MOSFET brennt durch

Sorry, hatte ab und zu IRF4905 geschrieben - das ist natürlich ein 
IRF4901

Stop! nochmal falsch! Es ist ein IRF4901! Sorry... Habs jetzt ...

Flo schrieb:
> Stop! nochmal falsch! Es ist ein IRF4901! Sorry... Habs jetzt ...

Sicher?
http://www.infineon.com/cms/en/search.html#!term=IRF4901&view=all

Jim M. schrieb:
> Falsch. Ich komme auf so 30 Watt

Das kommt auf den Gleichstromwiderstand des Aktuators an.

Flo schrieb:
> Die Spule hat 0,6 Ohm

Flo schrieb:
> L1.JPG

Also was denn nun?
[ ] 0,6 Ω
[ ] 0,6 mΩ

Du hast mehrere Baustellen.

1.Wird der MOSFET AUSREICHEND angesteuert oder schleicht er hoch?
2.Neben dem Wicklungswiderstand hast Du einen dicken Elko 1000µF, der 
viel Ladung braucht! ca. 23A + Elko-Ladestrooom
3.Ob Deine Schutzdiode wirkt, weiß ich nicht.
4.Ob richtig verkabelt wurde sehe ich jetzt nicht.
5.Temperatur=?
6.Ein Pessimist ist ein Optimist, der Erfahrung gesammelt hat.

Ohne Strombegrenzung ist das wie ein klassischer Kurzschluss.

Flo schrieb:
> An einem Prüfstand soll die Einzugswicklung des Ritzelstarters eines
> Otto Motors angesteuert werden. Die Spule hat 0,6 Ohm und 0,6mH, die
> Nennspannung sind 12V.

Ist das ein privates Projekt oder beruflich?
Beruflich solltest du es besser wissen und nur das tun wofür
du ausgebildet bist. Privat wirst du wohl Lehrgeld bezahlen müssen.

> Es soll nur geschaltet werden, kein PWM oder so. Einschaltdauer bis zu
> einer Minute, meistens nur wenige Sekunden.

Schon mal was von einer Source-Schaltung gehört?
Bei einer Drain-Schaltung muss die Gate-Source-Spannung einige Volt
über der Lastspannung liegen, denn der FET wird die zum durchsteuern 
brauchen. ->Datenblatt. Bei einer Source-Schaltung wirkt die
Gate-Source-Spannung auf GND bezogen.
Kondensator hat da nichts verloren, es sein denn, mit Widerstand als 
Snubber. Braucht man erst mal nicht.

> Ich habe die Spule mit einer einfachen Freilaufdiode und einem
> Kondensator verschalten, um die Spannungsspitze beim Ausschalten zu
> reduzieren.

Wenn man keine Ahnung hat, sollte man Kondensatoren möglichst erst mal
von Induktivitäten fern halten, nicht das ein Parallelschwingkreis
dabei entsteht. Außerdem finde ich Kondensator in milliFarad schon
ziemlich krass. Wenn das ein Schreibfehler ist, ändert das trotzdem
nichts an deinen fachlichen Defiziten. ;-b

Inkognito schrieb:
> Bei einer Drain-Schaltung muss die Gate-Source-Spannung einige Volt
> über der Lastspannung liegen, denn der FET wird die zum durchsteuern
> brauchen. ->Datenblatt.

Das war wohl nichts. Der IRF4905 ist ein P-Channel-MOSFET.

Jens G. schrieb:
> - IRF4901 scheint es nicht zu geben. Eher den 4905.
> - das ist aber ein N-Kanal, und kein P-Kanal wie im Schaltbild

Wird wohl ein IRF4905 sein. Und das ist wie schon geschrieben ein
P-Channel-MOSFET.

Hallo Freunde,
vielen Dank für die schnelle Rückmeldung.

0,6 Ohm sind richtig. Sorry für die vielen Fehler.

Ist ein privates Projekt und ich bin gerne bereit, Lehrgeld zu zahlen. 
Aber ich bin auch nicht zu stolz, nach einigen Fehlversuchen um Rat zu 
bitten, um die angesprochenen fachlichen Defizite auszuräumen.

