM geregelt werden. Ich habe mich derzeit für den Einsatz mehrerer IRL1004 entschieden. Um genügend Reserven zu haben, möchte ich ca. 15-20 Stück parallelschalten. Die Betriebsspannung der Last ist ca. 12V. Ich hätte jetzt zwei Fragen: 1. Der IRL1004 ist ja ein logic Level Typ. Der PWM-Takt ist relativ niedrig, und wird ca. zwischen 700Hz und 1Khz liegen. Kann ich alle 15 Mosfets über einen AVR-Pin ansteuern, oder wird das bei der höheren Anzahl problematisch? 2. Wie würdet Ihr das Ganze auf einer Platine platzieren? Ich frage deshalb, weil ich mir ncoh nicht ganz im klaren bin, wie ich eine Leiterbahnbreite zusammenbringe, die diesen Strom dauerhaft aushält. Es ist klar, dass ich die Leitebahnen mit Draht verstärken werde, nur 200A sind nicht mehr so ohne. Für Alle Die es interessiert: Es handelt sich um die Drehzahlregelung einer selbstgebauten Elektrowinde für den Seglerschlepp im Modellbau, wobei als Antrieb ein PKW- Startermotor zum Einsatz kommt. Ich würde mich über ein paar Ratschläge freuen. Viele Grüße Markus
> Kann ich alle 15 Mosfets über einen AVR-Pin ansteuern, oder wird das bei > der höheren Anzahl problematisch? Klar kannst du das machen, wenn du die als längsregler betreiben möchtest ;-) Entweder eine ordentliche, diskret aufgebaute Treiberstufe oder für jeden MOSFET einen eigenen Treiber. Da du sowieso einen Treiber brauchst kannst du die dann auch gleich mit 12V ansteuern. Die Leiterbahnbreite würde ich großzügig gestalten. Am besten so breit wie geht. Also kannst du anstatt leiterbahnen gleich Kupferflächen für alle Hochstromführenden Verbindungen nehmen.
Max wrote: > 1. Der IRL1004 ist ja ein logic Level Typ. Der PWM-Takt ist relativ > niedrig, und wird ca. zwischen 700Hz und 1Khz liegen. Kann ich alle 15 > Mosfets über einen AVR-Pin ansteuern, oder wird das bei der höheren > Anzahl problematisch? Ich rate mal (ohne ins Datenblatt zu gucken) 10 nF pro Gate, das würde eine Last von 200 nF machen. Ist schon ziemlich heftig, andere benutzen das gerade mal zum Abblocken von Vcc. ;-) Ich würde erstmal zu einem zusätzlichen Treiber tendieren. > 2. Wie würdet Ihr das Ganze auf einer Platine platzieren? Müssen die Transistoren denn auf eine Platine? Mir hatte mal jemand (der beruflich Wechselrichter baut) empfohlen, die Transistoren mit ihren Kühlfahnen alle auf eine dicke Kupferschiene zu schrauben, die dann gleich Stromschiene ist. Wahrscheinlich sollte man dann mit einem Abstandshalter eine zweite Schiene parallel machen und dahin die einzelnen Source-Anschlüsse legen (mit einem kurzen Stück Kabel jeweils).
Ich hab ins Datenblatt geschaut: ca.5nF am Gate - trotzdem sind IMHO kräftige Treiber unumgänglich. Ich würde jedem (?) eine 74xx245 spendieren. Zu langsames Schalten sind sofort massive Verluste. Vermutlich ist auch ein Symmetrieren der Ströme notwendig.
HildeK wrote: > Ich würde jedem (?) eine 74xx245 > spendieren. Zu langsames Schalten sind sofort massive Verluste. Du hast ja Recht, aber warum ein 245? Es gibt sogenannte MOSFET-Treiber.. ICL7667 unter anderem
Auch gut, kannte ich nicht - kenne ich jetzt. Danke. Im 245 sind 8 Treiber drin, hier nur zwei ;-)
245 sind eine ganz andere Klasse, quasi Spielzeug. Die einfachsten MosFET Treiber bringer 1.5Amp. Bessere Treiber bringen 6, 12, oder sogar 15Amp.
Hi, hast du dir schon mal die High side Treiber, z.B. den BTS555 angeschaut? Der schafft ca 150A - "unkaputtbar" - High Side (dürfte bei fester Masseverbindung von Vorteil sein) - Current Sense Ausgang - allerdings schlechtere Slew-Rate von 600µS Gruß Roland
Sonst gibts auch noch den IRF 1404, ist ne Stufe stärker als der 1004. gerade gelesen BTS555 - starkes Ding. 7,70€ bei Reichelt.
