IRF3205 als Schalter wird heiß

[R. H. (breezer)]

Hallo,

da die Leistungstreiber auf meinem Ramps 1.4 Board (3D-Drucker) nichts 
taugen und zu heiß werden wollte ich zur Ansteuerung des Heizbettes 
einen externen Leistungstreiber einbauen.
Das Heizbett wird ganz primitiv über eine Zweipunktregelung geregelt, 
also nur "on/off".
Als Mosfet habe ich hierzu einen IRF3205 verwendet, welcher laut 
Datenblatt bis zu 110A schalten kann.

Meine Schaltung funktioniert soweit, nur wird der Mosfet innerhalb von 
Sekunden doch sehr heiß, was ich bei dieser Last nicht erwartet hätte 
(ca. 10A bei 12V).

Nach meinen Messungen fallen am Mosfet ca 0,4V ab, was mit den im 
Datenblatt beschriebenen RDDSon von 8mOhm nicht zusammenpasst.

Testweise habe ich am Gate auch mal direkt 12V angelegt mit dem gleichen 
Ergebnis.

Hat jemand eine Idee was ich falsch mache?

MfG

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

R. H. schrieb:
> Hat jemand eine Idee was ich falsch mache?
Abgesehen davon, dass der R1 ein wenig hochohmig ist, ist die 
Schaltung an sich unauffällig. Zeig doch mal ein Foto von deinem 
Aufbau...

[Nikolai H. (Gast)]

Wie stabil sind die 12V? Wenn die Last ebenfalls an 12V liegt und diese 
dann auf z.B. 9V "einknickt", dann hast du am Gate des MOSFETs ebenfalls 
nur noch 9V, was dazu führt, dass er nicht mehr so schön durchsteuert.
Mit welcher Frequenz wird der MOSFET geschaltet?
R1 würde ich eher mit 1k oder 470 Ohm dimensionieren.

[R. H. (breezer)]

Also die Spannung "knickt" bei eingeschaltetem Heizbett auf ca 11,9V vor 
dem Mosfet ein, nach dem Mosfet messe ich dann noch ca 11,5V.
Der Mosfet wird mehr oder weniger statisch betrieben, die Regelung macht 
ca. alle 5-10 sek. mal an und mal aus.
Wie gesagt habe ich testweise auch mal 12V direkt ans Gate gelegt mit 
dem gleichen Ergebnis, dabei hätte er doch sein minimales RDSon 
erreichen müssen...

[Nikolai H. (Gast)]

Bitte ein Bild von der Verdrahtung/Aufbau posten!
Beim T1 vermisse ich noch den Basis-Widerstand.

[Migelchen (Gast)]

Schau dir mal die Threshold-Spannung des MOSFETs an und vergleich sie 
mit der Spannung, die du am Gate zum Schalten anlegst.

Meine Theorie ist einfach, dass du den MOSFET im Linearbereich 
betreibst, weil eventuell dein BJT ebenfalls nicht in Gänze 
durchsteuert.

Gruß

Migelchen

[R. H. (breezer)]

@ Nikolai H.: der Basiswiderstand ist doch vorhanden (4,7K) die 
Steuerleitung wird dann zum Anschalten von der original verbauten 
Treiberstufe auf Masse gezogen.

Um es gleich zu sagen, die Schaltung sieht gruselig aus (Lochraster). Da 
ich meinem Aufbau auch nicht vertraut habe, habe ich einfach mal einen 
weiteren IRF3205 direkt an die Kabel gelötet mit Gate auf 12V, leider 
mit dem gleichen Ergebnis. Der Mosfet erwärmt sich innerhalb von 
Sekunden sehr stark.

[Achim S. (Gast)]

R. H. schrieb:
> habe ich einfach mal einen
> weiteren IRF3205 direkt an die Kabel gelötet mit Gate auf 12V, leider
> mit dem gelichen Ergebnis. Der Mosfet erwärmt sich innerhalb von
> Sekunden sehr stark.

Misst du die Gatespannung wirklich mit Bezug auf die Source oder mit 
Bezug auf "irgendeine" Masse (die gegenüber der Sourcespannung 
verschoben sein kann)?

