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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wärmeentwicklung am Transistor - kleiner Leitwiderstand vs. schnelle Schaltzeit


Autor: mobo (Gast)
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Hi zusammen,
ich bastel zur Zeit an einer Motorsteuerung. Das Steuersignal hat 20kHz 
und wird von einem Mosfet-IC (IR2110) auf meine Transistoren übertragen. 
Diese sollen demnächst (aktuell verwende ich IRF520 für einen kleinen 
Testmotor) einen maximalstrom von 10A schalten.
Mein Problem ist die vermutlich enorme Wärmeerzeugung und die dies 
minimierende Wahl des richtigen Transistors. Soweit ich weiß gibt es 
zwei relevante Wärmequellen: die Verlustleistung am Innenwiderstand im 
Leitenden Betrieb und die Verlustleistung bei den Schaltvorgängen. 
Leider gibt es soweit ich das bisher feststellen konnte im groben nur 
Kondensatoren mit kleinem Innenwiderstand ODER mit schneller Schaltzeit 
und mir fehlt die Erfahrung, um zu sagen, was in meinem Fall wichtiger 
ist.

Kann mir jemand sagen, wie ich die Verlustleistung bei Schaltvorgängen 
mit 20kHz berechne, damit ich sie mit der im Leitbetrieb vergleichen 
kann?
Oder hat jemand aus Erfahrung einen Tipp, wie ich meinen Transistor am 
besten auslegen könnte?

Das wäre super..

Autor: 4421 (Gast)
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Es gibt ein Gatecharge auf der Gatekapazitaet. Die Gatekapazitaet ist je 
nach Fet bei 1nF, mehr oder weniger. Diese Kapazitaet muss man umladen, 
zwei mal pro puls. Die Ladung ist As (Amperesekunden) auf der Kapazitaet 
von AS/V. Dh wir multiplizieren die Gatekapazitaet mit der Gatespannung. 
Und wenn wir nun eine frequenz von f haben, so lasen wir das das Gate 
1/f mal pro sekunde. Das ergibt uns einen Strom. Den Gatestrom.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Das ergibt uns einen Strom. Den Gatestrom.
Thema verfehlt?

Aber eine Suche im Forum trifft z.B. den 
Beitrag "Re: Maximal zulässige Verlustleistung bei Mosfet"

Autor: mobo (Gast)
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Ja bei dem Gatestrom sehe ich auch noch nicht, wie er mir helfen 
könnte...
Aber danke für den Themenlink, da hab ich wohl zu früh aufgehört zu 
lesen..ging anfangs mehr um Wärmeableitung und so..

Nach der vorgeschlagenen Rechnung nimmt man an, dass es eine ohmsche 
Last ist. Ob das für einen iduktiven Motor genau genug ist...
Die Leistung wird dann berechnet zu Ps= Imax  Umax  Ts/T , wobei Ts/T 
das Verhältnis von Schaltzeit(ein- + ausschaltzeit) zu Periodendauer 
ist.

Mal testweise für meinen IRF520 (Tr=Tf=23ns) bei 24V, 10A und 20kHz 
ergäbe das eine Verlustleistung von
P=24*10*46ns/50us= 0,2208W
Kann es denn sein, dass das so wenig ist?
Die verlustleistung am Leitwiderstand wäre dagegen 20W*Ton/T ..

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Kann es denn sein, dass das so wenig ist?
Ja, wenn du den tatsächlich so rasant durchgeschaltet bekommst.
> ... ein- + ausschaltzeit ... 46ns

Autor: Peter Hoppe (peterhoppe59)
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Nur wenn Du die genannten tf und tr auch erreichst. Die Schaltverluste 
sind dann sogar noch niedriger, weil sie in den Umschaltphasen nicht 
konstant sind, sondern eher einer Glockenkurve ähneln. Außerdem beträgt 
die Spitzenverlustleistung mit einer ohmschen Last nur U/2 * I/2.
Um die Zeiten zu erreichen, muß das Gate möglichst schnell umgeladen 
werden -> möglichst hoher Gatestrom.
Wenn Dir das gelingt bleiben nur noch die Statischen Verluste
I^2*Ron*ton/(ton+toff), und ggf. die Verluste in den Substratdioden.

MFG Peter

Autor: mobo (Gast)
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Ok..hmm..vermutlich nicht. Hab die Werte leichtgläubig dem Datenblatt 
entnommen. Werd mich dann wohl mal mit dem Oszi an das Ding setzen und 
nachmessen..
Aber dann bin ich ja da scheinbar schon auf dem richtigen Weg.
Danke euch!

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