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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verlustleistungsberechnung Mosfet


Autor: Christian (Gast)
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Hallo liebe Forengemeinde,

ich habe eine Frage zur Verlustleistungsberechnung (Umschaltverluste) 
beim Mosfet. Im Anhang befinden sich Strom- und Spannungsverläufe beim 
Mosfet. Darunter ist die Momentanleistung geplottet.

LTSpice rechnet nun den Mittelwert der Umschaltverluste aus. Wegen der 
positiven und negativen Flächen wird die berechnete Verlustleistung fast 
null.

Mein Gefühl sagt mir, dass auch die negative Leistungs-Zeit-Fläche 
sehrwohl einen Beitrag zur umgesetzten Leistung liefert. Damit meine ich 
Betrag bilden, Mittelwert bilden und beide "Flächen" addieren.

Im einen Fall (LTSpice Berechnung) ist die Verlustleistung 150mW und im 
andern Fall (mit meiner Überlegung) fast 4 Watt.

Was stimmt nun? Vielen Dank für eure Hilfe. Gruß Christian

: Verschoben durch Admin
Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Poste doch mal deine Schaltung (die *.asc-Datei)...

Autor: Marko B. (glagnar)
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Rechtsklick auf deinen Ix(...) Ausdruck, und noch ein abs() drumrum 
machen ...

Dann CTRL gedrueckt halten und auf den neuen Ausdruck klicken.

Autor: Christian (Gast)
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Marko B. schrieb:
> Rechtsklick auf deinen Ix(...) Ausdruck, und noch ein abs() drumrum
> machen ...
>
> Dann CTRL gedrueckt halten und auf den neuen Ausdruck klicken.

Hallo, danke für die kleine "Anleitung". Mir geht es um die 
Beantwortung, was nun richtig ist und was nicht. Dennoch danke.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Hallo,

poste doch mal die *.asc Datei.

Die negative Leistung des Mosfet beim Einschalten kommt hier durch den 
neg. Strom I_Drain zustande.
Dies ist der Gatestrom der über die Kapazitäten zum Drain herausfließt.

Je nachdem wie der Rest der Schaltung aussieht musst du diese Leistung 
als Verlustleistung betrachten oder kannst sie von den Verlusten 
abziehen.

Bei deiner ganzen Rechnung fallen allerdings die Verluste im Treiber 
komplett unter den Tisch.

mfg
Alexander Schmidt

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Autor: Jens G. (jensig)
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ich verstehe noch nicht, wie du auf 4W kommst. Denn z.B. der Peak unten 
rechts entsteht aus nur rund 13mA und 33V. Macht so rund 400mW (im 
Mittel 200mW). Die anderen Peaks sind zwar etwas heftiger, aber auch 
wesentlich kürzer. Wenn man das also nur auf die Umschaltzeiten mittelt, 
könnten schon die 150mW herauskommen (gemittelt über die gesamte Periode 
ist das aber noch weit niedriger)

Autor: Christian (Gast)
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Alexander Schmidt schrieb:
> Hallo,
>
> poste doch mal die *.asc Datei.
>
> Die negative Leistung des Mosfet beim Einschalten kommt hier durch den
> neg. Strom I_Drain zustande.
> Dies ist der Gatestrom der über die Kapazitäten zum Drain herausfließt.
>
> Je nachdem wie der Rest der Schaltung aussieht musst du diese Leistung
> als Verlustleistung betrachten oder kannst sie von den Verlusten
> abziehen.
>
> Bei deiner ganzen Rechnung fallen allerdings die Verluste im Treiber
> komplett unter den Tisch.
>
> mfg
> Alexander Schmidt

Hallo,

mMn kommt die negative Leistung durch den negativen Strom bei der 
Kommutierung auf den high side Fet zustande. Ich finde, dass diese 
negative Leistung auch einen Betrag zur Erwärmung des Bauteils liefert. 
Oder? Die Treiberverluste habe ich gewollt für diese Betrachtung 
ignoriert.

Autor: Christian (Gast)
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Link Leider tot...

