Hoi!
Ich bräuchte bitte etwas Hilfe.
Meine Schaltung sieht wie folgt aus:
Meine Quelle liefert ~29V (Zwei Blei-Gel-Akkus). Diese Quelle speist
einen Step Up Wandler (gekaufter Wandler, DROK 600W 12A
DC-Boost-Converter)welcher Ausgangsseitig 42V liefert und mit 4A
begrenzt ist.
Nun möchte ich den Step Up Wandler nicht dauernd im Leerlauf laufen
lassen sondern nur wenn eine Last angehängt wird.
Dies wird mit einem Raspberry Pi gemacht. Hängt eine Last dran soll der
Raspberry den Step Up Wandler an die Quelle schalten.
Meine Frage ist nun, was als Schalter verwenden?
Am besten würde sich ein MOSFET eignen da die GPIO Pins des Raspberry
nur mit max 8mA belastet werden sollen. Jedoch liefern die Pins nur
3,3V.
Nun war es nicht schwer MOSFET zu finden welche mit 3,3V geschalten
werden können und 30V aushalten, jedoch kann der Step Up Wandler
Eingangsseitig bis zu 8A ziehen, wofür ich den MOSFET gerne auslegen
würde.
Hier kommt mir jedoch das SOA Diagramm in die Quere.
Den BUZ11 könnte ich mit 5V UGS versorgen und die, lt. Diagramm, 8A ID
würden reichen, wenn auch knapp, jedoch begrenzt mir das SOA Diagramm
bei VDS 30V den ID auf 1,5A da ich ja den DC Betrieb brauche.
Wäre es hier vorteilhafter auf einen IGBT umzusteigen oder gibt es
MOSFET für diese meine Werte (UGS..3,3V oder 5V, UDS..29V, ID..8A, DC
Betrieb)
Hätte zwar schon einen IGBT gefunden (bissl übertrieben)
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irgs14c40l.pdf
jedoch fehlt bei sehr vielen MOSFET und IGBT die DC Linie im SOA
Diagramm oder das SOA Diagramm gleich als Ganzes.
Würde mich sehr über Hilfestellung freuen, danke im Vorhinein :)
Im Datenblatt des BUZ11 sieht man ganz klar, dass der bei 5V Ugs grad so
10A schafft. Der ist also ungeeignet.
Ich würde dir den IRLZ34N empfehlen.
Das SOA Diagramm ist extra NICHT für DC da, denn DC ist statischer
Betriebsfall, den kann man grad mit dem Taschenrechner ausrechnen: P =
I²*Rdson.
Tuut schrieb:> Nun möchte ich den Step Up Wandler nicht dauernd im Leerlauf laufen> lassen sondern nur wenn eine Last angehängt wird.
Damit ich das richtig verstehe: du willst also den StepUp nur dann im
Leerlauf laufen lassen, wenn er belastet wird?
Tuut schrieb:> Meine Frage ist nun, was als Schalter verwenden?
Du brauchst zuallersert einen High-Side Schalter. Denn mit die dümmste
Idee, die man haben kann, ist, die Masse eines Verbrauchers zu schalten.
Besonders, wenn der noch irgendeine (Masse-)Verbindung zur Aussenwelt
hat. Dazu das Stichwort "Masseschleife".
Tuut schrieb:> welche mit 3,3V geschalten werden können
Ein Hallo nach Österreich. Denn nur die dürfen ungestraft "geschalten"
schreiben...;-)
Kurz: nimm einen ITS428 o.ä...
Tuut schrieb:> Meine Frage ist nun, was als Schalter verwenden?
Einen N-Kanal MOSFET, der mindestens 30V aushält, 7.5A dauerhaft und
(wegen des Eingangskondensators kurzfristig viel mehr, sagen wir 100A)
aushält und mit 3.3V voll durchsteuerbar ist, mit dem du dann die
Masseverbindung des DC/DC-Wandlers trennst.