Ich werde als erstes den ElKo entfernen und noch mal messen.

Später soll der MOSFET mit einm ULN2003 angesteuert werden, so sollte 
der lineare Bereich zügig durchlaufen sein.

Meine Berechnung zur Verlustleistung:
Peak (für 25ms): R aus Datenblatt, I gemessen
P MOSFET = R * I² = 0,02 * 40² = 38W
Dauer
0,02 * 14² = 4W
=> zu viel! Ich dachte, für ein par Sekunden ginge das, da lag ich wohl 
falsch. Werde einen Kühlkörper verwenden.

Für heute bedanke ich mich herzlich für eure Beiträge!
Nächstes Wochenende lasse ich eure Hinweise einfließen und mache ich 
einen neuen Anlauf.

Bis dahin,
danke, Flo

Harald W. schrieb:
> Bei derart hohen Strömen wäre ein richtiger Mosfet-Treiber
> sicherlich angebracht.

Ich dachte, bei niedrigen Frequenzen brauche ich nicht unbedingt einen 
Mosfet-Treiber... Hab noch einen MCP14E10 hier, den könnte ich 
hernehmen.

Harald W. schrieb:
> Vielleicht könntest Du dann auch einen N-FET nehmen; die haben meist
> bessere Daten als P-FETs.

Wie gesagt: ich muss High-Side schalten weil GND direkt auf der Masse 
des Verbrennungsmotors liegt. Daher muss ich, denke ich, einen P-FET 
einsetzen, oder?

Flo schrieb:
> Wie gesagt: ich muss High-Side schalten weil GND direkt auf der Masse
> des Verbrennungsmotors liegt. Daher muss ich, denke ich, einen P-FET
> einsetzen, oder?

Nein.
Für einen N-Kanal Typ brauchst du allerdings eine Hilfsspannung, die 
deutlich über den 12V liegt.

Matthias S. schrieb:
> Im ungünstigen Fall muss nämlich die Diode den gleichen Strom
> vertragen, den die Spule beim Einschalten aufnimmt.

Die Freilaufdiode muss weder den Einschaltstrom noch "im ungünstigen 
Fall" irgendetwas vertragen.

Die Dioden heißt Freilaufdiode, weil sie dafür sorgt, dass unabhängig 
vom Abschalten der Strom durch die Spule (weitgehen) ungestört weiter 
fließen kann. Sonst gibt es durch Induktion Spannungsspitzen. Die Diode 
bekommt also genau den Strom ab, der im Moment des Ausschaltens gerade 
durch die Spule fließt - und ´zwar immer, i.e. bei jedem Ausschalten.

Ihr Überleben hat sie wohl nur dem Umstand zu verdanken, dass sie 
kurzzeitig (Fairchild: 8 ms) einen Strom von 30A verträgt.

Freunde, streitet euch doch nicht...

Matthias S. schrieb:
> Nur mal nebenbei: Hast du da wirklich eine 1N4004 als Freilaufdiode
> benutzt? Die ist in jedem Fall absolut unterdimensioniert und stirbt
> nach ein paar mal Abschalten.

Ich habe verschiedene Dioden ausprobiert: 1N4004, 1N5401, BA158, 
SB360...
Auch hier nach dem try and error Prinzip. Die haben alle überlebt und 
alle ähnliche Oszi Bilder geliefert, haben ja auch eine ähnliche 
Durchlassspannung.

Die 1N4004 hat möglicherweise überlebt, weil es wirklich nur 5 oder 6 
Versuche pro Diode gemacht habe.

Matthias S. schrieb:
> Sie muss also den Einschaltstrom vertragen.

Der Einschaltstrom bei einer Induktivität ist Null und steigt erst 
langsam an.

Ja, aktuell kommt eine normale Autobatterie zum Einsatz.

Und ja, du hast recht: laut Oszi-Aufzeichnung bricht die Spannung von 
12,5V auf 9-10V zusammen.

