Hochleistungs-MOSFET

Jens schrieb:
> Hallo,
>
> ich habe vor eine Apparatur zu bauen, die mittels MOSFETS den Lade- und
> Entladestrom eines Akkus regelt. Die Regelung geschieht mittels einer
> analogen PID-Schaltung, die auf die Shuntspannung regelt. Das
> funktioniert soweit.
>
> Ich bin noch etwas im Unklaren mit meinen MOSFETs. Ich hab die Schaltung
> so konzipiert, daß 5 MOSFETs parallel sind, von denen jeder einzeln
> gesteuert wird. So fließt niemals mehr als 20A durch einen, und nie
> vernichtet ein MOSFET mehr als 50 Watt.
>
> Jetzt habe ich verschiedene MOSFET-Gehäuse mir angeschaut:
>
> Einen für 30€:
> http://ixdev.ixys.com/DataSheet/98547.pdf
>
> Einen für 3€:
> http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/15...
>
> Beim Letzteren verduzt mich doch sehr die Zuleitungsgröße von Drain und
> Source. Aber laut Datenblatt sollte er sowohl 50W auf einem Kühlkörper
> vertragen, also auch 100A leicht schalten können. (100A für die
> "Nicht-Steuer-MOSFETs, sindern einfache "Schalter")
>
> Der Erstere macht mir aber eher den Eindruck eines soliden
> Leistungs-MOSFET, oder traue ich dem "kleinen" einfach zu wenig zu?
>
> Falls jemand schon Erfahrung sammeln konnte mit Hochleistungs-MOSFETs,
> ich wäre um seinen Rat sehr dankbar :)
>
> Viele Grüße,
> Jens



Schaltplan?

Aber egal. die von Dir ausgesuchten Teile sind vor allem für 
Schaltanwendungen gedacht.

Wenn Du also nur schaltest - machs einfach und gewinne Erkenntnis. Und 
beachte, daß die 20A - wenn Du die schnell schaltest  - schnell eine 
Spannung induzieren, die einem oder beiden FETs über VDSS geht... als 
snubbern nicht vergessen und auf kurze Leitungen achten...

Und die Teile immer schön kühl halten....

Wenn Du mit denen linear arbeitest wird der Ixys vermutlich eher mit der 
ungleichen Leistungsverteilung am Chip zurande kommen als es der kleine 
mit dem TO220 Gehäuse schafft (Temperaturverteilung und deutlich bessere 
Ableitung der Wärme)

Grüße

MiWi

> Bei diesen Strömen willst Du linear arbeiten?
> Gruss Klaus.

Die müssen garnicht im linearen Bereich sein, um sie analog zu steuern.
Mit meinem PID-Regler kann ich auch weit in den Sättigungsbereich einen 
Strom "festregeln" - ein hoch auf die unendliche Auflösung des Analogen 
:)

Also meint ihr, daß die kleinen TO-Gehäuse 50Watt und 100 Ampere 
vertragen?

MfG, Jens

50 W sind so etwa die praktische Grenze für TO220 - etwas mehr geht noch 
theoretisch. Wie das allerdings mit den 375 W im TO220 gehen soll kann 
ich auch nicht glauben.

Bei MOSFETs muss man aber auch die SOA Kurve beachten: da ist nicht jede 
Kombination aus Spannung und Strom zulässig, selbst wenn man noch 
deutlich unter der erlaubten Leistung liegt. Die meisten MOSFETs sind 
halt als Schalter ausgelegt, nicht für den Abschnürbereich. Für kleine 
Spannungen wie die hier wohl geplanten 2,5 V am MOSFET geht es in der 
Regel noch Linear. Auch ist das Parallelschalten im linearen Bereich nur 
schwer möglich - da bräuchte man schon große Darin Widerstände oder eine 
extra Schaltung für die gleichmäßige Stromverteilung - das ist dann bei 
kleiner Spannung ein Problem.

Beim Strom sind TO220 und ähnliche meist auf etwa 75 A begrenzt schon 
wegen der Bonddrähte. Praktisch liegt das Limit noch einiges niedriger, 
weil man den Transistor nicht nur bei 25 C betreibt.

Für eine Ladeschaltung dieser Größenordnung vermeidet man eine große 
Verlustleistung an den MOSFETs und nutzt lieber einen Schaltwandler. Da 
muss man dann auch eine passende Größe für den MOSFET finden - größer 
ist besser gilt da nicht mehr.

Mach einen Schaltwandler. Und vergiss den PID. Das bringt nichts.

Vielen Dank für alle Antworten, besonders Ulrich und Gerald!

Also das ganze wäre noch in den SOA-Grenzen, mittels LT-Spice 
funktioniert auch die Simulation.