IRF3708THOR schrieb:> Im Datenblatt des BUZ11 sieht man ganz klar, dass der bei 5V Ugs grad so> 10A schafft.
Blödsinn.
Im Datenblatt steht ganz klar, daß das bloss "typische" Kurvenwerte
sind. Es können je nach Exemplar und Temperatur auch 7V oder 3.5V für
die 10A notwendig sein, wie aus den Minium/Maximum-Werten der UGS(th)
ganz klar hervorgeht.
> THOR schrieb:>> Im Datenblatt des BUZ11 sieht man ganz klar, dass der bei 5V Ugs grad so>> 10A schafft.>> Blödsinn.>> Im Datenblatt steht ganz klar, daß das bloss "typische" Kurvenwerte> sind. Es können je nach Exemplar und Temperatur auch 7V oder 3.5V für> die 10A notwendig sein, wie aus den Minium/Maximum-Werten der UGS(th)> ganz klar hervorgeht.
Ich hab doch geschrieben dass der ungeeignet ist, was willst du noch? Ne
seitenlange Erklärung, warum das so ist? Oder ist dein Tag bisher zu
ereignislos verlaufen und du wolltest dich mal über was aufregen?
Lothar M. schrieb:> Ein Hallo nach Österreich. Denn nur die dürfen ungestraft "geschalten"> schreiben...;-)
Genau, die anderen werden dafür gescholten. :-)
Kev schrieb:> Laut Datenblatt können da bei 3VGS 20A fließen bei einem Rds,on von> 16mOhm.
Immer wieder dieser eklatantane Datenblatt-Lesefehler.
Diagramm 5 und 6 sind Typ (typisch).
UGS(th) geht von 1.2 (minimal) über 1.6 (typisch) bis 2V (maximal).
Die 3V Kurve im "typischen" Diagramm des verhungernden Analogbetriebs
kann also auch bei 3.75V oder 2.25V verlaufen, je nach Modell und
Temperatur.
Und wenn statt 3V also 3.75V nötig wären, dann siehst du an der weit
entfernt liegenden 3.5V(typ) Kurve, die dann erst bei 4.375V erreicht
wäre, daß bei 3V einfach GAR KEIN Strom fliesst.
Dein Irrtum beim Lesen von Datenblättern ist leider extrem weit
verbreitet und offenbar schwer auszurotten. Der Kunde belügt sich
offenbar gerne selbst.
Webmaster schrieb:> MaWin schrieb:>> belügt sich ... gerne selbst>> Ich fürchte, das liegt schlicht an Unwissenheit. Und diese läßt sich nur> durch (den Erwerb von) Wissen...>> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage>> ..."ausrotten". ^^
Nix für ungut und sicherlich sind die Datenblattleser mit mehr
Hintergrundwissen im Vorteil.
ABER im obigen Artikel wird mit keinem Wort die genannten Kennlinien und
deren Interpretation bezüglich "Typisch" und "Abweichungen" erwähnt.
Wenn sich nun einer die Mühe macht, das Datenblatt zu interpretieren -
wenn auch falsch - dann finde ich, dass eine Message schon mal
angekommen ist.
Wenn es nun eine richtig gute Nachlese Quelle gäbe, mit der man die
Datenblätter richtig interpretieren könnte, das wäre mal was für einen
Hobbyisten wie mich...
Tuut schrieb:> Meine Frage ist nun, was als Schalter verwenden?
Einen einfachen Transistor, der im Leistungsweg ein Relais schaltet. Das
ist leider zu einfach und robust, als dass man das noch in Erwägung
ziehen darf.
Manfred schrieb:> der im Leistungsweg ein Relais schaltet. Das> ist leider zu einfach und robust,
Der DC/DC-Wandler dürfte stark kapazitiv am Eingang sein.
Da brauchst Du eher einen Schütz damit die Kontakte nicht sofort
verkleben.
