mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hohe Erwärmung des MOSFETs bei PWM Ansteuerung


Autor: opillio (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich habe ein kleines Problem bei der elektronischen Schaltung im
Anhang.
Ich möchte die Aufladung eines Kondensators beeinflussen. Falls der der
Kondensator geladen werden soll, möchte ich über PWM-Taktung des MOSFETs
Energie in den Kondensator laden. Über die Diode kann jeder Zeit Energie
dem Kondensator entnommen werden. Der Widerstand im Drain Zweig, soll
den Ladestrom begrenzen.

Das Problem ist nun, dass sich bei der Ansteuerung der MOSFET extrem
aufheizt. Der Spannungsabfall über Drain-Source scheint scheinbar zu
groß zu sein. Ich weis aber einfach nicht woran das liegen kann. Könnte
mir jemand bitte hierbei helfen?

Viele Dank und viele Grüße

opillio

Autor: Christian G. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

wie wärs mit ein paar kleinen Details?
 - Frequenz der PWM
 - welcher MOSFET, wegen R_DS
 - Kapazität Kondensator

ohne die Details kann man nur raten, um diese Uhrzeit sowieso.

Grüße,
Christian G.

Autor: opillio (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja gerne!
Frequenz: 5 kHZ
Kapazität: 6,5 F (Epcos Ultracaps)
R_DS: 5,3 mOhm (IRF1405)

Zurzeit steuer ich die PWM nur so an, dass es 80% High ist.

Hätte ich auch gleich angeben können... ;-)
Gruß

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vorausgesetzt, dass Dein Schaltplan korrekt ist:

Du hast einen N-Kanal-Mosfet als Source-Folger geschaltet. Wenn der
Kondensator leer ist, und Du das Gate auf (maximal) 20 Volt legst, ist
erst mal alles in Ordnung. Der Source des Mosfets liegt über den
Kodensator auf Masse, und es beginnt ein Strom über den Widerstand und
über die Drain-Source-Strecke des Mosfets in den Kondensator zu
fließen. Der Kondensator beginnt sich aufzuladen. Da der Kondensator
sich aber immer mehr auflädt, wird natürlich seine Ladespannung immer
größer. Als Folge davon steigt die Spannung am Source des Mosfets an.
Wenn aber die Spannung am Source größer wird, wird ja logischerweise
die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source kleiner. Je kleiner
diese Gate-Source-Spannung wird, desto mehr wird der Mosfet zum
Widerstand. Und an einem Widerstand fällt bei einem Strom natürlich
Spannung ab. Und Spannung * Strom ist Leistung. Und Leistung macht
warm...

Das ist der Grund.

Lösungsvorschlag:

Du musst in Deiner Schaltung den N-Kanal-Mosfet durch einen
P-Kanal-Mosfet ersetzen. Der Source von P-Kanal-Mosfet kommt an die 40
Volt, und an das Drain kommt der Widerstand und dann geht es an den
Kondensator.
Die Ansteuerung musst Du auch ändern: Wenn der Mosfet aus sein soll,
müssen am Gate die 40 Volt anliegen, und wenn er an sein soll, muss am
Gate 10 Volt weniger als am Source anliegen, in Deinem Fall also 30
Volt.

Was soll das ganze eigentlich geben? Doch nicht hoffentlich irgendeine
Art "Schalt"-Netzteil? Wenn ja, das gibt so nix.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mosfet Gate und 40V = geht nicht (zumindest bei gängigen Typen ist Ugs
auf 20V beschränkt).
Außerdem stimmt das nich so ganz @ Unbekannter. Man steurt mit der
Gatespannung den Source-Drainstrom

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Simon,

bitte ankreuzen:

( ) Du kennst den Unterschied zwischen N-Kanal und P-Kanal
( ) Du hast keinen blassen Schimmer

Um genau zu sein:

a.) Ein P-Kanal-Mosfet ist bei einer Gate-Source-Spannung von 0 Volt
geschlossen, und bei einer Gate-Source-Spannung von üblicherweise -10
Volt geöffnet. (Und wo habe ich geschrieben, soll opillio das Source
vom P-Kanal-Mosfet ranhängen? Und was für Spannung müssen dann am Gate
anliegen? Was gibt 40 Volt - 0 Volt? Und was gibt 40 Volt - 10 Volt? Na
dämmert's?)

b.) Mit der Gate-Source-Spannung steurt man beim Mosfet den
Drain-Strom. Der Drainstrom ist bei einem N-Kanal-Mosfet positiv, und
bei einem P-Kanal-Mosfet negativ. (Na, und wie fliesst dann der Strom,
wenn in den Drain eines P-Kanal-Mosfets ein negativer Strom
reinfliesst? Na dämmert's auch hier?)