Hallo! Vielen Dank für Eure zahlreichen Ratschläge! Da ich noch keine Profi im Bereich dieser Leistungsklasse bin habe ich noch ein paar Fragen. Die entstehenden Schaltverluste stehen ja in direktem Zusammenhang mit der Schaltfrequenz. Da die angestrebte Schaltfrequenz meines Reglers relativ niedrig ist (ca 700-1000 Hz) müssten ja die Schaltverluste auch eher gering sein. Mir ist jetzt auf jeden Fall klar, dass ich Treiber brauche, jedoch müssen das bei dieser Schaltfrequenz recht aufwändig sein? Ich möchte nicht unbelehrbar erscheinen, und wenn Ihr mir sagt dass es unbedingt notwendig ist, dann habe ich kein Problem damit. Die Frage stelle ich deswegen, weil gerade im Modellbaubereich aus Gewichts- und Kostengründen die Fahrtregler auch eher minimalistisch aufgebaut sind (Gemeinsamer Treiber für mehrere FETs.) Der Strom liegt in diesem Anwendungsbereich bei den stärkeren Reglern >50A Vielen Dank für Eure Hilfe! Viele Grüße Markus
Die Schaltverluste hängen von der Slew-Rate ab, also wie schnell der Chip durchsteuert. Beim BTS 555 sind das ca 600µs beim IRL1004 sind es ca. 210ns (deshalb ist der BTS 555 wohl doch nicht so geeignet für PWM, sorry für den Tip) Bei 1000 Hz hast nämlich 1ms Impulsbreite und in 60% der Zeit steuert der BTS nicht ordentlich durch, hier wären die 210ns vom IRL dann doch deutlich besser. (Der ist allerdings wiederrum nicht kurzschlussfest, evtl noch ein oder zwei BTS dazu in Serie als elektronische "Sicherung" :) ) Die 210 ns erreichst aber nur bei sauberer Ansteuerung, sprich mit ordentlichen Treibern. Gruß Roland
Hallo, ich rate bei den hohen Strömen und den evtl. auftretenden Verlustleistungen zu TO247-Gehäusen. Die Transistoren würde ich kreisförmig liegend unter der Platine (beine nach oben gebogen und durch die Platine gelötet) anordnen und auf einen gemeinsamen Kühlkörper schrauben. Wobei es Experten gibt, die empfehlen, die Transistoren thermisch voneinander entkoppelt zu verbauen. Ströme müssen keine verteilt werden, das machen die FETs quasi von selbst. Soo viele Transistoren parallel zu betreiben halte ich für problematisch, da die Schaltzeitunterschiede schon zu merken sind. Getestet habe ich 8x IRFP064N http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfp064n.pdf parallel an einem IR2184 http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2184.pdf Fakt: der IR2184 im Beispiel schafft es nicht, die parallelen Mosfets schnell genug durchzusteuern. erschwerend hinzu kam allerdings auch, das meine Betriebsspannung deutlich höher lag und der erste schaltende Transistor im Avalachebetrieb quasi als Z-Diode betrieben wurde - ok, der IRFP064 kann das ;-) Beitrag "Re: vernünftige IGBT Ansteuerung?" Vergiß die "dicke" Freilaufdiode nicht. :-)) http://www.fairchildsemi.com/ds/RU/RURG8060.pdf Gruß AxelR. 100ns sind 10Mhz! !Motor entstören!
Mehrere einzelne Treiber für die einzelnen Transistoren? Bei so vielen Transistoren wird es schwierig alle synchron zu schalten. 1. Jeder Treiber hat ein leicht unterschiedliches Delay. 2. Die FETS haben auch Exemplarstreuungen und es gibt noch mehr Asynchronität Ich würde meinen bei so vielen einzelnen Treibern läuft dir der Einschaltmoment der einzelnen FETS dermaßen auseinander.... Ein Ansatz mit einem Schmitt-Trigger für schön steile Flanken und einer anschließenden Gegentaktstufe aus schnellen Power-MOSFETs ist meines erachtens besser als Treiber. Hier spielt nur noch die Exemplarstreuung deiner Leistungsschalter in den Synchronlauf hinein. Die Treiber-FETS sollten dabei schneller sein als deine Leistungsschalter. Weiter sollte die Gegentaktstufe einen großzügigen Block-Elko bekommen um auch die hohen Spitzenströme liefern zu können.
Die integrierten Treiber haben i.d.R. eine Rückkopplung, über die der Schaltvorgang geregelt wird. Ob eine einfache Gegentaktstufe da mitkommt?