Robuster ist da sicher ein BTS555 als high side Schalter mit kleinem
Transistor oder FET als open collector / open drain zur Ansteuerung.
Gruß Anja
Kev schrieb:> Wenn euch das zu knapp ist, nimm halt einen GAN-FET.
Schon fast seltsam, daß da sonst keiner dran dachte: Die universelle
Lösung, wenn´s anderweitig zu knapp wird, ist der
G -rößte A -nzunehmende N -FET ...
OT/end:
Halte auch so einen PROFET für angebracht.
Tuut schrieb:> jedoch begrenzt mir das SOA Diagramm> bei VDS 30V den ID auf 1,5A da ich ja den DC Betrieb brauche.
Diese 30V gelten für Linearbetrieb den du nicht brauchst. Du wills
schalten.
THOR schrieb:> Das SOA Diagramm ist extra NICHT für DC da, denn DC ist statischer> Betriebsfall, den kann man grad mit dem Taschenrechner ausrechnen: P => I²*Rdson.
Das stimmt nicht. Die linke Dachhälfte im SOA-Diagramm ist nichts
anderes als statistischer Betriebsfall für den durchgeschalteten MOSFET.
Außderdem ist die unterste Kurve nichts anderes als DC.
Lothar M. schrieb:> Du brauchst zuallersert einen High-Side Schalter. Denn mit die dümmste> Idee, die man haben kann, ist, die Masse eines Verbrauchers zu schalten.
Hallo Lothar,
was genau würde bei einem Low-Side-Switch schief gehen?
Wenn die Masse als eine Plane ausgelegt wird, sollte es doch gehen,
oder?
Gruß.
Erstmals, vielen Dank fürs verschieben. Dachte mit Elektronik kann ich
nicht falsch liegen... tja ^^
Danke für die Grüße nach Österreich. Jetz hab ich mich extra bemüht und
doch kommt man mir drauf :P
Und danke für die vielen Vorschläge.
Jedoch bin ich nun verwirrt. Ich hab natürlich vorher versucht mich
selbst schlau zu machen und hab mir den Artikel zum Linearbetrieb von
MOSFET in diesem Forum durchgelesen und da steht, ich zitiere:
"Ein wichtiges Indiz für Linearbetrieb ist eine Kurve für DC im
SOA-Diagramm. Meist geht es dort nur bis 10ms, DC fehlt, eben weil DC
(engl. Direct Current = Gleichstrom = Linearbetrieb) nicht zulässig
ist."
Ebenso, nächstes Zitat, schrieb Yalu X hier mal:
"Die beiden entscheidenden Punkte wurden schon genannt bzw. angedeutet:
1. Das Diagramm muss eine DC-Kurve enthalten.
2. Das Diagramm muss das Auftreten lokaler thermischer Instabilitäten
innerhalb des Mosfets (Hotspots, Spirito-Effekt¹) berücksichtigen.
Ist einer der beiden Punkte (DC-Kurve und Spirito-Effekt) im Diagramm
nicht dargestellt, sollte man den Mosfet im Abschnürbereich überhaupt
nicht dauerhaft oder nur mir viel Sicherheitsabstand zur angegebenen
DC-Kurve betreiben."
Nach sichten eurer Vorschläge find ich bei keinem einzigem MOSFET oder
PROFET eine DC Kennlinie im SOA.
Woran erkenn ich denn nun also wirklich, ob ich einen MOSFET im
Linearbetrieb betreiben kann?
Tuut schrieb:> Woran erkenn ich denn nun also wirklich, ob ich einen MOSFET im> Linearbetrieb betreiben kann?
Noch mal. Sie wollen den MOSFET ganz regulär im Schalterbetrieb
einsetzen. Dafür ist jeder MOSFET primär entwickelt worden und
einsetzbar.
Ist er vollständig aufgesteuert (siehe Logic-Level-MOSFETs für 5V oder
gar 3,3V), dann gilt P = (I^2) * R_DS,on.