Mehrere parallel zu schalten, war anfänglich tatsächlich ein Problem, 
aber hab jedem Zweig jetzt einen eigenen Shunt und eigene Regelung 
gegeben - somit bekommt jeder Zweig tatsächlich genau den Wert, der mein 
µC vorgibt.

Schaltregler geht deswegen nicht, weil der Strom zwischen 1 und 100A 
einstellbar sein soll (und beim Aufladen auch Spannung) und beim 
Schaltregler entweder nicht die Leistung hergibt oder nicht einstellbar 
ist.

Sollte es an den Leistungen scheitern, und das halte ich derzeit für das 
größte Problem, dann werde ich einfach mehr Parallelzweige einbauen. 
Wird zwar riesig alles (mit ein paar mehr Kühlkörpern und Gebläsen als 
mir Recht wäre :D ) aber Hauptsache es tut was ich will :)

Gerald B. schrieb:
> Guck dir mal FET's im TO247 Gehäuse an. Unter 5€ kannst du Ströme
> bis
> 200A schalten.
> http://www.reichelt.de/IRFP-IRFRC-Transistoren/2/i...
> Ich habe einen 110A Typ für ca. 3€ genommen und schalte damit eine
> Dieselglühkerze. Da brauche ich ihn noch nicht mal kühlen ;-)
> Habe die Schaltung mit einer 20A Sicherung abgesichert und auch den
> Worst Case Kurzschluss an der Glühkerze an einem Bleiakku simuliert.
> Sicherung kam, FET lebte und war gerade fühlbar handwarm :-)))
>
> Gruß Gerald


Der 110A Typ braucht bei 20A keinen Kühlkörper?? Das wär schick.

Jens schrieb:
> Vielen Dank für alle Antworten, besonders Ulrich und Gerald!
>
> Also das ganze wäre noch in den SOA-Grenzen, mittels LT-Spice
> funktioniert auch die Simulation.


 och, die funktioniert fast immer. Du kannst auch gerne 2kW in einem 
SOT23 umsetzen.... LTSpice ist das ziemlich egal, noch zeichnet es 
leider keine virtuellen Fragezeichen oder Rauchwolken wenn die 
Schaltungsauslegung im massiven Widerspruch zur Bautieldimensionierung 
steht....

PS - Schaltregler können sehr wohl auf einen Konstantstrom eingestellt 
werden. Siehe dieses ganze LED-Beleuchtungsthema. Und 100A - geht auch, 
ist wie immer vor allem eine Frage der Regelung und Dimensionierung.

Grüße

MiWi

Klaus Ra. schrieb:

> Ich dachte nicht an einen "linearen Bereich" sondern an eine lineare
> Aussteuerung. Diese dürfte für Dich hier nicht gerade elegant sein. Nimm
> PWM!
> http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation
> Der Regelkreis kann dabei unabhängig von der Modulation als PID-Typ
> laufen.
> Gruss Klaus.


Hm, PWM ist mir schon klar, aber wie meinst Du? Es soll halt ein 
Konstantlade- und entladestrom sein.



MiWi schrieb:


>  och, die funktioniert fast immer. Du kannst auch gerne 2kW in einem
> SOT23 umsetzen.... LTSpice ist das ziemlich egal, noch zeichnet es
> leider keine virtuellen Fragezeichen oder Rauchwolken wenn die
> Schaltungsauslegung im massiven Widerspruch zur Bautieldimensionierung
> steht....
>
> PS - Schaltregler können sehr wohl auf einen Konstantstrom eingestellt
> werden. Siehe dieses ganze LED-Beleuchtungsthema. Und 100A - geht auch,
> ist wie immer vor allem eine Frage der Regelung und Dimensionierung.
>
> Grüße
>
> MiWi

Mit LT-Spice wollte ich nur feststellen ob die Steuerung funktioniert - 
wie ich die Leistungen loswerde, daran bin ich gerade am Tüfteln.

Mir ist es leider nicht ganz ersichtlich, wie ich mit Schaltreglern 
meine Ströme so einstellen kann, wie ich will.

Und bei bspw 500W DC/DC brauch ich schon einen Gegentaktflusswandler, 
und der im Eigenbau ist schon 2x mal soviel Arbeit, wie ich jetzt habe.

