Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Regelbare Last brennt durch


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von Felix (Gast)


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Ich habe eine einstellbare Last selber aufgebaut. Sie funktioniert 
soweit auch, jedoch brennt mir nach unbestimmter Zeit immer einer der 
beiden MOSFETs durch und wird komplett leitend. Die Schaltung habe ich 
in vereinfachter Form angehangen, der Rest sind nur die 
Spannungversorgung und zusaetzliche Funktionen. Die beiden MOSFETS sind 
vom Typ IRFB4110GPbF 
(http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfb4110gpbf.pdf). 
Beide sind jeweils auf einen eigenen CPU Kuehler montiert, welche im 
Betrieb nie waermer als 40 Grad werden. Der Fehlerfall tritt bei nicht 
genau bestimmbaren Parametern auf, jedoch meinstens, wenn die Spannung 
knapp ueber 10V ist. Stroeme habe ich bis 5A getested, auch im 
Langzeitbetrieb kein Problem, wenn die Spannung nicht zu gross ist.

Habt ihr eine Idee, was hier falsch sein koennte, oder was ich noch 
messen kann?

Danke schonmal! Bye Felix

von Ingo (Gast)


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10V/5A sind 50W. Das kann u.U. schon zu viel sein. Mehr als 40W traue 
ich einem TO-247 nicht zu. Und das auch nur bei aktiver Kühlung.

von Volker S. (sjv)


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Felix schrieb:
> Habt ihr eine Idee, was hier falsch sein koennte, oder was ich noch
> messen kann?

Vielleicht die Parallelschaltung ohne thermische Kopplung oder die 
getrennte Regelung beider Fets. Hast Du mal mit einem Scope das 
Load-Balancing geprüft?

MfG

von Pd G. (pdg)


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Was für eine Quelle treibt denn den Strom?
FETs rauchen gern mal ab, wenn sie Transienten oder negative Spikes 
sehen.

PdG

von M. K. (sylaina)


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Felix schrieb:
> Beide sind jeweils auf einen eigenen CPU Kuehler montiert, welche im
> Betrieb nie waermer als 40 Grad werden.

Klingt erstmal nicht nach einem thermischen Tod. Wo genau misst du aber 
am Kühlkörper? Direkt am FET oder auf der anderen Seite? Wichtig ist 
halt wie heiß der FET wird und nicht wie heiß der Kühlkörper. Man kann 
halt aus der Temperatur des Kühlkörpers auf die Temperatur des FETs 
schließen.

Und wie schaut deine Last aus? Was ich vermisse ist u.a. eine 
Freilaufdiode an den Anschlusspins. Das kann bei induktiven Lasten schon 
ein Problem werden.

von Nico .. (nico123)


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Deine FETs sind nicht gut geeignet für den Linearbetrieb! Schau dir im 
Datenblatt mal die DC-Kurve in der "Maximum Safe Operation Area" (Fig 8. 
Seite 4) an.

von M. K. (sylaina)


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Ins SOA hab ich grad auch rein geschaut. Nico hat es schon angesprochen, 
du bist hier auch scheinbar ziemlich dicht an der DC-Kurve dran, das SOA 
gilt aber dafür, dass das Case auf 25°C gehalten wird. Wird das heißer 
sinken alle Kurven. Durchaus denkbar, dass deine Belastung außerhalb der 
DC-Kurve liegt.

von Pd G. (pdg)


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Nico ... schrieb:
> DC-Kurve in der "Maximum Safe Operation Area"

Nun ja, er liegt gerade noch so drin, würd ich sagen. Solange er bei 10V 
unter knapp 6A liegt, sollte alles OK sein.
Deshalb meine Frage nach der Quelle.

von Pd G. (pdg)


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Michael Köhler schrieb:
> Case auf 25°C

Stimmt. Dann haben wir es doch schon.

von Pd G. (pdg)


