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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie heiß wird mein MOSFET


Autor: BLUBB (Gast)
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Hallo zusammen wie kann ich errechnen wie heiß mein MOSFET wird, und 
welchen Kühlkörper ich für denjenigen brauche?

mfg

: Verschoben durch Admin
Autor: Mosfet (Gast)
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Im Datenblatt kannst du die Erwärmung in Grad pro Watt Verlustleistung 
nachlesen.
DIe Verlustleistung kannst du mithilfe des Rdson, ebenfalss im 
Datenblatt zu finden berechnen.
Dannach dann den Kühlkörper anpassen.

Autor: Michael M. (Gast)
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Autor: anonymous (Gast)
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Autor: BLUBB (Gast)
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tut mir leid aber ich finde diese Daten nicht vielleicht kannst du mir 
mit dem Datenblatt weiterhelfen...

Autor: Michael M. (Gast)
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RthJC 0.7 K/W
RthCK 0.25 K/W

und die beiden posts über deinem.

Autor: BLUBB (Gast)
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also da ich keinen kühlkörper dran habe nehme ich RthJC (Junktion-Case) 
0,7 K/W, nun muss ich mir noch die Watt ausrechnen

RDSon=0,4

Id = 4,5A

Uds = Rds * Id = 0,4*4,5A = 1,8 V

Pv = Uds*Id = 1,8V * 4,5A = 8,1 W

somit müsste die Gehäusetemp bei 8,1W * 0,7K/W = 5,67Kelvin liegen....

ist das soweit richtig?

Wieviel Grad sind das nun?

Autor: name (Gast)
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Wenn die Raum Temperatur bei 0 Kelvin ist, dann hat deine Junction 5,67 
Kelvin...

Autor: Michael M. (Gast)
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was du ausgerechnet hast, ist die erwärmung, nicht die absolute 
temperatur.
°K und °C sind das selbe.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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name schrieb:
> Wenn die Raum Temperatur bei 0 Kelvin ist, dann hat deine Junction 5,67
> Kelvin...

Falsch. Die korrekte Aussage ist: "Der Chip ist 5,67K wärmer als das
Gehäuse."

Autor: Peter (Gast)
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kann das denn sein? 8Watt ist ja auch noch so wenig (1/3 Lötkolben) und 
dabei soll sich das ding nur um 5K erwärmen? Dann kann ich mir als 
Praktiker nicht vorstellen.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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BLUBB schrieb:
> ist das soweit richtig?

Nein.

Im Datenblatt wird keine Aussage über den Wärmeübergangswiderstand 
zwischen Chips und Umgebung oder Gehäuse und Umgebung getroffen. Für die 
Gehäuseformen TO-247 und TO-204 muss man sich diese ggf. an anderer 
Stelle heraussuchen.

Der Widerstand RthCK bezeichnet auch den typischen Widerstand für den 
Übergang zwischen Gehäuse und Kühlkörper, wobei dieser auch noch stark 
von der verwendeten Wärmeleitpaste und Verschraubung abhängt. Folglich 
hat man eine Serienschaltung von Widerständen: 
Chip-Gehäuse-Wärmeleitpaste-Isolierscheibe-Wärmeleitpaste-Kühlkörper-Umg 
ebung.

Dummerweise hängt der elektrische Widerstand Rds(on), der ja maßgeblich 
ist für die elektrische Verlustleistung, sehr stark von der Temperatur 
ab, siehe Bild 4 im Datenblatt. Folglich müsste man also das ganze 
iterativ bestimmen.

Für den Dauerbetrieb sollte die Chiptemperatur nicht über ca. 70°C 
liegen; Bild 3 besagt, dass Rds(on) mit steigendem Strom zunimmt; Bild 4 
nimmt einen Strom von 6A an. Laut Vorgabe ist das ganze für 4,5A zu 
berechnen. Damit kann man (bei pessimistischer Schätzung) 
Korrekturfaktoren von Rds(on) von ca. 0.9 (Bild 3) und 1.4 (Bild 4) 
annehmen, also

Rds(on) = 0.9 * 1.4 * 0.4 Ohm = 0.504 Ohm

also:

P = Rds(on)^2 * I = 10,2W

Folglich ist der Chip (ohne Isolierscheibe!!!) um

dT = P * (RthJC + RthCK) = 9,7K

heißer als der Kühlkörper. Bei einer maximalen Umgebungstemperatur von 
40°C darf sich der Kühlkörper also um maximal (70°C - 40°C - 9,7K) = 
20,3K erwärmen. Aus den obigen 10,2W Verlustleistung ergibt sich also 
ein maximaler Wärmeübergangswiderstand von (20,3W / 10,2W) ~ 2K/W. 
Danach ist der Kühlkörper auszuwählen. Achtung: Die Werte für die 
handelsüblichen Kühlkörper sind meist im "Freifeld" angegeben und nicht 
bei geschlossenem Gehäuse. Sobald also die Wärmekonvektion des 
Kühlkörpers eingeschränkt ist, steigt sein Wärmeübergangswiderstand 
immens an! Im Gegenzug kann eine Zwangsbelüftung, z.B. mit einem 
Gehäuselüfter, die Wärmeabfuhr auch noch deutlich verbessern.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Andreas hat schon geschrieben, was mit obiger Rechnung anzufangen ist.

