Hallo,
zum Überlastungsschutz zwei MOSFETs in einer Brückenschaltung, bzw.
einem Buck-Converter, überlege ich deren Temperatur zu überwachen.
Die Messung muss ja keine immense Genauigkeit aufweisen, jedoch schon
einen großen Temperaturbereich abdecken (ca. bis 170°C).
Um es möglichst einfach zu halten, hatte ich jetzt an einen NTC gedacht
an dem ich die abfallende Spannung mittels einer OP-Schaltung an den ADC
des uControllers schicke.
Ich finde im Netzt keine Beispiel-Applikations oder Information zu
üblichen Herangehensweisen (evtl. ja auch mit einem IC?).
einen OP eines LM358 habe ich eh noch in der Schaltung frei und könnte
diesen verwenden.
Also die Frage: Kann man das so machen oder gibts Alternativen, die ihr
empfehlen könnt?
Ein NTC hat bei Sicherheits- oder Überwachungsschaltungen den Nachteil,
dass bei einem Bruch des Sensors oder der Anschlussleitung "kalt"
gemeldet wird.
Eine PTC-Schaltung meldet im Fehlerfall "heiss" und kühlt maximal oder
schaltet ab.
Route_66 H. schrieb:> Ein NTC hat bei Sicherheits- oder Überwachungsschaltungen den> Nachteil,> dass bei einem Bruch des Sensors oder der Anschlussleitung "kalt"> gemeldet wird.> Eine PTC-Schaltung meldet im Fehlerfall "heiss" und kühlt maximal oder> schaltet ab.
Jau, das ist mir vorhin auch aufgefallen. Die Frage ist, inwiefern sich
über den PTC/NTC auf die MOSFET-Temperatur schließen lässt... bzw. wo
könnte man den platzieren? Parallel zur Source des oberen MOSFETs der
Halbbrücke?
Ein Thermoelement. Geht bis x - 350 Grad, ist kostengünstig und völlig
ausreichend. Dazu die entsprechende Brückenschaltung aus dem Datasheet.
Oder PT1000 für Backöfen !? Gehen ebenfalls bis ca. 350 Grad. Gibt es
als Chip, vorkonfektioniert als Rohr oder Einstechfühler, und evtl mit
Stück Kabel.
Thomas S. schrieb:> Oder PT1000 für Backöfen !? Gehen ebenfalls bis ca. 350 Grad. Gibt es> als Chip, vorkonfektioniert als Rohr oder Einstechfühler, und evtl mit> Stück Kabel.
Die Messung soll für den Dauereinsatz auf der Platine aufgebaut sein. Am
besten wäre also irgendein Sensor der auf der Platine selber verbaut
ist, ohne Kabel oder Einsteckfühler.
Ich frage mich wie die Hersteller ihre Platinentemperaturen überwachen.
Es handelt sich über D2PAK MOSFETs die ohne Kühlkörper auskommen.
Ansonsten würde ich einen Sensor an den Kühlkörper befestigen und
darüber auf die MOSFET-Temperatur schließen. Da die FETs ja aber nur
direkt auf der Platine liegen, weiß ich nicht wie ich am sinnvollsten
messen kann.
Im Netz habe ich nun folgenden Beitrag gefunden:
https://www.amwei.com/ptc-thermistor-protect-converters-mosfet-from-overheating/
Dort werden die MOSFETs direkt abgeschaltet, indem die Gates über einen
Transistor auf LOW-gehalten werden. So würde ich es nicht machen wollen,
sondern im uController die Temperatur über den Spannungsabfall am PTC
überwachen und bei zu hoher Temperatur abschalten.
Die Frage ist jetzt nur wo der PTC dann in der Schaltung platziert wird
oder ob er einfach nur im Layout nahe den MOSFETs platziert werden
sollte?
RH schrieb:> Es handelt sich über D2PAK MOSFETs die ohne Kühlkörper auskommen.> Ansonsten würde ich einen Sensor an den Kühlkörper befestigen und> darüber auf die MOSFET-Temperatur schließen. Da die FETs ja aber nur> direkt auf der Platine liegen, weiß ich nicht wie ich am sinnvollsten> messen kann.