Jens schrieb:
> Klaus Ra. schrieb:
>
>> Ich dachte nicht an einen "linearen Bereich" sondern an eine lineare
>> Aussteuerung. Diese dürfte für Dich hier nicht gerade elegant sein. Nimm
>> PWM!
>> http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation
>> Der Regelkreis kann dabei unabhängig von der Modulation als PID-Typ
>> laufen.
>> Gruss Klaus.
>
> Hm, PWM ist mir schon klar, aber wie meinst Du? Es soll halt ein
> Konstantlade- und entladestrom sein.
>
> MiWi schrieb:
>
>>  och, die funktioniert fast immer. Du kannst auch gerne 2kW in einem
>> SOT23 umsetzen.... LTSpice ist das ziemlich egal, noch zeichnet es
>> leider keine virtuellen Fragezeichen oder Rauchwolken wenn die
>> Schaltungsauslegung im massiven Widerspruch zur Bautieldimensionierung
>> steht....
>>
>> PS - Schaltregler können sehr wohl auf einen Konstantstrom eingestellt
>> werden. Siehe dieses ganze LED-Beleuchtungsthema. Und 100A - geht auch,
>> ist wie immer vor allem eine Frage der Regelung und Dimensionierung.
>>
>> Grüße
>>
>> MiWi
>
> Mit LT-Spice wollte ich nur feststellen ob die Steuerung funktioniert -
> wie ich die Leistungen loswerde, daran bin ich gerade am Tüfteln.
>
> Mir ist es leider nicht ganz ersichtlich, wie ich mit Schaltreglern
> meine Ströme so einstellen kann, wie ich will.

in dem Du  ihm die Regelgröße Deines PIDs zur Verfügung stellst.

>
> Und bei bspw 500W DC/DC brauch ich schon einen Gegentaktflusswandler,
> und der im Eigenbau ist schon 2x mal soviel Arbeit, wie ich jetzt habe.


Die Leistung wirst Du mit einem Schaltreler auch nicht los. Du verheizt 
sie nur woanders, zb. in einer dafür besser geeigneten Glühlampe. Oder 
einem Drahtwiderstand oder wo auch immer, nur nicht in einem relativ 
empfindlichen kleinen Siliziumscheibchen. einem Drahtwiderstand machen 
100% Überlast für ein, zwei s nichts, eine FET ist kaputt und sendet in 
der Folge Rauchzeichen.

Da Du aber keinen Schaltplan (Konzept reicht ja schon) herausrückst und 
auch keine Angaben zu den vorhandenen Spannungen machst hab ich derzeit 
keine Lust allfällige Glaskugeln am Sonntag Nachmittag auf Geratewohl 
anzuwerfen.

Grüße

MiWi

Schaltplan kommt gleich, ist auf nem anderen Rechner.

Ich verheize den Großteil der Leistung mit Zuschaltbaren 15, 20, 25, 33 
oder 66 mOhm Widerstände, die allesamt auf die Leistung angepasst sind. 
Nur der letzte kleine Steuerbare Bereich muss an den MOSFETs vernicht 
werden.

Mit Glühlampen hab ich das Problem, daß deren Widerstand dermaßen stark 
mit der Belastung sich verändern.

>Schaltregler geht deswegen nicht, weil der Strom zwischen 1 und 100A
einstellbar sein soll (und beim Aufladen auch Spannung) und beim
Schaltregler entweder nicht die Leistung hergibt oder nicht einstellbar
ist.

Einen Schaltregler muss man natuerlich so dimensionieren, dass es geht. 
Dh, es waere machbar.

warum möchtest du überhaupt zur Leistungsanpassung die "restliche" 
Leistung "verzeizen" ??? Das ist doch absolut unverantwortliche 
Energieverschwendung...

Jens schrieb:
> Mit Glühlampen hab ich das Problem, daß deren Widerstand dermaßen stark
> mit der Belastung sich verändern.

das ist klar, war eher als Beispiel genannt, ich habe hier als Last(!)- 
widerstand für fast eh alles 6Stk 2kW-Lampen (alte Bühnenscheinwerfer). 
Bei ausreichend niedrigen Spannungen eine sehr robuste Last...

Grüße

MiWi

Jens schrieb:
> Mir ist es leider nicht ganz ersichtlich, wie ich mit Schaltreglern
> meine Ströme so einstellen kann, wie ich will.

Indem du den FET rechtzeitig abschaltest, wenn der Strom zu sehr zunimmt 
und wieder anschalten, bevor der Strom zu sehr abnimmt. Dank der 
Induktivität ändert sich der Strom schließlich nur langsam.

Mit ein oder zwei PSMN2R0-30PL brauchst du nicht mal eine Kühlung für 
den FET.

Jens schrieb:
> Falls jemand schon Erfahrung sammeln konnte mit Hochleistungs-MOSFETs,
> ich wäre um seinen Rat sehr dankbar :)

Hast du dir mal Fig 8. Maximum Safe Operating Area angesehe ?
Dein billiger MOSGFET schafft nicht mal 1A bei 20W, also keine 20W.

Der grosse ist offiziell noch schlechter, nicht mal 20V sondern eher 18V 
(bei unter 10A hört sein Diagramm aber auf).
Fig. 13. Forward-Bias Safe Operating Area

Beide sind nicht für linearen Analogbetrieb geeignet. Da spielt der 
unterschiedliche RTHjc keine Rolle mehr, der beim kleineren einen 
grösseren Kühlkörper für dieselbe (Verlust-=leistung erfordert.