Wenn man ein wenig sucht, findet man für ein freistehendes TO247 Gehäuse 
einen RthCA von ca. 40°C/W. Damit kann man nun ausrechnen, dass der 
Transi bei 8W eine Gehäusetemperatur von 8*40=320°C hätte (und die 
Sperrschicht nochmal 5,67K mehr). Zulässig sind aber "nur" 175°C an der 
Sperrschicht.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Stefan Wimmer schrieb:
> Gehäusetemperatur von 8*40=320°C hätte

http://de.wikipedia.org/wiki/Brandzeichen

SCNR ;-)

Autor: Andreas Ferber (aferber)
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BLUBB schrieb:
> also da ich keinen kühlkörper dran habe nehme ich RthJC (Junktion-Case)
> 0,7 K/W, nun muss ich mir noch die Watt ausrechnen

Nein, was du für den Fall ohne Kühlkörper bräuchtest ist die "Junction 
to Ambient"-Angabe, die steht aber leider nicht in deinem Datenblatt.

Schau mal hier, da findest du allgemeinere Angaben zu einem der beiden 
Gehäusetypen deines Transistors:

http://www.psitechnologies.com/products/to247.php

Dein Junction-to-Case-Wert passt ungefähr zu dem Wert dort. Der 
Junction-to-Ambient-Wert wird dann auch ungefähr passen, schliesslich 
kommt es da vor allem auf die Gehäuseoberfläche an, und die ist ja durch 
die Gehäuseform vorgegeben. Damit hast du also irgendwas zwischen 40 und 
60K/W.

Setzt du davon die obere Grenze (zur Sicherheit) in deine Rechnung ein:

> somit müsste die Gehäusetemp bei 8,1W * 0,7K/W = 5,67Kelvin liegen....

dann erhältst du 8,1W * 60K/W = 486K.

Der Chip wird also bei deiner Verlustleistung bis zu 486K wärmer als die 
Umgebung, bei 25℃ wären das geschlagene 511℃!

Ohne ordentlichen Kühlkörper wird das also ganz eindeutig nichts. Wie 
das dann berechnet wird, steht in den bereits genannten Links.

Andreas

Autor: BLUBB (Gast)
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vielen Dank für deine ausführliche Erklärung.

Autor: Michael M. (Gast)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> Im Datenblatt wird keine Aussage über den Wärmeübergangswiderstand
> zwischen Chips und Umgebung oder Gehäuse und Umgebung getroffen. Für die
> Gehäuseformen TO-247 und TO-204 muss man sich diese ggf. an anderer
> Stelle heraussuchen.
tatsächlich... glatt übersehen. naja, lässt sich sicher finden.

> Dummerweise hängt der elektrische Widerstand Rds(on), der ja maßgeblich
> ist für die elektrische Verlustleistung, sehr stark von der Temperatur
> ab, siehe Bild 4 im Datenblatt. Folglich müsste man also das ganze
> iterativ bestimmen.
in der praxis macht man eher eine worst-case annahme oder eine 
begründete schätzung.

> Für den Dauerbetrieb sollte die Chiptemperatur nicht über ca. 70°C
uswusf.
genau das steht auch oben in den beiden verlinken artikeln. schade, 
jetzt hast du ihm das denken abgenommen.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Michael M. schrieb:
> schade, jetzt hast du ihm das denken abgenommen.

...es bleibt ja noch das Rechnen mit Zahlen bis 175...
;-)

Autor: BLUBB (Gast)
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Also müsst ich mir einen Kühlkörper kaufen der circa 2K/W besitzt stimmt 
das ? oder mache ich da einen Fehler?

Autor: der mechatroniker (Gast)
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Warum zum Teufel benutzt du einen MOSFET mit 400 mOhm RDS(on), wenn du 
über 4 A schalten willst? Nimm einen gescheiten, dann brauchst du auch 
nicht soviel Wärme abführen-

Autor: Michael M. (Gast)
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oder du nimmst einen mosfet mit geringerem R_DS_on. es gibt welche im 
unteren zweistelligen mOhm-bereich.

Autor: BLUBB (Gast)
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schlag mal einen vor ich finde keinen passenden...

ich muss eigendlich 9A schalten!
und er muss eine Uds von min. 400V haben!


gruß

Autor: Walter (Gast)
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ich empfehle IRF1404

Autor: Walter (Gast)
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ups, die Spannung kann er leider nicht :-(

Autor: Michael M. (Gast)
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ein triac geht nicht?

Autor: Jens G. (jensig)
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IRFP460 oder so in der Richtung

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