Aber beim ansteuern wird doch das Gate auf GND gelegt, U-GS ist also um 
die 9V, U-GD ungefähr 0V. Passt, oder?

Hallo Gemeinde,

ich habe folgende eurer Vorschläge umgesetzt:
- der Kondensator ist entfallen
- ich habe eine SB360 als Freilaufdiode eingesetzt
- dem Mosfet habe ich einen kleinen Kühlkörper spendiert.
- Ansteuerung des Mosfet über einen Transistor.

Ergebnis:
- die Stromspitze beim Einschalten ist weg (Entfall Kondensator)
- der Mosfet funtioniert etwa für 10 Sekunden, dann brennt er durch.
  Der Kühlkörper ist dann mehr als handwarm.

Erklärung zum Oszi-Bild:
gelb: Strom zur Spule (max. 23A)
weis: Spannung Mosfet Source
rot:  Spannung Mosfet Drain

Ich nehme an, ihr schlagt mir jetzt vor, einen größeren Kühlkörper zu 
verwenden.

Noch was: solange der Mosfet funktioniert, ist der Starter nicht 
wirklich sauber angesteuert. Sobald der Mosfet durchbrennt, dreht der 
Starter dann sauber durch. Ich nehme also an, der Spannungsabfall am 
Mosfet ist immernoch zu groß. Sollte ich lieber auf ein Relaise 
umsteigen? Oder bekomme ich das irgendwie noch besser hin?

Grüße,
Flo

Flo schrieb:
> gelb:
> weis:
> rot:

Anscheinend werde ich wirklich alt - und farbenblind.

Flo schrieb:
> Spannung Mosfet Source
> Spannung Mosfet Drain

Nicht komplett unnütz, der Spannungsfall am MOSFET-Kanal, aber beinahe. 
Vor allem, wenn der Stromverlauf (angeblich ablesbar - für Menschen mit 
funktionierender Farberkennung) eh gezeigt würde.

Flo schrieb:
> ich habe eine SB360 als Freilaufdiode eingesetzt

Schnell, ja, aber viel Strom packt sie nicht. Überlebt so eine auch 
mehrere MOSFET-Tode? Wenn ja, wäre sie ja evtl. wirklich für 
Dauerbetrieb geeignet? (Ich bin unsicher, was/wie ich sonst fragen soll 
unter diesen Umständen. Also nicht (nur) ironisch gemeint.)

Joe F. schrieb:
> Irgendwas ist da grundsätzlich total im Argen.

Das denke ich auch. Wiederhole Bitte um aktuelle Schaltung.

Homo Habilis schrieb:
> Anscheinend werde ich wirklich alt - und farbenblind.

Das habe ich mir auch gerade gedacht ...

Solange der TO sich weigert, Fragen zum Transistor verbindlich
zu beantworten, ist jede weitere Hilfe sinnlos. Bloß weil man
in Datenblätter beeindruckende Kenndaten falsch interpretiert,
heißt das nicht, dass es unter diesen Bedingungen trotzdem
gehen sollte.
Bspw. ist PWM-Betrieb ganz was anderes als der Linearbetrieb.
Da macht schon das Transistorgehäuse und die Anschlussdrähte
bei bestimmten Strömen schlapp.
Einen Kühlkörper, gleich welcher Größe, wird nichts bringen,
weil die Stromwärme bei Linearbetrieb gar nicht schnell genug
aus dem Transistor abtransportiert werden kann.
Das ganze wird wohl vorbehaltlich nur mit einem Power-Mosfet-
Modul zu realisieren sein.

Inkognito schrieb:
> Das ganze wird wohl vorbehaltlich nur mit einem Power-Mosfet-
> Modul zu realisieren sein.

Oder mal mit einem BTS550 probieren? Der ist für das Schalten von 
induktiven Lasten auf der High-Side gebaut.

MfG Klaus

Hier gibt es eine Zeichnung über die Funktion eines Anlassers:

http://www.auto-elektrik.de/images/starter-circuit.jpg

Wie machens denn die Autobauer?