Der BUZ11 ist kein Logic-Level-MOSFET, also noch nicht einmal mit 5V
vollständig durchsteuerbar. Im Datenblatt steht "logic Level" als
Feature, wenn mit 5V oder 3,3V durchsteuerbar.
Zu Ihrem konkreten Fall:
Natürlich schaltet man so einen DC/DC-Wandler nicht low-side, da (wie
schon
oben erwähnt) sonst der Massebezug "vorne / hinten" (Quelle, Wandler,
Last) nicht mehr identisch ist.
Man schaltet sowas high-side. Dafür gibt es (neben einer Relais-Lösung)
insgesamt 4 reguläre Möglichkeiten:
Möglichkeit 1
-------------
Mit einem integrierten High-Side-Switch, wie z.B. dem BTS555 o.ä.
Möglichkeit 2
-------------
Mit einem PNP-Transistor, kombiniert mit einem NPN- oder
N-Kanal-Transistor/MOSFET, der vom GPIO-Pin angesteuert wird.
Möglichkeit 3
-------------
Mit einem P-Kanal-MOSFET, kombiniert mit einem NPN- oder
N-Kanal-Transistor/MOSFET, der vom GPIO-Pin angesteuert wird.
Möglichkeit 4
-------------
Mit einem N-Kanal-MOSFET, einer zusätzlichen Ladungspumpe usw.
Also genau das, was in den üblichen High-Side-Switches (siehe Lösung 1)
enthalten ist. Für Sie daher als Lösung nicht zu empfehlen.
Bitte wählen Sie Möglichkeit 3.
Da Sie mit einer Betriebsspannung von ~29V arbeiten und das Gate beim
Einschalten nach unten gezogen wird, kann hier bis zu -29V gezogen
werden.
Da ist genug Spielraum für jeden üblichen P-Kanal-MOSFET am Markt. Es
muss
also kein Logic-Level-P-Kanal-MOSFET sein. Runterziehen bietet sich
entweder ein NPN oder N-Kanal-MOSFET an. Wird es der N-Kanal-MOSFET muss
sich dieser natürlich bei 3,3V entweder voll im Schalterbetrieb befinden
(das wäre die einfachere Sache) oder nachgewiesen werden, dass im
Linearbetrieb der P-Kanal-MOSFET ausreichend gezogen wird und er selber
nicht thermisch überlastet wird.
Der obere P-Kanal-MOSFET benötigt einen Pull-Up-Widerstand, damit er
standardmäßig sperrt und eine Z-Diode, damit keine -29V am Gate
entstehen (siehe Datenblatt, hier sind meistens nur so um die 16-20V
erlaubt).
Der P-Kanal-MOSFET muss auch die Einschaltströme des DC/DC-Wandlers
verkraften können, da dieser beim Zuführen der Betriebsspannung seine
Primär-Kapazitäten auflädt. (Da muss der Wandler noch nicht einmal
laufen.)
Wird der Wandler aktiviert, entsteht je nach Soft-Start-Einstellung noch
mal ein gewisser Einschaltstrom. Auch der muss logischerweise vom
P-Kanal-MOSFET verkraftbar sein.
Ich komme weder mit 4A, noch mit 12A auf die angegebenen 600W bei 42V
Ausgangsspannung. Sind es nur 4A maximal bei 42V, dann ergibt sich eine
mittlere Stromaufnahme von ((42V*4A)/0,8)/29V (80% Wirkungsgrad
angenommen, was schon kein guter Wirkungsgrad ist) 7,24...A.
Der MOSFET muss also mindestens diesen Strom dauerhaft schalten können,
dazu kommen noch die erwähnten Einschaltströme, die er auch aushalten
können muss.
Je nach Package des MOSFETs und dementsprechender Kühlleistung kann man
sich den maximal erlaubten R_DS,on ausrechnen. Der ist übrigens stark
temperaturabhängig und kann worst case mit 2 x typisch angesetzt werden.
