Moin zusammen,
ich arbeite derzeit an einem kleinen Projekt. Hier soll ein Stromkreis
(14,7V 30-40A) mithilfe einer Gabellichtschranke unterbrochen werden. Da
der Stromfluss ziemlich hoch ist fällt es mir schwer einen geeigneten
Transistor/Schaltkreis zu finden. Hat jemand tipps wie/ob ich den Strom
aufteilen kann, oder welche Teile ich am Besten verwenden sollte?
Außerdem werde ich bei Transistor Datenblättern häufig mit angaben
überschüttet, die mir nichts sagen. Kann mir jemand einen guten Artikel
empfehlen, der die Grundlagen zu den Angaben klärt?
Danke schonmal :)
Evtl. ist ein Relais einfacher?
Falls du einen Transistor nehmen willst, du willst einen FET, bei dem
RDS_On mal deinem geschalteten Strom eine sinnvoll kleine Leistung ist,
und der die geforderte Spannung aushält.
Einen Transistor für 14,7V und 40A zu finden ist eine Kleinigkeit.
Es wäre aber schon gut, ein wenig mehr über die Stromversorgung und die
Last und die gewünschte Schaltfrequenz zu erfahren. Denn oft steckt der
Teufel im Detail.
Auf jeden Fall brauchen wir aber noch eine Angabe, ob es hier um
Gleichspannung oder Wechselspannung geht. Und im Fall von Gleichspannung
ist es wichtig, ob du den Plus-Pol oder den Minus-Pol schalten möchtest.
Womit willst du den Transistor ansteuern? N-Kanal Mosfets steuert man
typischerweise mit +10V an. P-Kanal Mosfets steuert man typischerweise
mit -10V (relativ zu deinen 14,7V) an. Vermutlich brauchst du auch einen
dazu passenden Treiber. Hast du darüber schon nachgedacht?
WO kommen denn die 14,7V her? Klingt nach KFZ Batterie. Die haben aber
nicht immer 14,7V und im KFZ Netz sind sehr viel höhere Spitzen an der
Tagesordnung.
Schau Dir mal den IRFB4410 an. Der ist ein kräftiges Arbeitspferd.
> Kann mir jemand einen guten Artikel> empfehlen, der die Grundlagen zu den Angaben klärt?
Damit kann ich leider nicht dienen. Ich habe durch Mitlesen hier im
Forum gelernt, worauf man achten muss.
Als erstes gelten natürlich die Marketing Zahlen rechts oben im
Datenblatt, wohl wissend, dass diese meisten nur ganz kurz und unter
ganz bestimmten für den Transistor idealen Bedingungen gelten.
Für genauere Infos muss man die Tabellen und Diagramme lesen. Wobei die
Diagramme keine Garantie sind, sondern nur grobe Anhaltspunkte.
Garantiert werden nur die Daten in den Tabellen.
Stefan U. schrieb:> Schau Dir mal den IRFB4410 an. Der ist ein kräftiges Arbeitspferd.
typ 8mOhm / max 10mOhm gibt bei 40A 13..16 Watt Verlustleistung, also
Kühlkörper notwendig.
> Evtl. ist ein Relais einfacher?
hatte ich auch schon überlegt, allerdings ist es wichtig, dass schnell
geschaltet werden kann. Daher hatte ich mir überlegt, einen Transistor
zu besorgen.
> Auf jeden Fall brauchen wir aber noch eine Angabe, ob es hier um> Gleichspannung oder Wechselspannung geht. Und im Fall von Gleichspannung> ist es wichtig, ob du den Plus-Pol oder den Minus-Pol schalten möchtest.
Gleichspannung und es ist egal ob Plus oder Minus - hauptsache der
komplette Stromkreis wird unterbrochen.
> WO kommen denn die 14,7V her?> Womit willst du den Transistor ansteuern?
Genau, ich wollte eine LiPo Batterie aus dem Modelbau nehmen, die ich
noch rumliegen habe. Über einen Spannungsregler wollte ich mit dieser
auch den Transistor ansteuern.