10A an 8mOhm bedeuten immerhin 0,8W. Das heizt den FET schon auf. Meinst 
du mit "erwärmt sich sehr stark" dass er nach wenigen Sekunden kurz vor 
dem Verdampfen ist (dann wäre was faul). Oder meinst du, dass er spürbar 
warm wird (das kann hinkommen).

Möglichkeiten, was faul sein kann:
- irgendwas ist falsch angeschlossen
- der Strom ist größer als gedacht
- du hast einen Fake-IRF3205 erwischt, der einen wesentlich größeren 
R_DS hat

[R. H. (breezer)]

Also mein Massebezug war dierkt am Netzteil, evtl. sollte ich dann 
nochmal direkt zur Source-Masse messen.

Also mit warm meine ich das ich den Fet nach ein paar Sekunden los 
lassen muss um mir nicht eine Brandblase am Daumen zu holen.

Der maximale Strom kann nicht größer als 15A sein, da ich in meiner 
Schaltung eine 15A KFZ-Sicherung eingebaut habe...

Das mit dem Fake ist mir auch schon in den Sinn gekommen, die Dinger 
habe ich mal bei ebay bestellt. Ich habe es aber nicht für möglich 
gehalten, dass es von sowas Fakes gibt...

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

R. H. schrieb:
> Also mein Massebezug war dierkt am Netzteil, evtl. sollte ich dann
> nochmal direkt zur Source-Masse messen.
Und wenn vom Netzteil bis zur Source dann 0,3V der 0,4V abfallen, dann 
ist wieder alles im grünen Bereich.

> Der maximale Strom kann nicht größer als 15A sein, da ich in meiner
> Schaltung eine 15A KFZ-Sicherung eingebaut habe...
Diese Sicherung hält auf Dauer und unter allen Umständen 15A aus. Mit 
ein wenig Glück hält die auch für geraume Zeit 25A oder auf Dauer 20A 
aus. Siehe z.B. die hier:
http://www.littelfuse.com/~/media/automotive/datasheets/fuses/passenger-car-and-commercial-vehicle/blade-fuses/littelfuse_atof_datasheet.pdf?__hstc=139682476.019b4aafd63dd5dd9fe8d1d62e787f9b.1460620946310.1460620946310.1460620946310.1&__hssc=139682476.1.1460620946311&__hsfp=3405862975

[S R (Gast)]

R. H. schrieb:
> Also mit warm meine ich das ich den Fet nach ein paar Sekunden los
> lassen muss um mir nicht eine Brandblase am Daumen zu holen.

Ohne Kühlkörper? Das kommt doch gut hin! 0.8 W sind ohne KK schon 
reichlich für das kleine Gehäuse, und zum "nicht mehr anfassen können" 
reichen 60 Grad.

[Anon Y. (avion23)]

Ein Foto vom gruseligen Aufbau hilft am meisten.

Meine Glaskugel tippt auf Drain und Source vertauscht.

[batman (Gast)]

Müßte er dann nicht schon ohne Ansteuerung leiten und heiß werden?

[Klapperschädel (Gast)]

batman schrieb:
> Müßte er dann nicht schon ohne Ansteuerung leiten und heiß werden?

Nicht, wenn er die parasitäre Diode vorher ausgelötet hat.

[R. H. (breezer)]

S R schrieb:
> Ohne Kühlkörper? Das kommt doch gut hin! 0.8 W sind ohne KK schon
> reichlich für das kleine Gehäuse, und zum "nicht mehr anfassen können"
> reichen 60 Grad.

ok, also die Hizeentwicklung ist das eine aber wodurch kommt ein 
Spannungsabfall von 0,4 Volt zustande, welchen ich direkt vor und hinter 
dem Fet gemessen habe?

Anon Y. schrieb:
> Ein Foto vom gruseligen Aufbau hilft am meisten.
>
> Meine Glaskugel tippt auf Drain und Source vertauscht.

Drain und Source hab ich zig mal kontrolliert, ausserdem habe ich wie 
oben beschrieben noch einen anderen IRF3205 direkt an die Leitungen 
gelötet mit dem gleichen Ergebnis...