Beispiel: Mehr als 1W würde ich keinem DPAK/D2PAK (Platine) oder TO220
(ungekühlt) zumuten, so kommt man auf:
1W = I^2 * (R_DS,on,typ * 2)
<=> 1W / (I^2 * 2) = R_DS,on,typ
=> 1W / (7,25A^2 * 2) = 9,5mOhm = R_DS,on,typ
Also ein P-Kanal-MOSFET mit irgendwo 10mOhm und kleiner/äquivalent
(siehe Anhang).
Oder passenden High-Side-Switch in der 10mOhm-Klasse, der mit den ~29V
zurecht kommt.
Gästchen schrieb:> Tuut schrieb:>> jedoch begrenzt mir das SOA Diagramm>> bei VDS 30V den ID auf 1,5A da ich ja den DC Betrieb brauche.>> Diese 30V gelten für Linearbetrieb den du nicht brauchst. Du wills> schalten.>>> THOR schrieb:>> Das SOA Diagramm ist extra NICHT für DC da, denn DC ist statischer>> Betriebsfall, den kann man grad mit dem Taschenrechner ausrechnen: P =>> I²*Rdson.>> Das stimmt nicht. Die linke Dachhälfte im SOA-Diagramm ist nichts> anderes als statistischer Betriebsfall für den durchgeschalteten MOSFET.> Außderdem ist die unterste Kurve nichts anderes als DC.
Da liegst du falsch:
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1155.pdf
Ich bin deinem Irrtum auch schon aufgesessen. Habe hier ein nettes
Säckchen mit gestorbenen FETs als Erinnerung an diese Geschichte.
Allesamt sind sie verstorben in einem Bereich, der laut deiner
Interpretation des SOA-Diagramms zulässig gewesen wäre.
Anwendung : ein Hot-Swap-Controller für 24V mit 3000µF kapazitive Last.
Trench-FET mögen es nicht, für z.B: 60ms mit 100W im Linearbetrieb
gequält zu werden.
Das liegt daran, weil die Gatetreshold einen NEGATIGEN TK hat, und
Trench-FET aus vielen kleine FET in Parallelschaltung bestehen.
Hot-Spots -> Kurzschluss.
Da brauchts spezielle Typen.
Man kann testen, oder Hersteller fragen.
MOSFETs (egal ob Trench oder Planar) sind elementar nicht geeignet für
Linearbetrieb. Genau wegen der parallel geschalteten Zellen und der
ungleichmäßig verteilten Ströme.
Für einen Linearbetrieb ist ein Bipolartransistor generell besser
geeignet, da dort keine Parallelschaltung von Zellen existiert.
Deswegen haben MOSFETs auch eine bescheidene Linear-Fähigkeit im
Verhältnis zu dem Betrieb als Schalter (kontinuierlich oder getaktet).
Ein MOSFET ist grundsätzlich dafür entwickelt, im durchgesteuerten
Betrieb eingesetzt zu werden. Die Linear-Fähigkeit ist eher ein
"Abfallprodukt" und wird klassischerweise bei Planar-MOSFETs angegeben,
wenig bei Trench-MOSFETs.
Eine elektronische Last würde ich z.B. daher immer versuchen, mit
Bipolar-Transistoren aufzubauen (z.B. Darlington).
Sojemand schrieb:> Das liegt daran, weil die Gatetreshold einen NEGATIGEN TK hat
Das ist bei Planar und Trench gleich. Genau deswegen ist auch keine
Parallelschaltung in elektronischen Lasten ( = Linearbetrieb) möglich.
Eine Parallelschaltung bei Schalterbetrieb geht (wesentlich besser).
sg schrieb:> MOSFETs (egal ob Trench oder Planar) sind elementar nicht geeignet für> Linearbetrieb. Genau wegen der parallel geschalteten Zellen und der> ungleichmäßig verteilten Ströme.