Nur mal so, bei der angepeilten Taktfrequenz sollte es auch einzel Fets geben, die den Strom tragen können. Da muss man sich zwar auch mit einer recht grossen Gate-Kapazität rumschlagen, aber nur von einem. Bsp. IXYS, hben da was ganz DICKES im Programm : VMO1200-01F Parameter VMO1200-01F VDSS, max, (V) 100 ID25, Tc = 25°C, (A) 1245 <- !! ID80, Tc = 80°C, (A) 930 RDS(on), max, Tj = 25°C, (mOhms) 1.35 tf, typ, (ns) 200 tr, typ, (ns) 500 Einfach mal bei www.ixys.com schauen, bei den MosFet-Modulen. Dann gibts auch nicht mehr die aufwendige Platine und nur einen, aber kräftigen Treiber.
Nimm den IRFP2907, da reichen 2-3 Stück aus. Der ist schnell und ungemein gewaltig (840A Peak). Der ist auch speziell für Anlassermotoren entwickelt. -wiebel
@uhu Diese Rückkopplung kann man sich auch selber bauen wenn man einen OP benutzt. Außerdem wird durch diese Rückkopplung keine Synchronisation der einzelnen Treiber untereinander gewährleistet. Im Extrem betreibt man die FETS dann so, dass einige schon geschaltet sind während andere erst anfangen zu schalten. Ob man da nicht die Amperes riecht....?
Michael Waiblinger wrote: > Nimm den IRFP2907, da reichen 2-3 Stück aus. Der ist schnell und > ungemein gewaltig (840A Peak). Der ist auch speziell für Anlassermotoren > entwickelt. -wiebel Hem...das Kleingedruckte lesen Index 6 "Calculated continuous current based on maximum allowable junction temperature. Package limitation current is 90A." Für einen Anlasser der paar Sekunden röddelt und danach Ruhe hat wird das klappen, aber vermutlich läuft die Winde länger. Dann hat man ein Problem, die Wärme bekommt man nicht in den Griff, bei der Gehäuseform. Da schmelzen recht fix die Bonding Drähte weg.
Ebenso das IXYS-Ding, > 1000 A bei > 1 mOhm gibt reichlich 1 kW, das wird thermisch kritisch.
Nur mit dem Unterschied, das der IXYS Fet in einem dicken Modul sitzt (vergleichbar mit den Power IGBT Modulen) und nicht in TO-247.
Bei IXYS steht zwar nicht, was der an Power verträgt, aber 0,039 K/W ist schon richtig gut. Dafür brauchst du erstmal ein Kühlsystem ... da frage ich mich, ob das noch vernünftig mit Luft geht oder muss man da mit Wasser basteln?
Naja, kommt auf die Fläche an. Der IXYS war nur eine Schnellsuche, wollte damit auf die Mosfet-MODULE lenken. Das parallel Schalten von Fets hat so seine Tücken, wenn man aber ein Modul findet was den Strom und die Verlustleistung trägt, ist man viele Probleme los. Der Hochstrom ist von der Platine runter ! Einzig einen kräftigen Treiber müsste man entwickeln, dafür wurden ja schon reichlich Vorschläge gemacht. Es gab/gibt auch von IRF stärkere Module, finde nur gerade nicht. Mir ist so, als ob es mal vor paar Jahren in der Conrad eigenen Elektronikzeitung (EAM oä.) mal einen Windenantrieb gab. Auch mit PWM, dicken Fet-Modul und passender Freilaufdiode.
Ha, gefunden ! Der FB180SA10 ID 180A IDmax 720A Vdss 100V Rds 6,5 mOhm http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/162357-da-01-en-Dioden_FB180SA10.pdf Beim bösen C unter Artikel-Nr.: 162357 - 62 bestellbar. Mit knapp 29,- noch bezahlbar.
> Nimm den IRFP2907, da reichen 2-3 Stück aus.
Davon werden im Augenblick 4 Stück für 10 Euro in der ebucht angeboten.
IRF 1404 kann nominell 200A bei 4 mOhm. Nachteil: TO-220-Gehäuse. Vorteil: 1,65€ bei Reichelt. Eine Handvoll davon könnte funktionieren. Die Montage dieser TO-220 Gehäuse ist nicht unproblematisch. Beim Löten habe ich immer Bedenken, dass bei Last das Lötzinn wegschmilzt. Einmal habe ich die Beinchen in Lüsterklemmen reingezwängt, fand ich aber auch nicht optimal. Montage-Tips?
