Hallo, ich muss für meine Abschlussarbeit eine Heizung möglichst variabel ansteuern. Ich habe mich für eine PWM-Leistungsstufe entschieden. Da mir Kaufteile zu teuer sind, möchte ich die nötige Endstufe gern selbst entwickeln. Das PWM-Signal kommt von einem uC. Auslegen möchte ich die Schaltung auf 48V und 30A. Die Schaltung findet ihr im Anhang. Ein paar Daten zum verwendeten mosfet: VDSS = 75V, I_D = 209A. Das Datenblatt gibts hier: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfp2907.pdf Ich muss ganz ehrlich sagen, dass mir das ziemlich komisch vormkommt. Ich kann mir einfach nicht vorstelle, dass der mosfet solche ströme ohne weiteres aushält. Noch ein paar anmerkungen zur zeichnung: R1 ist die Heizung v2 simuliert die ansteurerspg vom uC. (0-5V bei ca 100Hz oä) q1 und v3 waren notwendig, weil der m1 bei 5V nicht schaltet. L1 simuliert die Leitungsimpedanz (4m hin und zurück) Die Widerstandswerte sind ehr grob geschätzt Also zu meiner Frage: Denkt ihr das funktioniert so? Kann man etwas verbessern? Wie müsste ich einen Endstörkondensator dimensionieren? Danke für eure Hilfe!
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Was ist das für eine Heizung und was für eine Abschlussarbeit? Wie hoch ist die Schaltfrequenz? Schon mal gerechnet wie lange das Gate zum Umladen braucht bei dem Vorwiderstand? Tipp: Suche mal nach "Gate Treiber" oder "Mosfet Treiber"
Udo Schmitt schrieb: > Was ist das für eine Heizung und was für eine Abschlussarbeit? Da möchte ich noch ergänzen: -Muss diese Heizung unbedingt mit Gleichstrom betrieben werden?
IRF: VDSS = 75V RDS(on) = 4.5mΩ ID = 209A Selbst wenn diese Daten schön sind, könnte der AUFBAU und die Ansteuerung noch interessant werden. Wer zu langsam schaltet erzeugt viel Wärme. Wer steile Impule mag, muß auch die Störungen mögen.
Chris tian schrieb: > Ein paar Daten zum verwendeten mosfet: VDSS = 75V, I_D = 209A. Das > Datenblatt gibts hier: > http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfp2907.pdf > > Ich muss ganz ehrlich sagen, dass mir das ziemlich komisch vormkommt. > Ich kann mir einfach nicht vorstelle, dass der mosfet solche ströme ohne > weiteres aushält. Der Strom gilt für eine Tc=25°C. Ich glaube nicht dass Du das Teil bei 209A auf 25° Gehäusetemperatur halten kannst. Dazu kommt noch die Anmerkung "6" bei dem Stromwert. Diese besagt: "Calculated continuous current based on maximum allowable junction temperature. Package limitation current is 90A."
oszi40 schrieb: > Wer zu langsam schaltet erzeugt viel Wärme. Mein Tipp: beim Testen eine Schutzbrille tragen!
> Ich muss ganz ehrlich sagen, dass mir das ziemlich komisch vormkommt. > Ich kann mir einfach nicht vorstelle, dass der mosfet solche ströme ohne > weiteres aushält. Verluste (Wärme) entsteht im Mosfet insbesondere wärend den Schaltvorgängen. Die obige Angabe bezieht sich auf minimalen Durchlasswiderstand im statischen Zustand wobei die Verlustleistung nicht zu hoch werden darf. Wenn du den Mosfet taktest achte auf eine möglichst niedrige PWM-Frequenz! Umso niedriger umso besser. Und schalte das Gate mit einem speziell dafür vorgesehenen Mosfet-Treiber. Das sind Bausteine die die Gate-Kapazität sehr schnell laden/entladen können. Das ist enorm wichtig! Wenn du das alles beachtest und beim Layout nicht schlampst, sollte das ohne weiteres gehen.