Ähh was zum.. kannst du mal ein Oszi-Bild mit einer dicken 
Scheinwerferbirne o.ä. als Last machen. Das ist ja komplett Salat. FET 
richtig rum? Gate-Source-Widerstand sitzt?

L. H. schrieb:
> Der Anlasserstrom fließt dabei übrigens nicht über die Spule, sondern
> wird von ihr "durchgeschaltet".

Das wird der TO hier wohl auch nicht geändert haben. Andernfalls wären 
die Strome durch den FET in einer anderen Größenordnung.

Flo schrieb:
> Noch was: solange der Mosfet funktioniert, ist der Starter nicht
> wirklich sauber angesteuert.

Dann ist er nicht im Schaltbetrieb, sondern ähnlich einer A-Endstufe 
mittendrin beim verheizen. Evtl. ist die Ansteuerung zu schwächlich.

Klaus schrieb:
> Oder mal mit einem BTS550 probieren? Der ist für das Schalten von
> induktiven Lasten auf der High-Side gebaut.

Trotz Schutzschaltung würde das Bauteil das nicht packen.
Die Spitzenwerte mit mehren hundert Ampere können stetig
nie durch die feinen Anschlüsse fließen.

Thomas E. schrieb:
> Was soll denn der Spannungsabfall am FET mit dem "sauberen Durchdrehen"
> des Anlassers zu tun haben?

Wenn der Magnetschalter erst mal mit dem Ritzel angezogen hat,
geht auch der hohe Einschaltstrom zurück, aber da ja dann der
Anlasser anläuft, wird die Batterie ganz schön belastet. Wer weiß,
was der TO da für eine Batterie benutzt und wie die geladen ist.
Das hat nämlich Einfluss.

Flo schrieb:
> An einem Prüfstand soll die Einzugswicklung des Ritzelstarters eines
> Otto Motors angesteuert werden.

Inkognito schrieb:
> Klaus schrieb:
>> Oder mal mit einem BTS550 probieren? Der ist für das Schalten von
>> induktiven Lasten auf der High-Side gebaut.
>
> Trotz Schutzschaltung würde das Bauteil das nicht packen.
> Die Spitzenwerte mit mehren hundert Ampere können stetig
> nie durch die feinen Anschlüsse fließen.

Der Magnetschalter zieht mehrere 100A? Wenn schon der Schalter soviel 
braucht, wieviel braucht dann der Anlasser selbst?

MfG Klaus

Klaus schrieb:
> Der Magnetschalter zieht mehrere 100A? Wenn schon der Schalter soviel
> braucht, wieviel braucht dann der Anlasser selbst?

Das war eine hypothetische Einschätzung über die maximale
Belastung des Bauteils. Im Einschaltmoment können auch
mal mitunter mehrere zehn oder hundert Ampere fließen,
je nach Last.
Ohnehin tritt bei induktiver Last eine Phasenverschiebung
zwischen Spannung und Strom beim Einschalten auf. Die Spannung
eilt dem Strom voraus.
Ohne konkrete Zeitbetrachtung kann das so einen Anschlussdraht
und den Kristall schon mal killen.
Was dabei noch gar nicht berücksichtigt ist, ist die EMK
der Induktivität, die ja durch die Freilaufdiode zur Batterie
umgeleitet wird. Wenn die Diode ungeeignet ist für hohe
Ströme, hilft es dem FET nicht. Allerdings tritt die erst
beim Abschalten auf. Das ist gespeicherte Energie, die
sich sonst auf die Betriebsspannung addiert. Eine Batterie
müsste die Energie aber anstandslos aufnehmen. Ein kurzer
Ladestrom müsste fließen. Man müsste Spannungsabfälle messen
um das nachvollziehen zu können.