> Kühlkörper notwendig.
gibt es für sowas passivkühlkörper? Ab wie viel Watt muss man einen
Kühlkörper anbringen? 5? oder schon früher?
Abwärme berechne ich mit R * I^2?
Nochmal als Nachfrage: Wäre es nur hypothetisch auch möglich die Last
zwischen einzelnen Transistoren aufzuteilen?
Developer Ol schrieb:> Wäre es nur hypothetisch auch möglich die Last> zwischen einzelnen Transistoren aufzuteilen?
Ja, wäre aber Nonsens. 40 Ampere sind Pillepalle.
Der schon genannte Mosfet ist noch lange nicht das Ende der
Fahnenstange.
Developer Ol schrieb:> Ab wie viel Watt muss man einen> Kühlkörper anbringen?
Z.B. Gehäuse TO220: Spätestens bei einem Watt, besser schon ab 0,5.
Developer Ol schrieb:>> Evtl. ist ein Relais einfacher?>> hatte ich auch schon überlegt, allerdings ist es wichtig, dass schnell> geschaltet werden kann.
Schnell ist relativ!
Sag mal, was Du schalten möchtest und WIE SCHNELL...
So bringt das nicht viel!
der schreckliche Sven schrieb:> Z.B. Gehäuse TO220: Spätestens bei einem Watt, besser schon ab 0,5.
Der von Stefan genannte irfb4410 wird im IRF-Datenblatt mit
"Junction-to-Ambient 62 °C/W" angegeben, 1W geht also noch ohne.
"Case-to-Sink, Flat Greased Surface TO-220 0.50 °C/W" sagt das
Datenblatt, also würde ich bei angenommenen 16 Watt einen Kühlkörper um
4K/W haben wollen.
Developer Ol schrieb:> Genau, ich wollte eine LiPo Batterie aus dem Modelbau nehmen, die ich> noch rumliegen habe. Über einen Spannungsregler wollte ich mit dieser> auch den Transistor ansteuern.
Was soll der Spannungsregler beim ein- und aus schalten ?
Und sind die 40A der reale maximale Strom oder bloss der Nennwert.
Ein Motor und eine Glühlampe hätte nämlich eher den 10-fachen maximalen
Strom.
Developer Ol schrieb:> Wäre es nur hypothetisch auch möglich die Last zwischen einzelnen> Transistoren aufzuteilen?
Ja.
> Sag mal, was Du schalten möchtest und WIE SCHNELL...
Ich habe einen Elektromagnet (also eine Spule), der durch eine
Gabellichtschranke so schnell wie möglich deaktiviert werden soll.
> Was soll der Spannungsregler beim ein- und aus schalten ?
Die Frage verstehe ich nicht.. Der Spannungsregler soll die starken
Schwankungen in der Spannung der Batterie ausgleichen
> Und sind die 40A der reale maximale Strom oder bloss der Nennwert.
Ja 40A soll der maximale Strom sein
Wenn ich mir jetzt beispielsweise diesen Transistor aussuche
https://www.conrad.de/de/mosfet-infineon-technologies-irfb4410zpbf-1-n-kanal-230-w-to-220ab-160946.html
Dann steht als wert für Ptot ja 230W, wenn ich allerdings bei 15V 40A
durchleiten will ist dieser Wert doch weit überschritten, oder?
Developer O. schrieb:> Dann steht als wert für Ptot ja 230W, wenn ich allerdings bei 15V 40A> durchleiten will ist dieser Wert doch weit überschritten, oder?
Entweder liegen an dem Transistor 15V an oder es fliessen ueber ihm 40A.
Du arbeites ja im Schalterbetrieb und nicht im Analogbetrieb.
> so schnell wie möglich
Das ist schon wieder keine konkrete Angabe! Elektromagnete sind
üblicherweise träge, da würde ich glatt ein normales Relais verwenden.
Wenn das nicht schnell genug ist, solltest du konkreter werden. Und zwar
schnell, denn Salamitaktik mögen wir hier nicht.
> Entweder liegen an dem Transistor 15V an oder es fliessen ueber ihm 40A.