Ergänzend zu meinen Vorrednern: Alles eine Frage der Auslegegung des Kühlkörpers (thermischen Widerstand) aber: Alle Theorie ist grau! Rechne mal (Ids nicht getaktet!): I Drain-Source = 30A Rds on Ug=10V max 4.5mOhm Ptot= 30A 30A 0,0045Ohm = 4,05 Watt Ein kleines Kühlkörperchen mit Rth 10°K/W hält den MOSFET auf ca. (10*4,05)°C + Umgebungstemperatur I ds = 209A (6)Package limitation current is 90A!! Ptot =209A*209A * 0,0045Ohm = 196,5W Rth Kühlkörper = (175°C-25"C) / 196,5W = 0,76°K/W-Rth case-greased surfacer = muss kleiner als 0,45°K/W sein, um den FET nicht zu rösten. mfG GroberKlotz
Hi, vielen Dank für den vielen Input! Ich habe für die Auslegung schon einige Rechnungen angestellt. Ich werde die im Laufe der Woche mal sauber niederschreiben und hier ergänzen. Schnupp schrieb: > PS: Wenn du alles richtig machst wird der Mosfet bei 30A nur lauwarm. Vielen Dank! Na dann muss ich jetzt ja nur noch alles richtig machen ;) Udo Schmitt schrieb: > Was ist das für eine Heizung und was für eine Abschlussarbeit? Eine Bachelorarbeiten. Eine Heizung in einem Auto ... deswegen auch: Frank Xy schrieb: > Muss diese Heizung unbedingt mit Gleichstrom betrieben werden? ja! Nix mit Phasenanschnittsteuerung Also, später mehr. Aber schonmal vielen Dank
Schnupp schrieb: > PS: Wenn du alles richtig machst wird der Mosfet bei 30A nur lauwarm. Bei 4,xxW (ohne Schaltverluste)? Etwas Kühlkörper sollte schon sein. Chris tian schrieb: > q1 und v3 waren notwendig, weil der m1 bei 5V nicht schaltet. Aber R3 = 180 Ohm zur Ansteuerung von Q1 ist etwas niedrig für den µC, daher: Udo Schmitt schrieb: > Tipp: Suche mal nach "Gate Treiber" oder "Mosfet Treiber" Gruß Dietrich
Hi, 30A sind im Modellbau durchaus üblich. Die 48V auch noch fast:) Ich gehe davon aus das du nichts fertiges einkaufen willst/darfst. Aber bevor du zuviel Zeit verballerst könnte es sich lohnen so ein Teil zu kaufen (im Idealfall mit Schaltplan) und sich bei der Dimensionierung und dem Betrieb deiner Bauteile daran zu orientieren. Grüsse Martin
> Bei 4,xxW (ohne Schaltverluste)? Etwas Kühlkörper sollte schon sein.
Kühlkörper würde ich auf jeden Fall spendieren - dann sollte sich der
FET auch nur mäßig erwärmen.
Hallo, ich melde mich mal zurück. Habe jetzt die angestellten Berechnungen in angehängter pdf zusammengefasst. Ich bin dankbar über jede Rückmeldung: . Stimmt das so? . Kann man etwas besser darstellen? . Ist die Quelle der t_r/f sinnvoll angegeben (aus Simulation) ? . Sind weitere Berechnungen sinnvoll? Danke für eure Hilfe Christian
Du solltest noch ein Snubbernetztwerk am Drain platzieren, sonst kann es schnell Spannungsspitzen geben, die deine Freilaufdiode nicht wegfangen kann. Aber Vorsicht, hier entstehen auch hoch erhebliche Verluste, daher den Widerstand gut kühlen. Ingo
Ingo schrieb: > Du solltest noch ein Snubbernetztwerk am Drain platzieren, sonst kann es > schnell Spannungsspitzen geben, die deine Freilaufdiode nicht wegfangen > kann. Vielen Dank für die Antwort. Ich habe da mal ein bisschen recherchiert... falls jemand etwas sucht, das ist eine ganz gute Quelle: http://web.archive.org/web/20070308005801/http://www.ridleyengineering.com/snubber.htm Noch versteh ich aber nicht so ganz, woher diese Spannungspitzen kommen. Die induktiven Einflüsse der Last habe ich ja mit der Freilaufdiode schon abgedeckt, da jede Spannung die hier rückwärts entsteht abgeleitet werden müssten, oder? Schönen Abend, Christian
Der Wert Rds steigt stark an, wenn der Transistor warm wird. Bei einem kleinen Kühlkörper und 175 Grad steigt Rds auf etwa 10 mOhm an. Die Kühlung sollte auch aus diesem Grund etwas überdimensioniert werden.