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Probier doch mal z.B. den STY112N65M5, mit dem du zumindest mehr Luft im 
SOA hast, siehe Fig 2, Seite 6:
http://www.st.com/web/catalog/sense_power/FM100/CL824/SC1167/SS1866/PF221204

: Bearbeitet durch User
von Armin X. (werweiswas)


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Schau auch mal die Spannung mit dem Oszi an.
Ich hatte mal für einen Kollegen eine einfache Last mit 2 IGBTs gebaut 
die hat bei 8V und 15A übelst zu schwingen begonnen. Ab 35A bis 55A(max 
Strom) war wieder alles in Ordnung.

www

: Bearbeitet durch User
von Felix (Gast)


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Vielen Dank fuer eure vielen Antworten erstmal!
Zu Testzwecken habe ich diese Last bisher nur mit einem Labornetzgeraet 
betrieben. Temperaturmessung habe ich mit einem Infrarot Thermometer an 
dem Kuehler gemessen. Beide Kuehlkoerper werden fast gleich warm. Die 
FETs sind mit Waermeleitpaste gut direkt in die Mitte verschraubt. Die 
Lastverteilung hatte ich einmal geprueft, war gleich, allerdings habe 
ich das nicht kurz vor dem durchbrennen getestet.

Die SOA hatte ich noch nicht beachtet, hatte bisher nur die Absolute 
Maximum Ratings angeschaut. Haette jemand einen besser geeigneten FET im 
TO-220 Gehaeuse zur Hand?

von M. K. (sylaina)


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Pd G. schrieb:
> Probier doch mal z.B. den STY112N65M5, mit dem du zumindest mehr Luft im
> SOA hast, siehe Fig 2, Seite 6:

Sicher? Im SOA ist da keine DC-Kennlinie drin. Laut Datasheet ist er 
eher für Schaltbetrieb gemacht ;)

: Bearbeitet durch User
von A. K. (prx)


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Felix schrieb:
> Haette jemand einen besser geeigneten FET im
> TO-220 Gehaeuse zur Hand?

Einen? Mit TO-220 erscheinen mir 50W DC recht sportlich.

Und wenn ich im Datasheet des STY112N65M5 im TO-247 Gehäuse eine 
Leistung von 625W lese, dann wird mir auch schon ganz warm. ;-)

: Bearbeitet durch User
von Michael K. (Gast)


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Pd G. schrieb:
> er liegt gerade noch so drin

Gerade so am Limit ist bei ziemlich jeden Hersteller schon der sichere 
Tod.

von M. K. (sylaina)


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Michael Knölke schrieb:
> Gerade so am Limit ist bei ziemlich jeden Hersteller schon der sichere
> Tod.

Aber nur weil man im heimischen Bastelkeller nicht bedenkt, dass der 
Hersteller das Gehäuse auf 25°C gehalten hat. Das macht im Bastelkeller 
und vielen Entwicklungsabteilungen schlicht niemand, erst recht nicht im 
fertigen Gerät. Der Aufwand, das Gehäuse des Transistors auf 25°C zu 
halten ist nämlich nicht unerheblich und selten wirtschaftlich sinnvoll.

von Heinz (Gast)


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Super für Lasten (oder besser linearen Betrieb) sind u.A. IRFP140 oder 
IRFP240, ggf. mehrere (mit jeweils eigenem Treiber) parallel. Mit TO220 
wirst du Probleme mit der Wäreabfuhr bekommen, wenn du nicht 10-20 
parallel schaltest. Auch Freilaufdioden und Snubber (sowie TVS/Varistor 
) am Eingang gegen Spikes sind nicht unbedingt optional - deine FETs 
werden es dir danken.

Gegen Schwingen hilft häufig ein Ferrit in verbindung mit dem Gate 
Widerstand. So 60-100Ohm @ 100MHz wäre da super.

Auch solltest du deine 100pF Kompensation ggf bei jedem Treiber 
variieren, damit sich nichts aufschaukelt. So 100pf-1nf z.B.

