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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verlustleistung Mosfet


Autor: Christian (Gast)
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Hallo

Wenn ich die Gesamte Verlustleistung meines MOSFETS berechnen will was 
kommt da alles rein?

Die Statische Verlustleistung ( P_v_statisch = Rdson * I²)
+
Die Verlustleisstung beim Schalten ( (P_last * (tr+tf))/T) )
+
Die Verluste beim ansteuern des MOSFETs ( P_v_steuer = f  Qg  Ugs )

Wenn man diese 3 Verlustleistungen addiert müsste die gesamte 
Verlustleistung des Mosfets berechnet sein ?

gruß

: Verschoben durch Admin
Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Christian schrieb:
> Wenn man diese 3 Verlustleistungen addiert müsste die gesamte
> Verlustleistung des Mosfets berechnet sein ?

Die statische Verlustleistung musst du noch mit dem Tastverhältnis
multiplizieren, dann stimmt die Rechnung ungefähr.

Ungefähr deswegen, weil deine Formel für die Verlustleistung beim
Schalten nur einen groben Anhaltspunkt darstellt. Da bei ohmscher Last
oder induktiver Last mit Freilaufdiode nie der maximale Strom und die
maximale Spannung gleichzeitig auftreten, ist die tatsächliche Verlust-
leistung meist deutlich kleiner. Allerdings kann die Verlustleistung bei
induktiver Last ohne Freilaufdiode oder mit einer Z-Diode in Reihe zur
Freilaufdieode auch größer werden, weil dann Uds die Versorgungsspannung
übersteigt.

Bei den Ansteuerungverlusten ist das Problem die Bestimmung des
richtigen Qg. Qg hängt von den parasitären Kapazitäten des Mosfets, der
Steuerspannung, der Lastimpedanz und der Versorgungsspannung der Last
ab. Im Datenblatt ist Qg meist nur für einen bestimmten Fall angegeben,
der nicht unbedingt mit dem aktuellen Anwendungsfall übereinstimmt.

Da die Schalt- und die Ansteuerverluste i.Allg. nur schwer zu berechnen
sind, bringt eine Simulation oft schnellere und genauere Ergebnisse.

Autor: oszi40 (Gast)
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Auch eine interne Schutzdiode könnte schön heizen, wenn z.B. 
Abschaltspannungen im Spiel sind...

Glaube keiner Statistik, die Du nicht selbst gefälscht hast. :-)

Autor: Christian (Gast)
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wenn ich die statischen verluste mit Tastverhältnis multipliziere sind 
es doch aber keine Statischen Verluste mehr oder?


Was mich aber viel mehr interessiert ist die Temperatur Tj also 
Chiptemp. bei meiner ausgerechneten Verlustleistung. Damit könnte ich 
doch nun bestimmen ob ich einen Kühlkörper brauche oder nicht.

bsp:

Tj max = 150°C

wenn das ausgerechnete Tj z.B. 140°C hätte würde sich ein Kühlkörper 
lohnen.

Weis einer die Formel habe überall schon geschaut, finde leider nichts.

gruß

Autor: Gerd (Gast)
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Hast Du schon hier in der Artikelübersicht gesucht?? Dort gibt es eine 
wirklich sehr gute Bechreibung dazu
Gruß
Gerd

Autor: Falk Brunner (falk)
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Siehe Kühlkörper.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Christian schrieb:
> wenn ich die statischen verluste mit Tastverhältnis multipliziere sind
> es doch aber keine Statischen Verluste mehr oder?

Dann nenne diese Verluste einfach nicht statisch, sondern sonstwie ;-)

Spaß beiseite: Ich nehme an, du hast eine PWM-Anwendung (sonst wären die
Schaltverluste egal). Was dabei letztendlich interessiert, ist jeweils
die mittlere Verlustleistung in den drei Kategorien, die sich zur
mittleren Gesamtverlustleitung addieren und zusammen mit dem Wärmewider-
stand die Sperrschichttemperatur bestimmen.

Bei den Schalt- und Ansteuerverlusten hast du die Mittelung bereits
gemacht, indem du die Periodendauer bzw. die Frequenz berücksichtigt
hast. Bei der Verlustleistung im RDSon hast du aber nur den eingeschal-
teten und nicht den ausgeschalteten Zustand berücksichtigt, der ja zur
Abkühlung des Mosfets beiträgt. Die Mittelung erfolgt hier einfach durch
Multiplikation mit dem Tastverhältnis.

Autor: Christian (Gast)
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hmm ok hast du gut erklärt, jetz kommt aber mein ABER ^^...

ABER was ist wenn ich meine PWM durch Taster & Analogeingänge steuern 
kann und z.B. auf 100% stelle... das wäre das selbe wie wenn ich einfach 
Einschalte, also Volle leistung ohne auszuschalten...

wie berücksichtige ich das? daher dachte ich dann nehme ich lieber noch 
die Statischen Verluste hinzu und überdimensioniere es ein bisschen.

mfg

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Christian schrieb:
> ABER was ist wenn ich meine PWM durch Taster & Analogeingänge steuern
> kann und z.B. auf 100% stelle... das wäre das selbe wie wenn ich einfach
> Einschalte, also Volle leistung ohne auszuschalten...

Ja, hast natürlich recht. Für die Worst-Case-Betrachtung sollte man von
100% ausgehen.

Autor: Christian (Gast)
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nennt man dies Worst- Case?