Kannst du mir das erklären? Kann ich nicht einen Strom von 40A mit einer
Spannung von 15V über den Transistor leiten? Was ist denn sonst die
Spannung bei einem Strom von 40A?
Developer O. schrieb:> Ich habe einen Elektromagnet (also eine Spule), der durch eine> Gabellichtschranke so schnell wie möglich deaktiviert werden soll.
Nun, das macht die Spule von alleine: Schaltet man ihr den Strom ab,
gibt es einen Zündfunken und die Energie ist weg.
Also bräuchte man einen möglichst spannungsfesten MOSFET und eine
definierte Überspannungsableitung (z.B. Z-Diode von Drain auf's Gate)
damit die Spannung hoch werden kann aber nicht zu hoch.
> Der Spannungsregler soll die starken> Schwankungen in der Spannung der Batterie ausgleichen
Bei 40A ? Na der kann lustig sein.
> Dann steht als wert für Ptot ja 230W, wenn ich allerdings bei 15V 40A> durchleiten will ist dieser Wert doch weit überschritten, oder?
Es sollten ENTWEDER 15V (gesperrt) ODER 40A (durchgeschaltet) sein damit
eben nie beides zusammen 230W ergibt. Bei schnellem Umschalten (also
nicht dem Signal aus einer Lichtschranke, sondern dem Signal aus einer
Lichtschranke das dann noch durch einen Schmitt-Trigger läuft, gerne als
Schmitf-Trigger Eingang eines MOSFET Treibers) wie TPS2811.
Wenn man aber die Spulenenergie zum schnellen Abschalten nicht in
Z-Dioden vernichtet sondern durch den MOSFET vernichten lässt, muss der
das auch aushalten ohne Überhitzung.
Wie immer ist die Auslegung also eine Ingenieursleistung: Kompromiss aus
niedrigem RDSon bei trotzdem hoher Sperrspannung zudem schnelles
Schalten für niedrige Verluste, trotzdem muss man die Spulenenergie
irgendwo vernichten wofür sich als Leistungsbauelement der MOSFET
anbietet, also kann man ihn gleich langsamer schalten.
> Der Spannungsregler soll die starken> Schwankungen in der Spannung der Batterie ausgleichen
Batterien haben aber keine starken Schwankungen.
Du hast also einen Elektromagneten, an dem liegen in eingeschaltetem
Zustand rund 15V an und es fließen 40A. Damit der Magnet beim
Abschalten möglichst schnell entmagnetisiert wird, muss man eine hohe
Induktionsspannung zulassen - vermutlich einige hundert Volt.
Und schon kannst du die allermeisten MOSFET Transistoren vergessen und
auch bei Relais wird die Auswahl sehr eng.
Jetzt brauchen wir noch die Induktivität der Spule, um konkret was zu
berechnen.
> Dann steht als wert für Ptot ja 230W, wenn ich allerdings bei 15V 40A> durchleiten will ist dieser Wert doch weit überschritten, oder?
Wenn der Transistor eingeschaltet ist, dann fließen die 40A, dann ist
die Spannung am Transistor aber gering (weit unter 1V). Also rechnest du
nicht 15Vx 40A sondern du musst erst die Spannung anhand des Rdson
ausrechnen.
> Wenn man aber die Spulenenergie zum schnellen Abschalten nicht in> Z-Dioden vernichtet sonder
Apropos Zenerdiode: Das ist ein guter Ansatz bezüglich "möglichst
schnell". Aber finde mal eine Zenerdiode, die ein paar hundert Volt und
40A aushält.
Wenn es wirklich "so schnell wie möglich" sein soll, drängt sich mir der
Gedanke auf, dass die Konstruktion mit dem Elektromagneten schon
mechanisch der falsche Ansatz ist.
Es ist sehr viel einfacher, einen Elektromagneten schnell einzuschalten,
als aus zu schalten. Dementsprechend sollte man die Mechanik gestalten.
Zum Beispiel mit einer Klinke, die durch den Magneten geöffnet wird.
> Kannst du mir das erklären? Kann ich nicht einen Strom von 40A mit> einer Spannung von 15V über den Transistor leiten?