Würd auch lieber einen "dicken" MOSFET/IGBT nehmen. Passenden Treiber dazu und gut is. Natürlich mit ordentlichtem Kühler (mit Lüfter drauf sollte bei entsprechender Größe reichen). Ob allerdings ein Anlassermotor das richtige is wage ich jetz mal zu bezweifeln. Wie oben schon mal erwähnt, is der dafür gedacht, nur wenige Sekunden zu "orgeln". Der angestrebte Windenstart dauert aber sicherlich länger. Ich denke also, dass die Wicklung thermisch am Limit sein dürfte. Wenn 230V zur Verfügung stehen würd ich eher zu einem Universalmotor (aus ner Bohrmaschine,...) mit Phasenanschnitt tendieren. Da sind die Ströme auch nicht so hoch (wegen Kühlung und dicken, hochpreisigen Halbleitern).
Und schön aufpassen dass die Versorgungsspannung beim Schalten nicht unter UG+5V rutscht, sonst lösen sich die Teile schnell in Rauch auf.
Tom wrote: > IRF 1404 kann nominell 200A bei 4 mOhm. Nachteil: TO-220-Gehäuse. > Vorteil: 1,65€ bei Reichelt. Eine Handvoll davon könnte funktionieren. > > Die Montage dieser TO-220 Gehäuse ist nicht unproblematisch. Beim Löten > habe ich immer Bedenken, dass bei Last das Lötzinn wegschmilzt. Einmal > habe ich die Beinchen in Lüsterklemmen reingezwängt, fand ich aber auch > nicht optimal. > > Montage-Tips? Also ich löte bei 350°C *KRATZ. Ich hoffe ja mal nicht, dass der so warm werden wird ;)
Lötzinn schmilzt ab etwa 180°C, die Sperrschichtemperatur ist meist bis mindestens 175°C spezifiziert. Wenn der Kühlkörper also schlecht montiert ist, kann es durchaus mal passieren, dass ich Bauteile auslöten. Mosfets überleben das oftmals sogar...
Ich meinte eigentlich nicht die Hitze aus der Sperrschicht, sondern die im Draht entstehende Verlustleistung. Gerade wenn der Strom durch das schlecht leitende Lötzinn fliesst, z.B. wenn sich die Drähte nicht berühren, dann kann sich die Lötstelle lokal überhitzen. Nochmal zu der TO-220 Montage, weil sie halt so schön günstig sind: Ideal wäre doch so eine Art Klemmung der Anschlussbeinchen zwischen zwei massiven Kupferbacken. Gibt es sowas für kleines Geld?
Benedikt K. wrote:
> Mosfets überleben das oftmals sogar...
...weil sie eben gerade keine Sperrschicht haben. Um die Dicke
das Gateoxids durch Diffusion zu ändern, braucht man schon etwas
höhere Temperaturen. ;-) Diffusion in den restlichen Bereichen
ist beim MOSFET nicht ganz so kritisch. Vermutlich wird dann
doch zuerst der Bonddraht schmelzen.
Jörg Wunsch wrote: > Benedikt K. wrote: > >> Mosfets überleben das oftmals sogar... > > ...weil sie eben gerade keine Sperrschicht haben. Wo wir schon am Klugscheißen sind: Zumindest die Body Diode hat eine... Wie sollte man dann "Operating Junction Temperature Range" aus einem Mosfet Datenblatt übersetzen, wenn diese garkeine Sperrschicht haben ?
Benedikt K. wrote: >> ...weil sie eben gerade keine Sperrschicht haben. > > Wo wir schon am Klugscheißen sind: > Zumindest die Body Diode hat eine... Die ist aber nicht weiter betriebswichtig. OK, außer bei einer APC SmartUPS. ;-) (Die nehmen die Substratdioden als Ladegleichrichter.) > Wie sollte man dann "Operating Junction Temperature Range" aus einem > Mosfet Datenblatt übersetzen, wenn diese garkeine Sperrschicht haben ? Der Begriff hat sich einfach eingebürgert, also wendet man ihn auch dann an, wenn er gar nicht angebracht ist. Historisch gesehen waren es bei Halbleitern eben vor allem die Sperrschichten, die temperatur- empfindlich waren. Vermutlich müsste man bei diesen MOSFETs die maximal zulässige Temperatur der Bonddrähte oder der Vergussmasse spezifizieren. ;-)
Hallo! Ich habe eine interessante Seite: http://www.aero-hg.de/winde.htm Relativ einfache Treiberstufe bei 42(!) parallelen BUZ11, und funktioniert anscheinend problemlos. Ich denke, ich werde das mal nach diesem Schema versuchen. Was habt Ihr für eine Meinung zu dieser Schaltung? Viele Grüße Max
Max wrote:
> Was habt Ihr für eine Meinung zu dieser Schaltung?
Allein die Tatsache, dass sie 17 Jahre überlebt hat, spricht doch
ausreichend für sich. Ist erstaunlich, dass so'n Anlassermotor
so lange durchhält.
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