Autor: 900ss D. (900ss)
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Yalu X. schrieb:
> Da bei ohmscher Last
> oder induktiver Last mit Freilaufdiode nie der maximale Strom und die
> maximale Spannung gleichzeitig auftreten, ist die tatsächliche Verlust-
> leistung meist deutlich kleiner.

Versteh ich jetzt nicht. Weshalb treten bei ohmscher Last der max. Strom 
und Spannung nicht gleichzeitig auf? Bei induktiver Last leuchtet es mir 
ein.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Christian schrieb:
> nennt man dies Worst- Case?

'tschuldigung für den Anglizismus. Ich meinte damit den Fall, wo die
Gesamtverlustleistung am Mosfet am größten wird. Eigentlich tritt der
worst Case bei einem Tastverhältnis von geringfügig unter 100% auf, da
bei exakt 100% keine Schaltverluste entstehen. Da aber die mittlere
RDSon-Verlustleistung bei 99% praktisch gleich der bei 100% ist, kann
man auch gleich mit den 100% rechnen und addiert die Schaltverluste noch
oben drauf, so wie du es oben richtig gemacht hast.

900ss D. schrieb:
> Versteh ich jetzt nicht. Weshalb treten bei ohmscher Last der max. Strom
> und Spannung nicht gleichzeitig auf? Bei induktiver Last leuchtet es mir
> ein.

Es geht ja um Strom und Spannung im bzw. am Mosfet. Leitet der Mosfet,
ist der Strom maximal, dafür aber die Drain-Source-Spannung sehr klein.
Sperrt er, ist die DS-Spannung maximal (gleich der Versorgungsspannung),
aber der Strom praktisch null. Die maximale momentane Verlustleistung
tritt auf, wenn RDS gleich dem Lastwiderstand ist. Dann betragen sowohl
Strom als auch Spannung die Hälfte ihres jeweiligen Maximums, und die
Verlustleistung ist Umax·Imax/4.

Wenn man vereinfachend annimmt, dass während des Schaltvorgangs der
Strom eine konstante Anstiegs- bzw. Abfallgeschwindigkeit hat, ist die
mittlere Verlustleistung im Mosfet während des Schaltens Umax·Imax/6.
Das gilt aber, wie gesagt, nur für ohmsche Lasten und dort auch nur
ungefähr.

Autor: 900ss D. (900ss)
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Yalu X. schrieb:
> Leitet der Mosfet,
> ist der Strom maximal, dafür aber die Drain-Source-Spannung sehr klein.
> Sperrt er, ist die DS-Spannung maximal (gleich der Versorgungsspannung),
> aber der Strom praktisch null.

Hmmmm, ist ja klar. Ich war nur von der "Vermischung" von ohm'scher und 
induktiver Last irgendwie verwirrt, danke für sie Aufklärung ;-)

Autor: Christian (Gast)
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Hey Leute wie errechne ich mir nun meine Chiptemp. mit dieser 
Verlustleistung... wichtig...

gruß

Autor: Hans D. (race-replica)
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Ich weiß das Thema ist schon älter, dennoch bin ich mir bei der 
Berechnung nicht sicher.

"Die Verlustleisstung beim Schalten ( (P_last * (tr+tf))/T) )"

Wie genau kommt man auf die Gleichung?

Ich kenne die Schaltverluste der MOSFETs nur unter:

P_SW=(E_ON+E_OFF)*f

Wobei man hierbei oft die Energien normieren muss.

blöderweise ist mir jetzt ein MOSFET untergekommen, bei dem keine E_on / 
E_off Energien angegeben sind. Diese müssten sich irgendwie aus der 
Eingangskapazität berechnen - hat jemand eine Idee??

BTW: bei https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Schalt-Verluste
einfacher Ansatz, wieso 1/4? Weil P_max bei U=50%*Unenn und I=50%*Inenn 
ist oder? Bei RDS_on=P_Last - oder allgemein über einen Spannungsteiler, 
wenn die Last bekannt ist, wobei das auch nur bei ohmscher Last gilt 
oder?

Viele Grüße
Hans

Autor: Sascha_ (Gast)
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Christian schrieb:
> nennt man dies Worst- Case?

Wurstkäs Szenario, ja.

Autor: Sascha_ (Gast)
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Hans D. schrieb:

> blöderweise ist mir jetzt ein MOSFET untergekommen, bei dem keine E_on /
> E_off Energien angegeben sind. Diese müssten sich irgendwie aus der
> Eingangskapazität berechnen - hat jemand eine Idee??


E=1/2 *C*U²

Wobei die Kapazitäten auch spannungsabhängig sind, ergo ist das 
strenggenommen ein C(U).

Autor: Alexander (Gast)
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Sascha_ schrieb:
> Hans D. schrieb:
>
> blöderweise ist mir jetzt ein MOSFET untergekommen, bei dem keine E_on /
> E_off Energien angegeben sind. Diese müssten sich irgendwie aus der
> Eingangskapazität berechnen - hat jemand eine Idee??
>
> E=1/2 *C*U²
>
> Wobei die Kapazitäten auch spannungsabhängig sind, ergo ist das
> strenggenommen ein C(U).

Nee, die Gleichung brauchen wir eher nicht, wenn wir die Schaltverluste 
berechnen wollen. Wir brauchen schon die Überlappung von Strom und 
Spannung.

Infineon hat ne app Note dazu geschrieben. Mir fällt der Name allerdings 
nicht ein.

Gruß,

Autor: Alexander (Gast)
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