Die Gehäusetemperatur hat mit der Sperrschichttemperatur nur sehr wenig
zu tun. Während das Gehäuse noch 50°C hat, kann die Sperrschicht schon
lange tot sein.
Die MOSFET über die Gehäusetemperatur vor dem Tod bewahren zu wollen
geht nur, wenn die Verlusleistung bekannt ist.
Dann kann man über RTHjc (Thermischer Widerstand zwischen Juction und
Case) auf die Sperrschichttemperatur schließen. Der Wert ist im
Datenblatt angegeben.
Beispiel:
https://www.vishay.com/docs/91015/sihf510.pdf
Hier sind es 3,5K/W.
Bei 10W ist die Sperrschicht um 35°C heißer als das Gehäuse. Die
Differenz kennst du aber nur, wenn du die Leistung kennst.
Ist denn das bei deiner Anwendung überhaupt der Fall?
Bei Problemen Kurzschlüssen kann die thermische Abschltung niemals
schnell genug greifen. Ja, diverse IC arbeiten mit thermischer
Abschaltung. Aber da sitzt der Sensor direkt mit im Chip, da ist das RTH
sehr klein.
jemand schrieb:> Die Gehäusetemperatur hat mit der Sperrschichttemperatur nur sehr wenig> zu tun. Während das Gehäuse noch 50°C hat, kann die Sperrschicht schon> lange tot sein.jemand schrieb:> Bei Problemen Kurzschlüssen kann die thermische Abschltung niemals> schnell genug greifen. Ja, diverse IC arbeiten mit thermischer> Abschaltung. Aber da sitzt der Sensor direkt mit im Chip, da ist das RTH> sehr klein.
Klar, es geht auch nicht um den Kurzschlussschutz (der ist anders
umgesetzt). Es geht um den Überlastschutz, wenn die Schaltung lange Zeit
auf Maximum bei schlechten Umweltbedingungen läuft und sich zu sehr
erhitzt. Es muss also nicht blitzschnell und mit hoher Genauigkeit
reagiert werden.
Momentan ist es auch nur eine Überlegung eine Temperaturüberwachung mit
in die Schaltung einzubauen.
Hm... den Leistungsabfall an den MOSFETs wird man nicht so ohne weiteres
Messen können. Der uController misst sonst nur noch die zu regelnde
Spannung und den fließenden Strom jeweils am Ausgang.
RH schrieb:> Kann man das so machen
Sicher
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32RH schrieb:> Es geht um den Überlastschutz, wenn die Schaltung lange Zeit> auf Maximum bei schlechten Umweltbedingungen läuft und sich zu sehr> erhitzt. Es muss also nicht blitzschnell und mit hoher Genauigkeit> reagiert werden
Bitmetallthermoschalter ?
Michael B. schrieb:> Bitmetallthermoschalter ?
Wäre theoretisch auch möglich. Allerdings wäre es schön am
Mikrocontroller einen aktuellen Temperaturwert zur Verarbeitung zu
haben. Außerdem stellt sich mir immer noch die Frage wo ich denn am
besten die Temperatur messe. Kühlkörper gibt es ja nicht und einfach den
Sensor in der nähe der MOSFETs zu platzieren ist ja auch nicht sooo
hilfreich oder wie seht ihr das?
NTC oder PTC ist prinzipiell egal, wenn über einen µC ausgewertet wird.
Extremwerte (Bauteilbruch) könn enerkannt und entsprechend darauf
reagiert werden. Es kann auch der Pullup-Widerstand brechen...
Üblich ist ein kleiner NTC (z.B. Murata NCP18-Serie) mit einem Pullup
nach ADC-Reference. Die Teilerspannung (ohne OP, evtl. ein kleiner
RC-Filter) auf den AD-Eingang des µC - fertig. Den Rest (NTC-Kennlinie
in °C überführen) erledigt die Software.
Wichtig:
Alle Signale auf den µC beziehen (incl. GND) und vom eigentlichen
Leistungsteil getrennt halten. Übersprechen vermeiden d.h. NTC besser
nahe am Drain des Highside als nahe am Drain des Lowside MOSFETs
platzieren.
RH schrieb:> Hm... den Leistungsabfall an den MOSFETs wird man nicht so ohne weiteres> Messen können. Der uController misst sonst nur noch die zu regelnde> Spannung und den fließenden Strom jeweils am Ausgang.
