Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET Schaltverluste


von Mirgus N. (schmirgus)


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Hallo :)

momentan stehe ich vor einer Problemstellung die ich nicht lösen kann. 
Ich möchte einen Gebläselüfter von Bosch mit der angehängten Schaltung.

Der Boschlüfter hat einen Anlaufstrom von ~28A und danach unter Vollast 
~13A. Sicherheitshalber habe ich mit 14A gerechnet.

Also Power MOSFET zur Spannungsregulierung habe ich den IRF1404ZPBF 
ausgesucht und als Treiber einen IRL3103. Also Shottky Diode wird eine 
Vishay 20TQ045PBF verwendet



Power Mosfet 
http://www.infineon.com/dgdl/irf1404zpbf.pdf?fileId=5546d462533600a4015355daffca18b7

Treiber  http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irl3103.pdf

Diode 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/163513-da-01-en-20TQ045PBF_SCHOTTKY_DIODE_TO_220AC_VIS.pdf

Ich möchte bei der Verlustleistung gerne vom worst case ausgehen. 
Deshalb habe ich für die leitenden Verluste den max. Widerstand bei 
175°C genommen

P(leitend) = (14A)^2*1,75*2,7mOhm = 0,93Watt
Das würde sogar ohne Kühlkörper funktionieren und gilt nur wenn der 
Mosfet dauerhaft durchschaltet.

Nun weiß ich nicht wie ich die Schaltverluste berechnen kann. Der 
"Treiber" Mosfet wird mit ~500Hz vom Arduino angesteuert.



Nun weiß ich nicht wie ich genau die Schaltverluste errechnen kann, 
dafür gibts es im Internet verschiedenste Ansätze

Psw= (Eon + Eoff)*fsw

Nun weiß ich nicht wie ich Eon, Eoff korrekt bestimmte. Habe 
verschiedene Formel gefunden, allerdings fehlen mir für viele bestimmte 
Größen und ich bin nicht so tief in der Materie, dass ich Annahmen 
machen könnte.

Folgende Formeln habe ich im Netz gefunden.

Eon=Vdd*Ion*Ton/4
Eoff=Vdd*Ion*Toff/4



==> Psw = Vdd*Ion/2*(Ton+Toff)*fsw

Nur weiß ich nicht wie ich Ton und Toff vernünftig bestimme. Mit 
Ton=Q*Ug/Ig ? Nur wie berechnet man dann Toff mit der Verschaltung?

Liebe Grüße

: Verschoben durch Moderator
von THOR (Gast)


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Die Spitzenleistung im Umschaltmoment ist näherungsweise u/2 * i/2 und 
die umgesetzte Energie dann Eschalt = integral(p(t)) von 0 bis tswitch.

Dein Treiber ist Scheisse. NPN in Emitterschaltung als Class A 
Verstärker, dann NPN/PNP in Kollektorschaltung ans Gate.

Oder direkt nen Gatetreiber-IC.

von Harry (Gast)


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THOR schrieb:
> Dein Treiber ist Scheisse.

Klingt hart, ist aber so!

Nimm irgend ein xx4424 und schalte beide Kanäle parallel. Kompatible 
Typen gibt es von Micrel/Microchip/IXYS,... kann ordentlich Strom und 
ist ausreichend schnell

von Mirgus N. (schmirgus)


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Das heißt 42 Watt Verlustleistung beim Schalten? Ist das nicht arg viel?

Deine Schaltung versteh ich irgendwie nicht :/ da fehlt mir wohl die 
Kenntnis.

Gibt es einen Empfehlenswerten Treiber der 1A liefern kann und mit einer 
Schaltfrequenz von 500Hz klar kommt?
Die meisten Treiber in der Mosfet Übersicht finde ich nicht mehr bei 
Conrad und dort werde ich bestellen müssen :(


Edit:

@ Harry. danke ich schaue mir den Treiber mal an



Was haltet ihr vom XX4427?

http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/163196-da-01-en-ICs_IR4427.pdf

: Bearbeitet durch User
von THOR (Gast)


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Marco K. schrieb:
> Gibt es einen Empfehlenswerten Treiber der 1A liefern kann und mit einer
> Schaltfrequenz von 500Hz klar kommt?

500 Hertz, ja? Wow.

Marco K. schrieb:
> Deine Schaltung versteh ich irgendwie nicht :/ da fehlt mir wohl die
> Kenntnis.

Also fehlen dir Grundkenntnisse. Und die Fähigkeit, nach Begriffen, die 
man nicht versteht, zu googlen:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber#Beispiele_zu_Low-Side_Treibern
Meine Variante nennt sich diskreter Lowside Gatetreiber 2b, nur ohne das 
Gate-Geschnuckels.

Es ist ja zweifelsohne möglich, die Grundlagen erst hinterher zu lernen. 
Wenn man nen stinkenden Haufen verbrannter Siliziumteile produziert hat. 
Aber schlauer ist halt andersherum.

von Md M. (Firma: Potilatormanufaktur) (mdma)


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Harry schrieb:
>> Dein Treiber ist Scheisse.
>
> Klingt hart, ist aber so!

Hallo.