Inkognito schrieb:
> Klaus schrieb:
>> Der Magnetschalter zieht mehrere 100A? Wenn schon der Schalter soviel
>> braucht, wieviel braucht dann der Anlasser selbst?
>
> Das war eine hypothetische Einschätzung über die maximale
> Belastung des Bauteils. Im Einschaltmoment können auch
> mal mitunter mehrere zehn oder hundert Ampere fließen,
> je nach Last.
> Ohnehin tritt bei induktiver Last eine Phasenverschiebung
> zwischen Spannung und Strom beim Einschalten auf. Die Spannung
> eilt dem Strom voraus.

Das heißt also, im Einschaltmoment fließt kein hoher Strom eher ein 
kleiner. Und genau für diese induktiven Lasten mit genau diesen 
Verhalten ist der BTS550 und seine Kollegen gebaut worden.

> Ohne konkrete Zeitbetrachtung kann das so einen Anschlussdraht
> und den Kristall schon mal killen.
> Was dabei noch gar nicht berücksichtigt ist, ist die EMK
> der Induktivität, die ja durch die Freilaufdiode zur Batterie
> umgeleitet wird. Wenn die Diode ungeeignet ist für hohe
> Ströme, hilft es dem FET nicht. Allerdings tritt die erst
> beim Abschalten auf. Das ist gespeicherte Energie, die
> sich sonst auf die Betriebsspannung addiert. Eine Batterie
> müsste die Energie aber anstandslos aufnehmen. Ein kurzer
> Ladestrom müsste fließen. Man müsste Spannungsabfälle messen
> um das nachvollziehen zu können.

Schön, wie du das erklärst, wäre ich ohne dich nicht drauf gekommen. Der 
BTS löst aber das Abschaltproblem ohne Diode. Eine Freilaufdiode ist nur 
eine von mehreren Möglichkeiten mit der gespeicherten Energie in einer 
Induktivität umzugehen. Genau dafür sind diese Teile gebaut worden. Das 
du die Kompetenz der Datenblattschreiber von Infineon bezweifelst, ist 
natürlich dein gutes Recht.

MfG Kaus

Klaus schrieb:
> Das heißt also, im Einschaltmoment fließt kein hoher Strom eher ein
> kleiner. Und genau für diese induktiven Lasten mit genau diesen
> Verhalten ist der BTS550 und seine Kollegen gebaut worden.

Ja. Das schließt aber nicht aus, daß man die Wärme der Schutzdidode im 
Abschaltmoment lieber außerhalb hätte. Ob die Hitze überhaupt im 
Abschaltmoment oder durch ungünstigen Linearbetrieb des MOSFETs 
entsteht, sollte der besser erkennen, der ihn eingebaut hat.

Der TO hat sich nicht mehr gemeldet und ihr diskutiertet (und 
vermutetet) fleißig...

Martin S. schrieb:
> 1) Ein p-Kanal ist der denkbar schlechteste Mosfet für diese Aufgabe.

Nach Lage der Anwendung (Plus muss geschaltet werden, Masse am 
Anlassergehäuse, somit Masse nicht schaltbar), war der Gedankengang
des TO schon nachvollziehbar. Das wurde auch oben erwähnt, daher
ist dieser unpassende Einwand nachvollziehbar.

> P-Kanal-Mosfet haben die hässliche Eigenschaft, einen höheren RDSon zu
> haben.

Wir wissen ja gar nicht, ob das hier relevant war, weil der TO da mit
den FET-Angaben ziemlich unverbindlich rüber kam.

> Hier sollte - und zwar nicht nur einer - n-Kanal Mosfet verbaut werden.

Bei Parallelschaltung handelt man sich andere Probleme ein, die man
lösen muss.

> Viel besser aber wären Lowside-Treiber, z.B. die AUIPS-Serie von
> International Rectifier (jetzt leider Infineon). Die sind dann sogar
> thermisch gesichert und überleben auch Überstrom, weil sie dann einfach
> abschalten.
>
> 3-5 Stück parallel und das Erwärmungsproblem ist weg.

Wenn das Design stimmt, vermutlich.