Autor: Christian (Gast)
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Jens G. schrieb:
> ich verstehe noch nicht, wie du auf 4W kommst. Denn z.B. der Peak unten
> rechts entsteht aus nur rund 13mA und 33V. Macht so rund 400mW (im
> Mittel 200mW). Die anderen Peaks sind zwar etwas heftiger, aber auch
> wesentlich kürzer. Wenn man das also nur auf die Umschaltzeiten mittelt,
> könnten schon die 150mW herauskommen (gemittelt über die gesamte Periode
> ist das aber noch weit niedriger)

Hallo,

hab mich bei der Rechnung vertan..hab aber den Wert nicht im Kopf. Aber: 
er liegt deutlich über dem arithmetischen Mittelwert, den LTSpice 
berechnet. Danke.

Autor: Jens G. (jensig)
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Na dann rechne Du doch mal vor, wie Du auf einen wesentlich höheren Wert 
kommst.
Daß ltspice auch nur 150mW kommt, liegt mit Sicherheit nicht daran, daß 
sich pos. und neg. Leistung aufheben (deren Beträge addieren sich hier 
trotzdem, wenn es um Verlustleistung geht)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Negative Leistungen entstehen, wenn Energien, die in Kapazitäten
gespeichert sind, wieder abgegeben werden. Da für das Aufladen (positive
Leistung) und Entladen (negative Leistung) einer Kapazität keine
Leistung in Wärme umgesetzt wird, ist es vollkommen richtig, den
Mittelwert über die vorzeichenbehaftete Leistung und nicht über deren
Betrag zu bilden, wenn es darum geht, die Verlustleistung im Mosfet
selbst zu bestimmen.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Christian schrieb:
>> poste doch mal die *.asc Datei.
> mMn kommt die negative Leistung durch den negativen Strom bei der
> Kommutierung auf den high side Fet zustande.

Woher soll irgendjemand hier wissen, dass du eine Halbbrücke hast, wenn 
du uns den Schaltplan vorenthältst. Evtl. hängen da noch Spulen und 
Kondensatoren dran, dann wirds erst richtig lustig.

Autor: Christian (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Na dann rechne Du doch mal vor, wie Du auf einen wesentlich höheren Wert
>
> kommst.
>
> Daß ltspice auch nur 150mW kommt, liegt mit Sicherheit nicht daran, daß
>
> sich pos. und neg. Leistung aufheben (deren Beträge addieren sich hier
>
> trotzdem, wenn es um Verlustleistung geht)

Hallo,

zur Leistungsberechnung.

Simulation: gemittelte Leistung mit LTSpice: 1,15mW

Simulation: gemittelte Leistung mit Betragsbildung durch abs(p(t)) mit 
LTSpice: 4,45mW

Die händische Berechnung habe ich über die Energien gemacht: "linkes, 
positives Intervall" 1,91mW (gemittelt über die Periodendauer). "rechtes 
negatives Intervall" -1.89mW.

Addiere ich nun die Leistungen vorzeichenrichtig so kommt in etwa 0mW 
heraus. Addiere ich nun die Beträge, so kommt fast 4mW heraus.

Simulation und Rechnung stimmen recht gut überein. Es geht hier um das 
Verständnis.

Jens G. schrieb:
> Daß ltspice auch nur 150mW kommt, liegt mit Sicherheit nicht daran, daß
>
> sich pos. und neg. Leistung aufheben (deren Beträge addieren sich hier
>
> trotzdem, wenn es um Verlustleistung geht)

Offentsichtlich heben sie sich doch auf?!?

Alexander Schmidt schrieb:
> Woher soll irgendjemand hier wissen, dass du eine Halbbrücke hast, wenn
>
> du uns den Schaltplan vorenthältst. Evtl. hängen da noch Spulen und
>
> Kondensatoren dran, dann wirds erst richtig lustig.

Hallo, ja es handelt sich um ein Halbbrücke mit nachgeschaltetem LC 
Filter mit Lastwiderstand. Die Signalverläufe vom Anfang sind der 
Drainstrom und UDS des High-Side-Fets.

Bisjetzt danke für alle eure Beiträge!

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