Grundlagen lernen!
Strom besteht aus bewegten Elektronen die durch den Leiter fließen.
Strom kann man leiten.
Spannung liegt an, sie wir nicht geleitet. Bei einer Wasserleitung würde
die Spannung dem Druck entsprechen. Wenn die maximal zulässige Spannung
überschritten wird, durchdringt sie irgendwo eine Isolation. Vergleiche
das mit einem Gartenschlauch, der wegen Überdruck platzt.
Wenn deine Batterie 15V liefert und an deiner Spule in eingeschaltetem
zustand 15V anliegen, dann liegen am Transistor 0V an. Das ist eine ganz
einfache Rechnung.
Lerne die "Kirchhoffschen Regeln", das "Ohmsche Gesetz" und auch etwas
über die Eigenschaften von Spulen.
Darf man mal nach dem Kontext fragen? Das soll kein Angriff sein, aber
du kommst nicht rüber wie jemand der sich mit dem Thema auskennt, und 40
A ist schon echt viel Strom. Ich kann mir gut vorstellen, dass du diese
Zahl irgendwie missverstanden hast.
Seit Generationen wird die Eigeninduktion einer Relaisspule und
dergleichen mittels Freilaufdiode bewältigt. Warum sollte das hier nicht
möglich sein?? Die Diode muß auch nicht 40 Ampere Dauerstrom aushalten,
sondern nur als Impuls.
Developer O. schrieb:> Wenn ich mir jetzt beispielsweise diesen Transistor aussuche...
Da wegen der Freilaufdiode die Spannung am Transistor 15 Volt nur wenig
überschreitet, kann man diesen hier verwenden: IRFB7430. Die Mehrkosten
für den Transistor spart man beim Kühlkörper wieder ein.
> Seit Generationen wird die Eigeninduktion einer Relaisspule und> dergleichen mittels Freilaufdiode bewältigt. Warum sollte das hier> nicht möglich sein??
Möglich: ja
Erfüllt es die Anforderung "möglichst schnell abschalten": nein
Seit Generationen ist bekannt, dass Freilaufdioden zwar einfach sind,
aber den Stromfluss nach der Abschaltung des Transistors noch
beträchtlich lange aufrecht erhalten. Mit dieser Methode hätten die
Elektromechanischen Telefon-Vermittlungsstellen nie funktioniert.
> Die Diode muß auch nicht 40 Ampere Dauerstrom aushalten,> sondern nur als Impuls.
Noch wissen wir nicht, wie häufig der TO die Spule abschalten will. Wie
viel Wärme sie im Schnitt ableiten können muss, ist daher noch nicht
ermittelbar.
Developer Ol schrieb:>> Evtl. ist ein Relais einfacher?>> hatte ich auch schon überlegt, allerdings ist es wichtig, dass schnell> geschaltet werden kann. Daher hatte ich mir überlegt, einen Transistor> zu besorgen.
Ich glaube das Dein Elektromagnet gar nicht schneller ein- bzw.
ausgeschaltet werden kann als es ein Leistungsschütz vermag. Was mir da
sorgen bereitet ist der Abreißfunke. Die Energie im Magneten muß beim
Ausschalten abgebaut werden. Das ist auch für ein Leistungsschütz nicht
trivial.
Ich würde an Deiner Stelle einen neuen Thread aufmachen.
"Leistungsschütz für starken Elektromagneten gesucht"
Hier würde ich nochmals die Daten zu Strom und Spannung angeben.
Wichtig wäre auch die Problematik des Abreißfunkens anzusprechen.
Es darf keinesfalls irgendein Schütz eingesetzt werden. Es kommt dabei
auch auf das Kontaktmaterial an.
Vergiß den Transistor. Das ist schon für Profies in diesem Fall eine
Herausforderung.
mfg Klaus
Nennt mich paranoid, denn ich befürchte, das wir bald beschimpft werden.
Etwa so: Ich habe euch um Hilfe bei der Auswahl eines Transistor gebeten
und ihr mach mach stattdessen ein Fass voller Probleme auf.