Rein aus Interesse, könnt ihr kurz umreißen, warum? Ich habe da zwar ein 
paar Verdachtsmomente, aber sicher bin ich mir nicht.

von THOR (Gast)


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Wenn du Q2 einschalten willst, schaltest du Q2 aus. Dann lädt sich die 
Gatekapazität von Q1 über R1 und da hast du dann die Qual der Wahl:

R1 niederohmig machen: Gute Einschaltzeit, hohe Verlustleistung an Q2 
und R1
R1 hochohmig, genau andersherum.

Dein IRF1404 hat gute 5nF Gatekapazität, die wollen erstmal umgeladen 
werden.
http://sim.okawa-denshi.jp/en/CRtool.php
470 Ohm und 6nF ergeben 10µs und da ist das Miller-Plateau noch gar 
nicht berücksichtigt.
Zum Vergleich: Mit dem Treiber 2b von oben sind 300ns realistisch.

Abschaltzeiten sind allerdings gut, insofern ist die Schaltung für eine 
induktive Last einigermaßen geeignet. Aber nicht bei zweistelligen 
Amperezahlen.

von Mirgus N. (schmirgus)


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THOR schrieb:
> Also fehlen dir Grundkenntnisse. Und die Fähigkeit, nach Begriffen, die
> man nicht versteht, zu googlen:

Man soll also aus "NPN in Emitterschaltung als Class A
Verstärker, dann NPN/PNP in Kollektorschaltung ans Gate." darauf kommen, 
dass du die verlinkte Treiber Schaltung meinst?!

Ich studiere halt nicht Elektrotechnik und kann nicht alles Wissen.

THOR schrieb:
> Wenn man nen stinkenden Haufen verbrannter Siliziumteile produziert hat.
> Aber schlauer ist halt andersherum.
Das ist der Grund weshalb ich vorher Nachfrage...



Müssen bei einem Treiber die Versorgungsspannung und die Spannugn am 
Input gleich sein? Oder kann z.B. die Versorgunsspannung 12v und die 
Spannung am Input für den High Wert 5V sein?

Liebe Grüße

von THOR (Gast)


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Marco K. schrieb:
> THOR schrieb:
>> Also fehlen dir Grundkenntnisse. Und die Fähigkeit, nach Begriffen, die
>> man nicht versteht, zu googlen:
>
> Man soll also aus "NPN in Emitterschaltung als Class A
> Verstärker, dann NPN/PNP in Kollektorschaltung ans Gate." darauf kommen,
> dass du die verlinkte Treiber Schaltung meinst?!
>
> Ich studiere halt nicht Elektrotechnik und kann nicht alles Wissen.

Nee, aber Emitterschaltung und Kollektorschaltung sind absolute 
Grundbegriffe. Die muss man kennen.

> THOR schrieb:
>> Wenn man nen stinkenden Haufen verbrannter Siliziumteile produziert hat.
>> Aber schlauer ist halt andersherum.
> Das ist der Grund weshalb ich vorher Nachfrage...
>
> Müssen bei einem Treiber die Versorgungsspannung und die Spannugn am
> Input gleich sein? Oder kann z.B. die Versorgunsspannung 12v und die
> Spannung am Input für den High Wert 5V sein?

Treiber 2b hat Emitterschaltung am Eingang. Emitterschaltung googeln:
https://de.wikipedia.org/wiki/Transistorgrundschaltungen#Eigenschaften

Spannungsverstärkung hoch.

von Md M. (Firma: Potilatormanufaktur) (mdma)


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THOR schrieb:
[...]
Aha, danke, verstehe.

> Wenn du Q2 einschalten willst, schaltest du Q2 aus
Tippfehler nehme ich an

von THOR (Gast)


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Md M. schrieb:
> THOR schrieb:
> [...]
> Aha, danke, verstehe.
>
>> Wenn du Q2 einschalten willst, schaltest du Q2 aus
> Tippfehler nehme ich an

Ja, hab erst so geschrieben als wäre Q1 links und Q2 rechts und dann ist 
mir aufgefallen dass es andersherum ist. Beim Korrigieren hab ich dann 
wohl einen übersehen.

von Mirgus N. (schmirgus)


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Ich habe jetzt mal die Verluste "händisch" ausgerechnet und mit Spice 
simuliert. Habe Verluste von ~1Watt

Eine Frage hätte ich zum Mosfet Treiber (IR4427)

Im Datasheet findet man unter Advanced Information das angehänge 
Schaltbild.
Sind die Kapazitäten also nötig?

von Εrnst B. (ernst)


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Mirgus N. schrieb:
> Eine Frage hätte ich zum Mosfet Treiber (IR4427)
>
> Im Datasheet findet man unter Advanced Information das angehänge
> Schaltbild.
> Sind die Kapazitäten also nötig?

4.7µF + 100nF : JA.

"CL" 1000 PF: NEIN.

Zwei Zentimeter unter deinem Screenshot-Ausschnitt steht:

>> Figure 5. Switching Time Test Circuits

Mit diesen Schaltungen wurden im Testlabor die im Datenblatt angegebenen 
Timing-Werte ermittelt.

: Bearbeitet durch User
von Mirgus N. (schmirgus)


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Danke für die Antwort :) :)

Liebe Grüße,
Marco

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