Ich habe hier einen IRFP4310Z mit einem IR2110 als Treiber in einer ähnlichen Anwendung mit einem Motor als Last (ca. 40-50A) bei 26V und 200Hz. Mit diskret aufgebauten Treibern hatte ich immer so meine Schwierigkeiten. Die Umladeströme für's Gate sind nicht zu verachten. Da kommt dein kleiner BC547 vielleicht nicht mit. Die Versorgung müßtest du natürlich an die Spannung anpassen. Den Gatewiderstad habe ich mit 3 Ohm angesetzt. Damit kann ich noch Radio hören und der Schaltvorgang ist ausreichend schnell. Bis jetzt ist das ganze nur einmal abgeraucht weil beide Zweige der Halbbrücke gleichzeitig angesteuert waren. Da haben die beiden Autobatterien sich mal so richtig ins Zeug gelegt :-)
Pink Shell schrieb: > Der Wert Rds steigt stark an, wenn der Transistor warm wird. Bei einem > kleinen Kühlkörper und 175 Grad steigt Rds auf etwa 10 mOhm an. Die > Kühlung sollte auch aus diesem Grund etwas überdimensioniert werden. Okay .. diesen Effekt hatte ich jetzt noch nicht bedacht. Wie aus meiner Rechnung hervorgeht (falls sie richtig ist) habe ich mit dem gewählten Kühlkörper nur eine Erwärmung von 24°C gegenüber aussentemperatur .. ich denke das reicht, oder? (auch bei den angenommenenen 60°C im automobilbereich) Heiko Bendt schrieb: > Ich habe hier einen IRFP4310Z mit einem IR2110 als Treiber in einer > ähnlichen Anwendung mit einem Motor als Last (ca. 40-50A) bei 26V und > 200Hz. Mit diskret aufgebauten Treibern hatte ich immer so meine > Schwierigkeiten. Das hört sich doch gut an. Ich hatte bisher den Treiber immer diskret aufbaun wollen, weil ich da sozusagen ehr reinschauen und -messen kann. Falls das nicht funktioniert, werde ich mir fertige Treiber vielleicht aber auch mal ansehen. Wegen dem zu hohen Umladestrom hatte ich den Gatewiderstand ja relativ hoch gewählt. Kann mir jemand sagen, wie genau ich den fließenden Strom beim Umladen errechnen könnte? Ich kann mit den im Datenblatt angegebenen Werten mit Ciss usw. nicht so richtig was anfangen.
Chris tian schrieb: > Kann mir jemand sagen, wie genau ich den fließenden Strom beim Umladen > errechnen könnte? Zunächst mußt du mal festlegen, wie hoch die V3 / VG werden soll. 5V sind, wie du selbst schreibst, zuwenig, oder zu hart an der Grenze siehe Fig.1 im Datenblatt des IRFP2907, ab ca. 6,5V bist du auf der sicheren Seite Mal angenommen, als Beispiel,du nimmst 10V für VG (dann ist der Ron noch etwas niedriger als bei 6,5V) Die Gate-Kapazität wird über R2 u R4 also auf 10V aufgeladen. gemächlich, ist aber bei 200 Hz PWM machbar. (lass dich nicht verrückt machen von Leuten, die so tun, als würdest du mit 200 kHz schalten) Nun zu deiner Frage: Zum Abschalten des MOSFET muss die Gate-Kapazität wieder entladen werden. Passiert zZt gemächlich über 50Ohm und den 100mA-schwachen BC547 10V / 50 Ohm sind ? Warum nicht für 2 cent mehr einen BC368 oder BC635 nehmen, die machen locker 1A Jetzt kannst du den R4 auf 10 Ohm verkleinern und schaltest mindestens 5 mal schneller ab. In der nächsten Folge hab ich dann eine schöne Idee für dich, wie du den MOSFET mit 2 kleinen Transistoren mehr richtig schnell und professionell ansteuern kannst. Stichwort: Komplementär-Emitterfolger
Vielleicht denke ich ja etwas naiv, schließlich betreibe ich das nur als Hobby. Ziel ist es doch den FET möglichst schnell aufzusteuern, damit der RDSon möglichst schnell möglichst klein wird. Schließlich will er die Energie ja an seinen Heizdraht und nicht an den Kühlkörper. Bei 40A werden die Verluste in der Umschaltphase schon beachtlich sein. Warum soll soetwas diskret aufbauen, wenn es das für 1,50€ fertig und optimiert in einen DIL-8 Gehäuse gibt. Spannungsversorgung, ein paar keramische Stützkondensatoren dazu und ich habe alles auf kleinem Raum fertig und wenig Probleme mit der Stromführung. Getrennte GND gibts auch dazu.Bei 15V schalten die meisten Fets sehr gut durch und ich habe Reserve nach oben, den Gatewiderstand für die EMV, vielleicht die Version mit der Diode, damit das Gate schnell geladen wird. Als Treiber vielleicht den IR2112 (ich hoffe das ist der richtige, ich habe das nur schnell überflogen). Ich habe nichts gegen diskret, aber warum soll ich mir die Arbeit machen. das werden doch ein paar mehr Bauteile, wenn ich es richtig machen möchte.
