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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Verlustleistung im Gehäuse.


Autor: Th Wa (frischling)
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Ich habe eine kleine Schaltung mit der ich eine ohmsche Last mit 3x15A 
Dauerstrom bei ca 13,8V schalten will. (Bordnetz KFZ)

Als FET habe ich mir diesen ausgesucht :

IRL 3803
- RDSOn 9mOhm bei 4,5V // 6mOhm bei 10V

Ansteuerung direkt vom µC:
1 FET  Verlustleistung ca 20W @ LogicLevel.
2 FETs Verlustleistung ca 10W @ LogicLevel.

Push-Pull :
1 FET  Verlustleistung ca 13W @ 10V UGS.
2 FETs Verlustleistung ca 7W @ 10V UGS.


Für ein geschlossenes Kunststoffgehäuse ist das aber noch viel zu 
viel...

Ein (scheinbar) endloses paralellschalten der FETs geht ja auch nicht,
am ende sind die Lötstellen die Heizwiderstände ;)

Am besten wäre wohl die Schaltung samt FETs mit Glimmer gegen ein Alu 
Gehäuse zu schrauben...

Was würdet Ihr tun ?

Was für alternativen habe ich,
wenn ich eine elektronische Ansteuerung will ?

Autor: Peter (Gast)
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Nimm ein Relais und du hast keine Verluste mehr.

Aber wie kommst du auf 20W Verlustleistung?

6mOhm bei 15A sind 1,35W * 3 = 4W

Autor: Th Wa (frischling)
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Gut,

nur wenn ich das Relais im Sekundentakt an und ausschalte,
kommt das auf Dauer nicht gut.

Die Fets interessiert nur die Wärme.

Deshalb kein Relais.


PS: Die 20W sind aufgerundet.

3*15A = 45 A
P=I^2*R
P=(45A)^2*0.00_9_ Ohm.
P=(2025*0.009) W
P=18,225W -> Aufgerundet 20W

Autor: Peter (Gast)
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Wenn du aber 3mal 15A schalten willst ist deine Rechnung falsch.

Es sind ja dann 3 FETs.

Dann musst du 15A^2 * 0.009 = 2W

Das ganze hast du dann 3mal, an jedem FET

Autor: Th Wa (frischling)
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Je nachdem wie ich verschalte, kann ich schalten was ich will.
z.b. mit einem FET 3 mal 15A
Kann auch schreiben 45A mit einem FET, wie auch immer.

Sprich ich kann ohne Probleme aus 3*15A eine Ersatzschaltung mit 1*45A 
machen, oder wo liegt mein Denkfehler ?

Autor: Peter (Gast)
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der Strom geht Quadratisch ein, damit es es besser den Strom geringer zu 
halten.

Autor: Th Wa (frischling)
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Somit wären es 6W im Gehäuse,
also meine gerundeten 7W mit 3 FETS da die Leistung 3 mal Auftritt.

Oder ?

Ich bin mir der Abhängigkeit Bewusst.
Ich kann den Strom aber auch nicht "klein" halten.
Der Resultiert aus den 3 Heizwiderständen.


OK, ich habe jetzt meine 3 Stränge.
Jeder Strang besteht aus 1. Heizwiderstand und einem FET mit fix 
0.006Ohm.
Jeder der FETs setzt nun 1,35 W um.

Wenn ich alle Punkte zwischen Last und Fet verbinde ändert sich nichts.



Ich habe immer noch 3x 1,35W Verlustleistung.

Nehme ich jetzt einen Fet raus,
habe ich 6,075W Verlustleistung an de FET -> 3,0375W pro FET.

Habe ich nur noch einen FET,
habe ich 12,15 Wa an einem FET.

Bei 0,009 Ohm liege ich halt bei 18,225W...

Ich schrieb ja auch, ich könnte ehlend viele FETs paralell schalten...

Autor: Peter (Gast)
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mal doch erstmal bitte auf, wie du was schalten möchtest. Wenn du 3mal 
15A schalten willst, musst du ja 3Fets nehmen und hast damit "nur" 3*2W 
Verlustleistung.

Autor: Th Wa (frischling)
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Oder anders gefragt : Wo soll ich den Strom geringer halten ???

Am FET ?

Autor: Th Wa (frischling)
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Muss ich nicht...

Die Last hängt an Versorgung,
die FETs an der Masse.

Die verbindung von FET und Last nenne ich U.

In jedem Zweig messe ich an U ein identisches Potential
-> es fliesst auch kein Ausgleichsstrom.
Ich kann ohne as es ein R oder ein FET merkt alle U's verbinden.

Es gibt doch die Kirchhoffschen Gesetze --sprich Knotenregel.

3x 15 A laufen in den Knoten rein,
3x 15 A laufen aus dem Knoten raus !
Passt !