Autor: opillio (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Unbekannter,

ich danke dir vielmals für deine sehr hilfreiche Antwort.

Mir ist jedoch leider noch nicht ganz klar wie die Ansteuerung des Fets
so realisieren kann.

Nein, es soll kein Schaltnetzteil werden!
Der Kondensator liegt parallel mit einer Brennstoffzelle. Durch das
Verhalten der BZ kann der Kondensator minimal bis ca. 24 V entladen
werden. Damit ich mehr Energie aus dem Kondensator entnehmen kann, habe
ich einen Aufwärtswandler gebaut, der den Kondensator weiter entladen
kann. Damit aber in dieser Zeit keine Ladung in den Kondensator geht
brauche ich den MOSFET. Ich möchte also den Fet nutzen um zu sagen,
wann der C geladen werden darf.

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also, die 40 Volt können in Wirklichkeit 24 Volt bis 40 Volt sein? Und
wie groß ist denn das Steuersignal von der PWM?

Autor: opillio (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist korrekt.
Das PWM aus dem Controller hat 5 V (High-Pegel). Durch eine kleine
Transistorstufe erhöhe diese auf 20 V.

Könnte ich nicht einfach den Fet und die Diode an den negativen Ausgang
des Kondensators hängen?

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wieviel Milliampere könntest Du von den 24 bis 40 Volt für die
Pegelwandlung denn verbraten?

Wenn man da, sagen wir mal 50 mA abzwacken könnte, könnte man den Pegel
mit einem Transitor und zwei, besser drei Widerstände wandeln. Das
müsste dann auch mit den 4 kHz gehen. Aber nicht viel mehr.

Schaltung wäre so:


        P-Kanal-Mosfet-Gate
                |
24/40V o---R1---*---R2---T1_Kolletor   T1_Emitter---R3---o GND
                                 T1_Basis
                                    |
                                    |
                                    O
                                PWM-Signal (5V)

R1 = 220 Ohm / 0,5 Watt
R2 = 180 Ohm / 1 Watt
R3 = 100 Ohm / 0,25 Watt
T1 muß auch gut gekühlt werden.

Ansonsten eben die Widerstände größer machen, und nochmals zwei
Transitoren als Gegentaktendstuffe vor's Gate machen. Vielleicht kann
man die Sache auch so eine Nummer hochomiger (470, 330, 220) machen,
dann würden sich die Verluste halbieren. Aber ob's dann noch mit 4 kHz
geht? Berechnen, simulieren oder ausprobieren...

Autor: Stefan (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Unbekannter,

vielen vielen Dank. Hört sich echt gut an! Du hast mir erst einmal sehr
weitergeholfen!

Ich habe im Prinzip 10 A, mit den ich die Kondensatoren laden möchte.
50 mA kann ich also ohne Probleme verbraten.
Ich werde die Schaltung so ausprobieren und dann berichten, ob es so
geht...

Danke noch mal und schöne Grüße

opillio

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ach, sehe gerade: Für R2 reicht natürlich auch ein 0,5 Watt Widerstand.
Habe da gestern Abend wohl nicht mehr so genau aufgepasst...

Aber T1 muss wirklich gut gekühlt werden, bei 40 Volt entsteht an dem
knapp 0,8 Watt Verlustleistung... Das darf also kein kleiner BC547 oder
sowas sein...
Ein  BC637 würde gerade noch so gehen, wenn die Umgebung nicht wärmer
als 25°C wird. Also hart an der Grenze. Es sei denn, die PWM geht nie
auf 100%, oder nicht für sehr lange Zeit.
Naja, am Besten doch ein Transistor in einem anderem Gehäuse wählen,
TO-92 ist bei dieser Leistung einfach an der Grenze...

Autor: Stefan (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die PWM ist zwar auf 80% begrenzt, aber man sollte die Grenze des
Transistors vielleicht nicht voll ausreitzen...
Ich werde mich mal nach einem umschauen, ich denke ein T0-3 Gehäuse
macht hier sinn.
Du kennst nicht zufällig die Bezeichnung von einem in dieser
Größeordnung?