Naja, über den RDSon und den Strom wirst du schon eine Annahme treffen
können. Man müsste halt einen worst-case-Wert berechnen. Schaltverluste
nicht vergessen.
Daraus könntest du eine maximale Temperaturdifferenz abschätzen, eine
Sicherheit aufschlagen, und die Schwelle auf den so berechneten Wert
setzen.
Du könntest übrigens statt NTC oder dergleichen übrigens auch Thermostat
IC verwenden, und die Ansteuerung in Hardware unterbrechen:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20002268B.pdf
Das ist sehr viel einfacher, denn da kommt direkt ein digitales Signal
raus, es ist Softwareunabhängig und hat die Hysterese schon mit drin.
Ich habe das schon für Lastwiderstände in SMD verwendet. Die Widerstände
sind TO-252, und halten die angelegte Leistung für einige Sekunden aus.
Mit 90° Schaltschwelle können die IC die Ansteuerung direkt
unterbrechen.
Das setzt alles sowieso durchdachtes Layout voraus- also exzellente
thermische Kopplung mit dem Widerstand (oder in deinem Fall FET). Es
setzt außerdem auch voraus, dass man die Schaltschwelle eher konservativ
setzt.
PS:
Von einem großen Wechselrichter kenne ich es sogar so, dass die Software
ein Temperaturmodell der IGBT-Sperrschicht mitlaufen hatte. Ein recht
komplexes, mit thermische Kapazitäten und so weiter. Die MOSFET
Datenblätter enthalten schon genug Daten für ein einfaches Modell.
Wenn dir also sehr fade ist... ;-)
RH schrieb:> Hm... den Leistungsabfall an den MOSFETs wird man nicht so ohne weiteres> Messen können. Der uController misst sonst nur noch die zu regelnde> Spannung und den fließenden Strom jeweils am Ausgang.
Ist die Eingangsspannung bekannt? Dann kannst du über das Tastverhältnis
den Effektivstrom durch den FET berechnen (oder Lookup Tabelle), die
Schaltverluste können geschätzt werden. So kannst du die Verluste
abschätzen und dann mittels thermischen Widerstand zur Sperrschicht die
Sperrschichttemperatur berechnen.
Ohne die Verlustleistung zu kennen wird es sehr schwer, von der
gemessenen Temperatur auf die Sperrschichttemperatur während des
Betriebes zu schließen.
Wir stehen gerade vor demselben Problem, und bei uns ist die gefahrene
Leistung nicht bekannt, da alles analog läuft.
Gruß,
Al3ko -. schrieb:> Ohne die Verlustleistung zu kennen wird es sehr schwer, von der> gemessenen Temperatur auf die Sperrschichttemperatur während des> Betriebes zu schließen.
Eine Sperrschicht wirst du bei einem MOSFET lange suche können. ;-)
Wenn man schaltungstechnisch nicht die Substratdiode als Sensor (V_f)
nutzen kann, wird man bei einem externen Sensor immer mit einem gewissen
Wärmewiderstand zwischen Substrat und Sensor rechnen müssen. Aber wenn
der Sensor thermisch gut von der Umgebung abgeschirmt ist, ist das eher
unkritisch. 170°C werden da im Normalfall extern allerdings wohl kaum
ankommen.
Wolfgang schrieb:> Eine Sperrschicht wirst du bei einem MOSFET lange suche können. ;-)
Oh, warte - Asche auf mein Haupt... Ich habe die gesamte
Leistungselektronik auf Englisch gelernt, in der es MOSFET junction
temperature gibt.
Was wäre die richtige deutsche Übersetzung dafür?
Chiptemperatur? Klingt auch irgendwie komisch.
hinz schrieb:> Al3ko -. schrieb:>> Chiptemperatur? Klingt auch irgendwie komisch.>> Kanaltemperatur.
Und in den Datenblättern der japanischen Hersteller ist auch T_ch völlig
üblich.
Wolfgang schrieb:> Eine Sperrschicht wirst du bei einem MOSFET lange suche können. ;-)
Nun, m.W. hat jeder MOSFET eine Diode zwischen Drain und Source.
Allerdings ist die normalerweise gesperrt und man will ja die
Durchlassspannung wissen.