[Klapperschädel (Gast)]

R. H. schrieb:
> ok, also die Hizeentwicklung ist das eine aber wodurch kommt ein
> Spannungsabfall von 0,4 Volt zustande, welchen ich direkt vor und hinter
> dem Fet gemessen habe?

Dann würden 50 Ampere fließen. Das geht aber nicht, da Deine Sicherung 
nur 15 A aushält.

Fazit:
-Die Schaltung ist fehlerfrei (sagst Du ja selbst)
-Der Transistor ist in Ordnung (sagst Du)

Den realen Strom messen kannst oder willst Du nicht.

-> Alles in Ordnung ->Besser geht es nicht.

[Migelchen (Gast)]

Was mir noch aufgefallen ist, dass dein Basis-Potential höher ist als 
dein Collector-Potential.

Basis und Collector direkt gegen Masse.
Der Basisvorwiderstand ist niederohmiger als der Collector-Widerstand, 
wobei beide am gleichen Potential (12 V) hängen.

Das kann auch zu Schwierigkeiten führen, dass dein BJT nicht richtig 
aufgeht.

ICh denke einfach mal laut. :)

[Harald W. (wilhelms)]

Klapperschädel schrieb:

> Nicht, wenn er die parasitäre Diode vorher ausgelötet hat.

Mach doch mal ein Video, wie man diese Diode am besten auslötet.
:-)

[lkmiller (Gast)]

Migelchen schrieb:
> Was mir noch aufgefallen ist, dass dein Basis-Potential höher ist als
> dein Collector-Potential.
Das ist bei einem durchgeschalteten Transistor in Emitterschaltung oft 
der Fall und ganz normal...

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Die haben dir vermutlich umgestempelte IRF540 verkauft. So ein 
IRF(B)3205 schaltet einige -zehn Ampere, ohne das er warm wird.  Auch 
ein IRFZ44 oder IRLZ44 macht das, ohne mit der Wimper zu zucken.

[Jens G. (jensig)]

>IRF(B)3205 schaltet einige -zehn Ampere, ohne das er warm wird.  Auch
>ein IRFZ44 oder IRLZ44 macht das, ohne mit der Wimper zu zucken.

Welch ein Humbug - 10A an 8mOhm machen 800mW, und die heizen einem TO220 
durchaus schon kräftig ein.
~60°C/W kann man mal so annehmen - als rund 70-80°C Gehäusetemperatur 
bei normaler Zimmertemperatur (und je nach Aufbau). Nicht mehr für jeden 
zum Daueranfassen ...

>ok, also die Hizeentwicklung ist das eine aber wodurch kommt ein
>Spannungsabfall von 0,4 Volt zustande, welchen ich direkt vor und hinter
>dem Fet gemessen habe?

Spannung direkt zw. D und S messen, dann wird es sinnvoller.

[Flow (Gast)]

> 10A an 8mOhm bedeuten immerhin 0,8W.
 > Welch ein Humbug - 10A an 8mOhm machen 800mW,

Hmm, 10 mal 0,008 Ohm sind?

[guest (Gast)]

Flow schrieb:
> Hmm, 10 mal 0,008 Ohm sind?

80mV, und nu? 80mV * 10A = 800mW

[michael_ (Gast)]

lkmiller schrieb:
> Migelchen schrieb:
>> Was mir noch aufgefallen ist, dass dein Basis-Potential höher ist als
>> dein Collector-Potential.
> Das ist bei einem durchgeschalteten Transistor in Emitterschaltung oft
> der Fall und ganz normal...

Der Transistor wundert sich schon, wenn der Basisstrom 2,5mA und der 
Kollektorstrom 1,2mA ist.

[phul (Gast)]

Zusätzlich zu dem oben gesagt, ein bisschen Entstörung täte auch gut. 
Ist zwar nur eine ohmsche Last, aber wer weiß was in deiner 
Speisespannung noch so rumdängelt oder was der Draht auffängt, da könnte 
auch schon was zusammen kommen.