Hallo, ich kenne nicht die genauen Anforderungen an die Heizung, ich halte 200Hz PWM Frequenz für zu hoch. Jeder Schaltvorgang bringt zusätzlich Verluste und Störungen, somit würde ich die Schaltfrequenz so niedrig wie möglich halten. Weiter sind thermische Bauteile wie Heizungen extrem träge für Elektronikverhältnisse. Ich würde maximal 1Hz wählen, eher noch weniger. Damit bist du dann nämlich auch aus einem kritischen Störbereich raus, da 1Hz keiner mehr hört, 200Hz im Gegenzug kann man hervorragend hören und ein Stromkabel mit 30A Stromfluss hat auch nicht ganz so viel Probleme das z.B. an ein Lautsprecherkabel oder ähnliches weiter zu geben. Wenn du die Frequenzfrage wissenschaftlich angehen willst könntest du einfach die Reaktionszeit der Heizung messen und dann die nötige PWM Frequenz für deine Temperaturvorgabe ausrechnen. Zum vermessen: Einfach Nennleistung an die Heizung anlegen und ein paar Datenpunkte (Temperatur als Funktion der Zeit) aufnehmen, Exponentialfunktion fitten, Zeitkonstante bestimmen. Rechnerisch kannst du die Heizung dann wie ein Kondensator behandeln (Temperatur->Spannung). Würde mich nicht wundern, wenn alle 5-10s Schalten reichen würde. Gruß Kai
Heiko Bendt schrieb: > Als Treiber > vielleicht den IR2112 Nö, brauchst du nicht. Der IR2110/2112 hat noch einen Highside Treiber mit Ladungspumpe, der hier unbenutzt rumhängen würde. Ein einfacher LowSide Treiber ist hier völlig ausreichend, wenn der Mosfet nur sicher deutlich über seiner Gate Threshold Spannung angesteuert wird. 12 Volt z.B. dürften ausreichen.
Dann habe ich mich vertan mit dem 2112. Ich schrieb ja auch von einem DIL-8. Jedenfalls braucht der TO nicht mehr als 8 Pins und ist ohne den ganzen diskreten Kleinkram drumherum wahrscheinlich am Ziel. Den MCP1407 habe mich mir auch schon bestellt, denn der ist ja doch noch etwas günstiger als die IR2xxx -Serie. Ausprobiert habe ich ihn allerdings noch nicht. Ungetestet möchte ich es dann auch nicht empfehlen. Mich würde mal interesieren, wie er die Spannungsversorgung aus den 48V löst. Die meisten fertigen Lösungen hören ja bei 35V auf.
Chris tian schrieb: > Warum will sich jetzt auf ein Mal keiner mehr äußern? Eventuell deswegen, weil eine Bachelorarbeit von einem selbst durchzuführen ist.
ergw54zh schrieb: > Chris tian schrieb: >> Warum will sich jetzt auf ein Mal keiner mehr äußern? > > Eventuell deswegen, weil eine Bachelorarbeit von einem > selbst durchzuführen ist. Entschuldigung, aber diese Äußerung finde ich nicht sehr gerechtfertigt. ich hole mir ja nur einen Rat. das ist durchaus legitim. Außerdem ist das nur ein kleines Randthema der Arbeit. Ich verlange ja nicht, dass ihr sie für mich schreibt. Sorry, aber ich musste mich mal kurz rechtfertigen ... Ich finde solche Kommentare scheiße und dann auch noch anonym, lieber ergwhz... .............................................. An alle anderen: Hab die Schaltung heute mal aufgebaut, wie zu Beginn dargestellt. und sie funktioniert hervorragend! schönen Abend, Christian
Chris tian schrieb: > ergw54zh schrieb: >> Chris tian schrieb: >>> Warum will sich jetzt auf ein Mal keiner mehr äußern? >> >> Eventuell deswegen, weil eine Bachelorarbeit von einem >> selbst durchzuführen ist. > > Entschuldigung, aber diese Äußerung finde ich nicht sehr gerechtfertigt. Ich schon. Am Anfang jeder wissenschaftlichen Arbeit steht zum Beispiel ---- Hiermit versichere ich an Eides statt und durch meine Unterschrift, dass die vorliegende Arbeit von mir selbstständig, ohne fremde Hilfe angefertigt worden ist. Inhalte und Passagen, die aus fremden Quellen stammen und direkt oder indirekt übernommen worden sind, wurden als solche kenntlich gemacht. Ferner versichere ich, dass ich keine andere, außer der im Literaturverzeichnis angegebenen Literatur verwendet habe. Diese Versicherung bezieht sich sowohl auf Textinhalte sowie alle enthaltenden Abbildungen, Skizzen und Tabellen. Die Arbeit wurde bisher keiner Prüfungsbehörde vorgelegt und auch noch nicht veröffentlicht. Stadt, Datum Unterschrift (eigenhändig zu ergänzen) ---- > Sorry, aber ich musste mich mal kurz rechtfertigen ... Ich finde solche > Kommentare scheiße und dann auch noch anonym, lieber ergwhz... Und du bist nicht anonym? Ahja.
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