> Außerdem sind das alles Logic-Level-Typen, sodass Du selbst bei auf 5V
> eingebrochene Netzspannung noch voll durchschalten kannst.
>
> Gate-Treiber sind bereits im Chip implementiert, sodass Du auch keine
> Treiber mehr brauchst.
>
> 2) Du musst eine sehr hohe Energiemenge vernichten, wenn die Anzugspule
> stromlos geschaltet wird. Klar kann eine 1N4008 eine ganze Zeit lang
> überleben, aber ich würde da schon eher mit einer Brechstange rangehen.
> Es ist doch egal, ob bei einem Einzelstück eine 3 Euro Diode verbaut
> wird.

Das muss keine Frage des Überlebens sein, sondern ob die Diode
niederohmig genug wird, um die freigesetzte Energiemenge beim
Abschalten zu verarbeiten. Ich sah schon Apps wo die Freilaufdiode
ein größerer Kracher war, als wie der FET.
Da hingen dann 2kW Last dran und fast 400Volt. Steuerung PWM.

> Dein Problem ist, dass die Energiemenge für einen Mosfet alleine so hoch
> ist, dass der das gar nicht überleben kann. Du erzeugst einen
> gigantischen Temperaturgradienten, der durch den hohen thermischen
> Widerstand des Gehäuses gar nicht nach draußen geleitet werden kann. Der
> Kühlkörper ist noch eiskalt, da sind es im Mosfet schon 150°C - und der
> Mosfet damit tot.

Besser kann man es akademisch nicht beschreiben, auch wenn ich davon
ausgehe, dass der TO das gar nicht begreift. Ich hab das schon mit 
einfacheren Worten weiter oben versucht zu beschreiben.

Vermutlich hat der TO auf die klassische Relaylösung zurück gegriffen
weil es für eine elektronische Lösung keinen Grund gibt. PWM brauchst
hier nämlich nicht.

Hallo zusammen,

ich möchte mich zuerst für eure Unterstützung bedanken!
Es waren einige sehr brauchbare Antworten dabei.

Für die Verwirrung möchte ich mich auch noch bei euch entschuldigen.
Ich hatte einen IRF4905, das war ja inzwischen den meisten klar, ich 
möchte das nur noch mal bestätigen.

Die wichtigsten Hinweise von euch waren das Entfernen des Kondensators 
und eine passende Ansteuerung für den Mosfet.

Zur Verkabelung: Ich weiß, wie ein Starter aufgebaut ist und 
funktioniert. Ich finde auch, dass die Werte Sinn machen: 20A für die 
Einzugswicklung und der starke Spannungseinbruch dann wenn der 
Hauptkontakt geschlossen wird und der Starter ein kW aus der Batterie 
zieht. So wie es ausschaut, verursacht dieser Spannungseinbruch zusammen 
mit dem Spannungsabfall dam Mosfet dann eine Unterbrechung meiner 
Ansteuerung, so kommt es zu einem Flattern zwischen angesteuert und 
nicht angesteuert - das hatte ich mich "nicht sauber angesteuert" 
gemeint.

Die Batterie ist übrigens nagelneu, ausreichend groß und hängt zwischen 
den Messungen am Ladegerät, daran wirds also ehr nicht liegen.
Und bei dem Projekt handelt es sich um einen Prüfstand für 
Verbrennungsmotoren. Aktuell hängt ein Motor mit 5Litern Hubraum dran, 
daher auch der etwas stärkere Starter.

Dass die Oszi Bilder nicht mehr Kontrast haben tut mir leid. Ich selbst 
erkenne die Farben, aber ich sehe natürlich ein, dass das nicht perfekt 
ist. Werd versuchen, es beim nächsten mal zu machen.

Meine Erkenntnis: ich bleibe beim Relaise. Wie ihr richtig bemerkt habt, 
muss man die Sache nicht unnütz komplizierter machen. Mit hatte einfach 
die Idee mit dem Mosfet gefallen und ich wollts mal ausprobieren. 
Inzwischen weiß ich, dass das mit der Kühlung des Mosfet eine 
Herausforderung wird, der man sich nicht aus Langeweile zu stellen 
braucht.

Besten Dank noch mal für euer Engagement und die vielen Beiträge!