[Jens G. (jensig)]

@Flow (Gast)

>> 10A an 8mOhm bedeuten immerhin 0,8W.
> > Welch ein Humbug - 10A an 8mOhm machen 800mW,

>Hmm, 10 mal 0,008 Ohm sind?

Was denn - geht's bei Dir nicht weiter wegen einem Over"Flow"?

[Wolfgang (Gast)]

Flow schrieb:
> Hmm, 10 mal 0,008 Ohm sind?

Das sind ziemlich genau 0,08 Ω. Und was willst du damit?

[batman (Gast)]

Heizt er sich auf, sinds dann irgendwann gegen 150°C 16mR => 0,16V => 
1,6W.

[R. H. (breezer)]

So, gestern habe ich mir das Ganze nochmal angeschaut. Die Spannung am 
Gate direkt zur Source gemessen beträgt im angeschalteten Zustand 11,6V, 
sollte also zum voll durchschalten genügen.
Der Spannungabfall zwischen Drain und Source direkt an den Pins gemessen 
beträgt 215mV. Vor dem Mosfet liegen ziemlich genau noch 12V an, trotz 
Last.
Rechnerisch komme ich auf ein RDSon von über 0,02 Ohm.

Ich habe für mich jetzt festgestellt das ich offensichtlich auf einen 
China Fake reingefallen bin, bzw. dass es sich um Fets handeln muss die 
durch die Qualitätskontrolle gefallen sind.
Somit kann ich nur vor billigen China Angeboten warnen...

Ich hab das Teil jetzt mit nem Kühlkörper versehen, glücklich bin ich 
zwar nicht mit dem Ergebnis, aber es funktioniert...

[Achim S. (Gast)]

R. H. schrieb:
> Rechnerisch komme ich auf ein RDSon von über 0,02 Ohm.

Falls du wirklich an den Pins (nicht an den Lötstellen) gemessen hast 
und falls die 10A stimmen: ja. Wenn es "zufällig" doch 15A-20A sein 
könnten, dann wäre es ein normales Verhalten. Im heißen Zustand geht 
auch der R_DS_on des FET nach oben.

Misst du den Strom durch das Heizbett irgendwie mit (zumindest grob), 
oder verlässt du dich auf dessen nominellen Wert? Dass die 15A-Sicherung 
nicht fliegt zählt nicht als Messung. Vielleicht wurde ja der alte 
Regler für das Heizbett deshalb zu warm, weil ein Teil der 
Heizwicklungen einen Schluss hat?

Wie auch immer: schon bei 10A schadet es auf keinen Fall, einem 
TO220-FET einen kleinen Kühlkörper zu spendieren.

[Thomas E. (picalic)]

'ne Alternative zur Anschaffung von Datenblatt-konformen FETs wäre hier 
evtl. noch, einfach mehrere der China-FETs parallel zu schalten.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

R. H. schrieb:
> Rechnerisch komme ich auf ein RDSon von über 0,02 Ohm.
Obacht: für den RDSon aus dem Datenblatt musst du direkt auf dem 
Silizium-Die messen.
Und vor Allem: auch wenn da dran steht "static RDSon", so wird er doch 
wegen der Erwärmung des Dies mit kurzen und knackigen Impulsen gemessen 
(see Note 4)...

[Tany (Gast)]

R. H. schrieb:
> Rechnerisch komme ich auf ein RDSon von über 0,02 Ohm

es könnte stimmen, meine Meinung nach.
bei 0,02 Ohm und 10A wurde 2W am MOSFET verbraten. Ohne Kühlung beträgt 
die Chiptemperarur rechnerisch ca. (2W x 62°)+25° = 149°
Bei 150° steigt wiederum RDSon (Figur 4) um die Faktor 2 also 
0.08*2=0.016 Ohm.

[chris (Gast)]

R. H. schrieb:
> da die Leistungstreiber auf meinem Ramps 1.4 Board (3D-Drucker) nichts
> taugen und zu heiß werden

Ich habe einfach auf der Unterseite des RAMPS Boards parallel zum 
Heizbett-MOSFET zusätzlich noch einen IRL3803 angelötet.
Seitdem bleiben beide MOSFETs total kalt.