Was genau sind den deine Rahmenparameter, dann kann man da noch mal mehr 
ins Deteil gehen.

von Udo S. (urschmitt)


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Wenn es unbedingt TO220 sein muss würde ich das noch eher den guten 
alten BUZ11 zutrauen. Der ist aber mit seiner DC-SOA auch schon knapp 
dran (6A/10V)
Alternativ nimm halt bipolare Transistoren.

von MaWin (Gast)


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Felix schrieb:
> Die SOA hatte ich noch nicht beachtet, hatte bisher nur die Absolute
> Maximum Ratings angeschaut.

Na Spitze.

2k15 am 10k Poti ist auch "suboptimal"

Auch wenn alles richtig ist, können parallel geschaltete gleichschnelle 
Regler sich gegenseitig aufschaukeln.

Siehe Ende von

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.22

von Udo S. (urschmitt)


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MaWin schrieb:
> 2k15 am 10k Poti ist auch "suboptimal"

Gar nicht gesehen. Was sollen die beiden Spannungsteiler nach dem Poti? 
Wenn die Potispannung zu hoch ist, dann mache einen Vorwiderstand 
zwischen plus und Poti (rechter Anschlag)

von Heinz (Gast)


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MaWin schrieb:
> Auch wenn alles richtig ist, können parallel geschaltete gleichschnelle
> Regler sich gegenseitig aufschaukeln.

Das meinte ich in meinem Beitrag mit den Kompensationskondensator 
variieren zu lassen ;-)

von Michael K. (Gast)


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Michael Köhler schrieb:
> Aber nur weil man im heimischen Bastelkeller nicht bedenkt, dass der
> Hersteller das Gehäuse auf 25°C gehalten hat.

In meiner alten Firma haben wir einen sehr großen Halbleiterhersteller 
nachgewiesen das die Gold Bonddrähte den Max. Dauerstrom nicht tragen 
konnten. (TO3 aufgesägt)
Hat der nach langer herumzickerei auch eingesehen und eine Sonderserie 
mit dickeren Drähten für uns aufgelegt.
Alle anderen bekommen bis heute die billigeren dünnen Drähte.

Manche Hersteller rechnen die Sicherheitsmarge des Entwicklers in die 
maxiumum ratings mit ein umd besser auszusehen.
Selbst bei erwiesenermassen falschen Angaben erreicht man nicht viel 
ausser einem Rabat bei der nächsten Bestellung.

20% Sicherheitsmarge bei jedem Bauteil solte man sich gönnen.

von A. K. (prx)


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Wenn Hersteller 370W für TO-220 und 625W für TO-247 in die Datasheets 
schreiben, dann ist sowieso schon klar, dass das nicht viel mehr 
Aussagewert hat, als die PMPO-Leistung von Brüllwürfeln.

Ich möchte mal ein realistisches Szenario sehen, mit dem man durch die 
paar mm² relevanter Kontaktfläche eines TO-220/247 Gehäuses 370W/625W 
durchschiebt.

: Bearbeitet durch User
von Ulrich H. (lurchi)


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Passende MOSFETs wäre etwa IRFP450 und ähnliche. Also eher ältere Typen 
für höhere Spannung, und wegen der Kühlung in größerem Gehäuse.

Bei induktiven Quelle sollte ggf. noch eine RC Gleich parallel zu Last, 
also etwa 100 Ohm und 1 µF, denn die Stromregelung durch eine 
Induktivität ist schon eine kritische Regelaufgabe.

Der Test direkt am Labornetzteil ist ggf. auch kritisch, weil sich 
Netzteil und Stromregelung ggf. gegenseitig aufschaukeln können, wenn 
das Netzteil in die Strombegrenzung geht. Da wäre etwas zusätzliche 
Kapazität (nicht low ESR Elko) parallel zum Netzteil ggf. hilfreich. 
Eine perfekte Stromsenke ist ggf. für einige zu schnell eingestellte 
Spannungsregler keine verträgliche Last. Wenn dann die Stromsenke auch 
noch leicht instabil ist, kann die Kombination Labornetzteil+ Stromsenke 
ggf. schwingen, auch wenn beide Teile für sich sonst unauffällig sind.

von A. K. (prx)


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Ulrich H. schrieb:
> Passende MOSFETs wäre etwa IRFP450 und ähnliche.