Autor: opillio (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Unbekannter,

wollte noch kurzes feedback geben. Die Schaltung funktioniert einsA.
Danke, du hast mir sehr weitergeholfen. Ich könnte dich glatt als Engel
bezeichnen.

Gruß
opillio

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gut. Vielen Dank für die Blumen. Und: Keine Ursache. ;-)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
40Volt aufs Gate gibt Stress (!) 24V auch wofür R2 und R3 ?

Autor: Rahul (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
das ist dem P-Kanal-MOSFET ziemlich egal, solange UGS nicht zu groß
wird.
Mit den Widerständen kann UGS aber maximal 17,6V (?) groß werden bei
40V Versorgung, sofern T1 komplett durchschaltet - ist bei
Spannungsteilern meistens so...

Bei R3 würde ich sagen, dass man durch die Anordnung im Emitter-Strang
etwas weniger Leistung über ihn verbrät.

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Simon:

ich habe Dir weiter oben schon mal nahegelegt, dass Du Dir den
Unterschied zwischen P-Kanal und N-Kanal aneignen solltest.

@Rahul:

Naja, Du bist zwar mit dem Verstehen auf dem richtigen Weg, aber noch
nicht ganz.

@Alle:

Nun werde ich auch den Level-Shifter erklären, also bitte gut
aufpassen:

a.) T1 (NPN) und R3 bilden eine Konstantstrom-Senke

Wenn an der Basis von T1 5 Volt anliegen, liegt am Emitter von T1 4,3
Volt an, nämlich wegen dem Spannungsabfall der Basis-Emitter-Strecke
von 0,7 Volt.

Wenn nun aber am Emitter vom T1 4,3 Volt anliegen, liegt diese Spannung
auch an R3 an. Also fließt durch R3 ein Strom. Und zwar 4,3 Volt / 100
Ohm = 43 mA.

Wenn durch R3 aber 43 mA fließen, kommen diese 43 mA auch aus dem
Emitter von T1 raus. Und da T1 nicht zaubern kann, und unter
Vernachlässigung des kleinen Basis-Stroms, müssen die 43 mA auch in den
Kollektor von T1 reinfließen.

Also: Die Kombination T1/R3 sorgt dafür, dass sobald an der Basis vom
T1 5 Volt anliegen, der Transistor T1 alles macht, um 43 mA in den
Kollektor zu saugen.

Diese Schaltung nennt man eine Konstantstrom-Senke. "Senke" deshalb,
weil sie Strom haben will und nicht liefern will, im Gegensatz zu einer
Konstantrom-Quelle.

b.) In den Kollektor von T1 fliessen 43 mA rein, wie wir nun wissen.

Diese 43 mA müssen aber irgendwo her kommen. Und die 43 mA fließen über
R1 und R2.

Und was passiert, wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt?
Richtig. Es fällt eine Spannung ab. Und zwar U = R * I.

Das wären dann für R1: U1 = 220 Ohm * 43 mA = 9,5 Volt (gerundet).

Und für R2: U2 = 180 Ohm * 43 mA = 7,7 Volt (gerundet)

c.) Und was haben wir nun zusammen:

U1 + U2 + U3 = 9,5 + 7,7 + 4,3 = 21,5 Volt.

Bei 24 Volt fällt an Kollektor-Emitter von T1 ab:
 24 - 21,5 = 2,5 Volt  /  P = U * I = 2,5 Volt * 43 mA = 0,22 Watt

Und wenn wir 40 Volt haben, vernichtet T1:
 40 - 21,5 = 18,5 Volt /  P = U * I = 18,5 Volt * 43 mA = 0,8 Watt


Fazit:

Bitte auch mal andere Beiträge genau lesen, und nicht immer blind das
gleiche widerholen. Es besteht immer die Möglichkeit, dass es jemanden
gibt, der ein bischen mehr Ahnung hat als man selbst!

Wer etwas lernen will, googelt also nach "Grundlagen
Konstantstromquelle" und "Konstantstromsenke".

So. Ich habe kein Problem mit Anfängern und auch kein Problem damit,
alles haarklein zu erklären. Was ich aber nicht leiden kann, ist
Fakten- und Lese-Resistenz!

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.