Jetzt stelle ich zwei Formeln für Dich auf :


- Formel für Ein FET pro Zweig:

P(FETs)=(I(einzel)*n)^2 * R(DSOn) / n

Die Einzelströme addieren sich mit jedem hinzukommenden Zweig
I(einzel)*n,
mit jedem Zweig wird aber auch der RDSOn kleiner.

(bei gleichen Widerständen kann man durch deren Anzahl teilen)

Hier sieht man die tolle Quadratische Abhängigkeit.
------------------------------------------------------------------






- Formel für X FETS und Y Lasten :

Da ich meinen Punkt U habe, kann ich beliebige Lasten wie auch FETs 
Berechnen :


P(FETs)= (I(einzel)*Y)^2 * (R(DSOn) / X)


Ich bekomme den Quadratischen Teil einfach nicht raus,
Ich müsste die Lasten entfernen.

Aber die sollen schön drin bleiben,
sonst Funktioniert meine Heizung nicht mit voller Leistung.


Am linearen Teil kann ich sehr wohl was ändern,
ich kann : 1, 2, 3, ... 10^3 Mosfets verbauen...

18,225W, 9,1125W, 6,075W ... 0,018225

Da sind mir aber Platz und kostentechnisch grenzen gesetzt...

10^3 * 1,15€ ist mir definitiv zu TEUER !!!

Ausserdem treten dann Wahrscheinlich meine Lötpunkte und 
Steckverbindungen zum Vorschein und die werden dann heiss...


Dir war wohl eher das Thema Leistungsabfall auf der Versorgungsleitung 
im Sinn !??!
Da kommt dieser Quadratische Effekt zur Geltung.

Leitung hat festes R da geht nicht dran zu rütteln.
Selbe Leistung bei kleinem U benötigt grösseren Strom und nach
P=I^2R steigen die Verluste Quadratisch...

...das ist bei mir aber nicht der Fall, bzw. kann ich nicht ändern...

Autor: Th Wa (frischling)
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Back to Topic !

Das heisst für mich im Umkehrschluss aber doch auch,
ich muss wissen wieviel Verlustleistung darf ich in meinem Gehäuse 
umsetzen...

Den :

n = (I^2 * R) /P

und ich kann dann ausrechnen wieviele MosFETs ich benötige ?!!?

Autor: Peter (Gast)
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ja würde ich sagen. Bei 45A braucht du aber auch schon Richtige 
Querschnitte diese lassen sich sehr gut als Wäreableitung nutzen.

Autor: Th Wa (frischling)
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Naja, 2,5mm^2 sollte doch schon ausreichen (glaube frei geht das bis 
50A).

Denke aber ich führe da 3*2mm^2 raus.
Sollte auch für die Steckverbindung besser sein.

Weisst Du wieviel Leistung man in einem Plastikgehäuse umsetzen kann ?

Sollte vielleicht ein par Löcher ins Kunststoffgehäuse bohren und eine 
Alu Platte direkt darunter setzen...

Autor: Sascha (Gast)
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2,5mm² würd ich höchstens 20A zumuten. Kommt aber auch auf die 
Entfernung an. Trotzdem würd ich für 45A 6mm² nehmen. Weniger ist imho 
Murks.

Metallgehäuse ist besser, in mehrerlei Hinsicht. Erstens kann es als 
Kühlkörper dienen, zweitens schirmt es die Schaltung ab. Außerdem 
haltbarer als ein billiges Plastikgehäuse, grade in einer rauhen 
KFZ-Umgebung.

Mit den 30V Spannungsfestigkeit der FETs kommst du aber nicht weit. Im 
KFZ treten gerne mal Spannungsimpulse auf, die diese Spannung weit 
übersteigen. Also brauchst du noch eine sichere Unterdrückung dieser 
Hochspannungsimpulse.

Autor: Th Wa (frischling)
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@ Sascha

Du hast recht.

Also bei mir bekommt jede Steuerung eine dicke Supressordiode und noch 
ein bisschen "kleinkram".

Die 30V sind halt nicht die KFZ üblichen 60V -- da muss ich Dir völlig 
recht geben. (PS : Mein Meister sagte: Hochspannung fängt bei 1KV an...)

Zum Leitungsquerschnitt.
Ich habe vor an jedes Heizelement mit einer Leitung zu gehen.
damit bleibe ich bei ca 15 A pro Stich.
Das gilt Natürlich nicht für die Zuleitung.
Sind die 20A nicht eher für NYM in der Wand ?
Bei freier Verlegung gelten IMHO andere Werte ?!

Ich habe auch schon mit dem Gedanken gespielt ein oder zwei BTS555 zu 
verbauen -- das wäre die Eierlegende Wollmilchsau.

Wenn ich mir jetzt vorstelle wie dick die beiden Ausgangspins des BTS 
sind und das ich da mit dickem Querschnitt drangehe wird mir komisch :7

Wobei + an Tab auch ein bisschen blöd bei einem Blechgehäuse ist...

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