RH schrieb:> Um es möglichst einfach zu halten, hatte ich jetzt an einen NTC gedacht> an dem ich die abfallende Spannung mittels einer OP-Schaltung an den ADC> des uControllers schicke.
Einfach und OP-Schaltung an µC klingt unlogisch. Ich ziehe mal estwas
aus einem meiner Geräte raus, Anhang.
Ich habe NTCs mit M4-Gewinde um 1kOhm in der Schublade, Wert und Verlauf
leider unbekannt - der Thread dazu müsste sich hier finden lassen. In
einem Testaufbau habe ich bei ein paar Temperaturen den Wert ermittelt
und dann einen Spannungsteiler gerechnet.
Um nicht unnötig Strom zu verbraten, wird der Teiler aus einem
Digitalport des µC gespeist und nur kurz eingeschaltet, wenn ich messen
will.
Ich habe in der Software drei Punkte festgelegt:
Temperatur kleiner xx = alles gut / Lüfter aus.
Temperatur größer yy = Lüfter einschalten + LED an.
Tempertur größer zz = Leistungsstufe abschalten.
Irgendwann habe ich noch eine Spielerei nachgelegt, die Lüfter-LED
blinkt zunehmend schneller, je wärmer das wird.
Route_66 H. schrieb:> Ein NTC hat bei Sicherheits- oder Überwachungsschaltungen den Nachteil,> dass bei einem Bruch des Sensors oder der Anschlussleitung "kalt"> gemeldet wird.
Das ist kompletter Unfug, hängt von der Schaltung ab. Des weiteren kommt
hier ein µC zum Einsatz, der erkennen könnte, wenn ein unglaubwürdiger
Wert geliefert wird, Plausibilitätskontrolle nennt man das.
Manfred schrieb:> Ich habe NTCs mit M4-Gewinde um 1kOhm in der Schublade, Wert und Verlauf> leider unbekannt - der Thread dazu müsste sich hier finden lassen.Beitrag "Re: Hersteller / Daten von NTC"Al3ko -. schrieb:> Wozu dienen die drei Gummischläuche an den drei Beinchen vom LDO?
Der LDO ist ein Triac BTA24 und führt Netzspannung, da schienen mir ein
paar Stück Isolierschlauch sinnvoll.
Beitrag "Re: Leitungsschutzschalter kommt beim Abschalten"
Der Link für diesen Thread bedeutungslos, aber es ist ein TO-220, was
Wärme erzeugt und geschützt werden soll und ich denke, das sinnvoll
gelöst zu haben.
RH schrieb:> Die Messung muss ja keine immense Genauigkeit aufweisen, jedoch schon> einen großen Temperaturbereich abdecken (ca. bis 170°C).
Naja!
Wenn Du außen misst, dann ist der Halbleiter innen schon lange
verkohlt bei 170 Grad C...
Mani W. schrieb:> Wenn Du außen misst, dann ist der Halbleiter innen schon lange> verkohlt bei 170 Grad C...
Der ist aber aus Silizium, nicht aus Diamant.
Manfred schrieb:> Route_66 H. schrieb:>> Ein NTC hat bei Sicherheits- oder Überwachungsschaltungen den Nachteil,>> dass bei einem Bruch des Sensors oder der Anschlussleitung "kalt">> gemeldet wird.>> Das ist kompletter Unfug, hängt von der Schaltung ab.
Kannst du mal eine Schaltung als Gegenbeispiel zeigen?
Wer die Temperaturmessung mit einem µC durchführt, kann mit geringem
Aufwand einen Plausibilitätscheck einbauen. Defekte Sensoren werden dann
irgendwie gemeldet und nicht mehr beachtet. Das schafft sogar mein
indisches Motorrad.
Stefan F. schrieb:> Wer die Temperaturmessung mit einem µC durchführt, kann mit> geringem> Aufwand einen Plausibilitätscheck einbauen. Defekte Sensoren werden dann> irgendwie gemeldet und nicht mehr beachtet. Das schafft sogar mein> indisches Motorrad.
Und schon in Heizungssteuerungen aus den 70ern hat man zusätzliche
Komparatoren eingebaut um solcherlei Fehlerfälle erkennen zu können.