Klaus R. schrieb:> Vergiß den Transistor. Das ist schon für Profies in diesem Fall eine> Herausforderung.
Naja, 40A sind nun nicht die Welt und mit 2-3 parallelgeschalteten
IRFB3207 auch gut zu schalten. Das Problem der schnellen Abschaltung ist
ein grösseres und kann mit mehreren Methoden erreicht werden. Entweder
verbrät man mit einer 2-Quadranten Schaltung die Freilaufenergie aktiv,
wobei Timing wichtig ist, oder mit TVS Dioden passiv.
Wie schnell das alles geschieht, hängt von der in der Induktivität
gepeicherten Energie ab, die uns unbekannt ist.
Eine weitere Möglichkeit wäre der Betrieb in einer H-Brücke, bei der zum
Abschalten ein kurzer Gegenpuls geschaltet wird.
Das muss natürlich alles robust und niederohmig gebaut sein, damit die
Gegen-EMK da nicht munter rum vagabundiert.
Ich würde mir da Sorgen um die Stromquelle machen, denn auch ein
Modellbauakku ist nicht unbegrenzt belastbar und meistens thermisch
abgesichert.
> Hier wird einmal wieder eine simple Aufgabe total zerredet.
Sicher? Immerhin hat der TO drauf hingewiesen, dass ihm ein Relais zu
langsam sei. Dann zeige mir mal, wie du diesen großen Elektromagneten
signifikant schneller abschaltest, als es ein Relais vermag - aber ohne
das Problem zu zerreden.
Ich bin gespannt.
Ein MOSFET schaltet schon "signifikant" schneller, als jedes Relais.
Ein Widerstand in Serie zur Freilaufdiode verkürzt die Abfallzeit des
Elektromagneten noch einmal "signifikant".
Sind doch eigentlich alte Hüte.
Matthias S. schrieb:> Naja, 40A sind nun nicht die Welt und mit 2-3 parallelgeschalteten> IRFB3207 auch gut zu schalten. Das Problem der schnellen Abschaltung ist> ein grösseres und kann mit mehreren Methoden erreicht werden. Entweder> verbrät man mit einer 2-Quadranten Schaltung die Freilaufenergie aktiv,> wobei Timing wichtig ist, oder mit TVS Dioden passiv.
Ich glaube nicht das der TO das eben hinbekommt. Ein wenig Erfahrung und
Verständnis gehört schon dazu. Und es sind 40A mit einer beachtlichen
Induktivität. Das könnte schon lebensgefährlich werden, wenn man sich
nicht auskennt.
Mit dem Leistungsschütz hätte der TO genug zu tun.
mfg Klaus
> Ein Widerstand in Serie zur Freilaufdiode verkürzt die Abfallzeit> des Elektromagneten noch einmal "signifikant".
Dann bist du aber nicht mehr bei 15V. Und schon drehen wir um im Kreis.
> Hier wird einmal wieder eine simple Aufgabe total zerredet.
Klaus R. schrieb:> Und es sind 40A mit einer beachtlichen> Induktivität.
Über die Grösse der Induktivität ist nie etwas verlautbart worden. Wie
ich schon schrieb:
Matthias S. schrieb:> hängt von der in der Induktivität> gepeicherten Energie ab, die uns unbekannt ist
Es ist 1. April.
Der ideale Transistor
- ist sehr schnell
- haelt viele kV und kA aus
- keine Saettigungsspannungen
- sehr hohe Verstaerkung
- kostet fast nichts
....
Noch Fragen?
Wer ihn gefunden hat, bitte sofort hier posten.
Welche Reaktionzeit ist erforderlich?
Weniger als 1s oder 0,1s?
Mit 40A ist das kein kleiner Hubmagnet und waere somit recht
Massentraege.
Viertel oder halbe aktive H-Bruekenschaltung wuerde ich empfehlen fuer
die Spule.
> Welche Reaktionzeit ist erforderlich?> Weniger als 1s oder 0,1s?
Tja, der TO hält sich zurück. Da ihm ein Relais zu langsam ist, sind auf
jeden Fall weniger als 0,1s gefordert, würde ich mal schätzen.