Gehört der zu jenen Typen, bei denen IRF die DC-SOA vergessen hatte, 
oder ist das auch wieder einer, der nur als Schalter taugt?

von Pd G. (pdg)


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Der IRFP450, übrigens auch in TO-247, war wieder einer für 
Schalteranwendungen. Wäre aber eh schon lange abgekündigt, IR z.B. hat 
den 2007 aus dem Programm genommen.

Ich habe noch einen möglichen Typen in TO-220 bei IXYS gefunden, kurz 
bevor ichs aufgeben wollte - den IXTP80N075L2:
http://ixapps.ixys.com/PartDetails.aspx?pid=9299

Der hat einen DC-SOA von ca 33A bei 10V - jaja, bei idealer Kühlung auf 
25°C, aber die Reserve ist doch schon deutlich größer.

Nur jetzt kommt (hüstel) die spannende Frage, wer das Teil liefern 
kann...?
Hmm, ich habe leider niemanden gefunden, Tante http://www.gidf.de weiß 
auch nix.

von M. K. (sylaina)


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Pd G. schrieb:
> Der hat einen DC-SOA von ca 33A bei 10V - jaja, bei idealer Kühlung auf
> 25°C, aber die Reserve ist doch schon deutlich größer.

Reserve ist immer wichtig. So ~20% bleibe ich immer unter den Kennlinien 
und bin damit bisher immer gut gefahren.

Wenn Felix "nur" 5 A verheizen will bei rund 10 V kann man auch über 
zwei Darlingtons wie den BD677 oder TIP131 (damit hab ich meine 
elektronische Kleinlast (max: 2A, 30V) gebaut) nachdenken.

von mhh (Gast)


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Abgesehen von den Transistoren: Ersetze R15 durch eine Brücke und lasse 
seinen Wert in R13 & R14 mit einfließen. So wie jetzt im Schaltplan oben 
animiert das die Regelung zum schwingen.

von Ulrich H. (lurchi)


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Bei den IRFP450 muss man wohl auf den Hersteller achten: Das reicht von 
SOA power Limited (d.h. für linearbetrieb geeigent) bei Fairchild über 
SOA für DC mit reduzierter Leistung bis hin zu keiner DC Kurve im 
Datenblatt.
Zumindest der etwas größer IRFP460 wird sonst gerne genommen.

TO-247 ist als Gehäuse keine so schlechte Wahl - jedenfalls deutlich 
besser als TO220, und oft angenehmer zu handhaben als TO-3.

von F. F. (foldi)


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Armin M. schrieb:
> Schau auch mal die Spannung mit dem Oszi an.
> Ich hatte mal für einen Kollegen eine einfache Last mit 2 IGBTs gebaut
> die hat bei 8V und 15A übelst zu schwingen begonnen. Ab 35A bis 55A(max
> Strom) war wieder alles in Ordnung.
>
Und der Grund?

von Felix (Gast)


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Um diesem Thread abzuschliessen: ich habe nun zwei IRFP460 verwendet, 
welche mit kleiner Gehaeusemodifikation (Senkkopfschraube) auch in meine 
Anwendung passen. Zudem habe ich noch eine Freilaufdiode und ein RC 
Glied parallel verschaltet und auch die beiden Kondensatoren am FET mit 
unterschiedlichen Werten bestueckt. Bis jetzt funktioniert es wie 
gewuenscht.

Ich moechte mich bei allen fuer die kontruktiven Einbringungen und 
Hilfestellungen bedanken!

von Andrew T. (marsufant)


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Danke für Deine abschließende Rückmeldung!

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