Stimmt so nicht. Stimmen tut:
Einige moderne Typen, speziell Trech.- HEX.- und ähnliche, sind
teilweise nicht für Linearbetrieb geeignet.
Falsch ist:
Es sind nicht pauschal alle ungeeignet.
Speziell für Hot-Swap-Anwendungen (und das ist Linearbetrieb!) gibt es
eigens dafür konstruierte Typen, wie jenen hier:
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PSMN040-100MSE.pdf
Datenblatt sagt eigens: "Enhanced forward biased safe operating area for
superior linear mode operation"
Man muss nur suchen.
FET sind da halt wie OPV, einen optimalen Typen für alle EInsatzbereiche
finden ist ein hoffunungsloses Unterfangen. Zu viele Parameter :-)
Sojemand schrieb:> Da liegst du falsch:> Ich bin deinem Irrtum auch schon aufgesessen. Habe hier ein nettes> Säckchen mit gestorbenen FETs als Erinnerung an diese Geschichte.> Allesamt sind sie verstorben in einem Bereich, der laut deiner> Interpretation des SOA-Diagramms zulässig gewesen wäre.> Anwendung : ein Hot-Swap-Controller für 24V mit 3000µF kapazitive Last.> Trench-FET mögen es nicht, für z.B: 60ms mit 100W im Linearbetrieb> gequält zu werden.
Nein, du liegst falsch.
Wo ist Bitte der Linearbetrieb in der linken Dachhälfte? Die gilt für
den durchgeschalteten MOSFET, das siehst du schon mit R=U/I.
Wenn du einen regulären MOSFET im Linearbetrieb als Hotswap-Controller
betreibst, dann begehst du einen großen Blödsinn: kein normaler MOSFET
kann Linearbetrieb, das wurde hier übrigens schon erwähnt: MOSFET's sind
generell fürs Schaltbetrieb gebaut und dafür ist die rechte Dachhälfte
zuständig. Zu beachten ist nochmals dass SOA oft für 25°C gilt. Bei
einem Hotswap-Controller entstehen aber große Temperaturen im MOSFET.
PS: Habe schon Hotswapcontroller für 10000µF und 48V gebaut (Industrie)
und habe keinen Sack mit toten MOSFET's.
Gästchen schrieb:> MOSFET's sind> generell fürs Schaltbetrieb gebaut und dafür ist die rechte Dachhälfte> zuständig.
Sorry, hier meinte ich natürlich die linke Dachhälfte. Die rechte
Dachhälfte ist der erwähnte Linearbetrieb wo der Kollege einen Sack
toter MOSFET's produziert hat.
Sojemand schrieb:> Falsch ist:> Es sind nicht pauschal alle ungeeignet.
Ich habe geschrieben, dass MOSFETs elementar nicht geeignet sind für
Linearbetrieb. Wenn die passende SOA-Kurve vorhanden ist, sieht man,
dass man sehr große Abstriche zum Schalterbetrieb machen muss
und der Linearbetrieb quasi ein Abfallprodukt ist und kein primäres
Entwicklungsziel eines Planar- oder Trench-MOSFETs war.
Die Parallelschaltung von Zellen mit ihren negativen Eigenschaften
bezüglich Linearbetrieb führt zu dem bekannten Verhalten.
sg schrieb:> Natürlich schaltet man so einen DC/DC-Wandler nicht low-side, da (wie> schon> oben erwähnt) sonst der Massebezug "vorne / hinten" (Quelle, Wandler,> Last) nicht mehr identisch ist.
Ich halte es zwar auch für sinnvoller einen DC/DC als High-Side zu
schalten, verstehe aber diese Erklärung nicht ganz.
Wenn man den Eingang eines DC/DC Low-Side schaltet, dann fehlt die Masse
hinten am Ausgang von DC/DC gänzlich, wo ist hier die Masseschleife? Ist
der Schalter nun geschlossen, erscheint die Masse erst dann am
Ausgang/an der Last.
Habe ich hier einen Denkfehler?
Gruß.
