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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET stirbt, PWM 400W, Halogen


Autor: Thomas L. (bapou)
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Hallo Forum,

ich muss eine Projektor Halogenlampe (36V, 400W) geräuschlos dimmen. 
Stromversorgung ist ein Schaltnetzteil (DC). Die Halogenlampe ist ca. 
über 0.5m Kabel pro Pol angeschlossen.

Ich steuere einen MOSFET über PWM Treiber mit 40kHz an um über der 
Hörgrenze zu sein. PWM Output kommt aus einem ATMEGA. Dies funktioniert 
soweit gut, man hört nichts und es dimmt. Durchgeschaltet bleibt der 
MOSFET wie zu erwarten auch ohne Kühlkörper kalt. Bei 40kHz erwärmt sich 
der MOSFET aber mit einem mittleren Kühlkörper (geschätzte Abwärme 2-5W) 
bleibt alles lauwarm.

Mit dem Oszi sieht das Signal am Gate des MOSFETS sauber aus (12V zu 0V 
PWM)

Nur leider sind schon mehrere MOSFETS gestorben = sie werden niederohmig 
zwischen allen Pins und der MOSFET Treiber wird danach überlastet. Dies 
scheint eher beim einschalten oder resetten zu passieren als im Betrieb.

Denkbare Gründe:
- Kaltwiderstand; dieser scheint sehr klein (<1 Ohm) aber der MOSFET hat 
ein 263A Silicone Limit, 583A Pulse…
- Induktion: Nur 2x0.5m Zuleitung und der Gluehlampenwendel; scheint 
unwahrscheinlich; Werde trotzdem noch eine Freilaufdiode hinzufuegen
- undefinierte Zustaende beim Einschalten, Reset etc… Dazu habe ich die 
Pulldown Widerstaende R1 und R2 eingebaut.


Habt Ihr eine Idee was ich noch probieren, messen oder testen kann. 
Eventuell einen MOSFET mit noch höherer Spannungsfestigkeit nehmen?

Gruss,
Thom

: Verschoben durch Moderator
Autor: Ingo Less (Gast)
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Klingt nach Überspannung aufgeund der fehlenden Freilaufdiode

Autor: Prometheus (Gast)
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Freilaufdiode denke ich auch.

ganz grobe Überschlagsrechnung:

U= L*di/dt

L = ca. 10nH /cm also bei 100cm ca. 1µH
di = 400W/36V =11A
dt = grob geschätzt 100ns (für mosfet eher zu langsam geschätzt)

U=L*di/dt = 1µH*11A/100ns = 110V

da staunt man nicht schlecht wieviel Spannung so ein Stück Leitung 
erzeugen kann...

----
Prometheus

Autor: MiWi (Gast)
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Thomas L. schrieb:

> - Induktion: Nur 2x0.5m Zuleitung und der Gluehlampenwendel; scheint
> unwahrscheinlich; Werde trotzdem noch eine Freilaufdiode hinzufuegen

Sehr wahrscheinlich... denn die Risetime des Gatetreibers liegt irgedneo 
im 2stelligen ns-Bereich. Der FET reißt also recht zackig am Stromfluß 
herum, dem das nicht sonderlich gefällt. bei ca. 11A reichen ein paar uH 
bei den Schaltzeiten aus um entspannt mehr als die zulässige V(DSS) zu 
erreichen... miß einmal ohne lange Masseclips direkt am FET wie es da 
aussieht.

> - undefinierte Zustaende beim Einschalten, Reset etc… Dazu habe ich die
> Pulldown Widerstaende R1 und R2 eingebaut.

Unwahrscheinlich
>
>
> Habt Ihr eine Idee was ich noch probieren, messen oder testen kann.
> Eventuell einen MOSFET mit noch höherer Spannungsfestigkeit nehmen?
>
> Gruss,
> Thom

Wie schon gesagt - das L Deiner Verkabelung zw. FET, Lampe und 
Stromquelle führt beim Abschalten vom FET zu Überspannung, der Treiber 
schaltet ja recht hart, die Umlade und damit Schaltzeiten werden recht 
kurz sein.

eine schnelle 10A-Freilaufdiode löst den Spuk, eine 4007 tut es nicht.

Warum 10A-Diode? weil sie im Moment des Abschaltens deutlich mehr als 
10A packen muß...

Miwi

Autor: Axel R. (Gast)
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TK100A06N1 (habs mal hingeschrieben, braucht es niemand aus der 
Schaltung rauskopieren)

Ich formuliers mal vorsichtig:
wäre es denkbar, das der Treiber es nicht schafft, die 10nF 
Eingangskapazität des Fets ausreichend schnell umzuladen?

oder (wahrscheinlicher):
sieh Dir die Spannung über Source und Drain mit dem Oszilloskop an 
(Masse kurz an Source). Wird ordentlich klingeln, denk ich mal. Setz 
parallel zum Fet eine "fette" Supressordiode, die die Avalanche-Energie 
aufnehmen kann.
http://www.littelfuse.de/products/tvs-diodes/leaded/5kp/5kp48a.aspx

UNd: Leitungsführung Masse vom Treiber nach Source Pin vom FET beachten
Der Fet und der Treiber sitzen sicher dicht beieinander, oder?

Oder: einen anderen, kleineren FET verwenden?

JA, ich habe nicht überlesen, das der Tod zumeist beim Einschalten, 
Reset oder auftritt.

Machst Du uns ein Bild vom Aufbau? Masseführung etc., bitte.

StromTuner

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Es ist keine gute Idee, Halogenlampen überhaupt zu dimmen, da man damit 
das Halogenprinzip (Kreisprozess) austrickst. Die Lampe geht dabei sehr 
schnell kaputt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChlampe#Halogengl.C3.BChlampen_.28Wolfram-Halogen-Kreisprozess.29

Autor: Ulf L. (ulf_l)
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Hallo

Wo soll denn da eine Überspannung her kommen ? Der FET wird nicht 
übermäßig schnell geschaltet (10nF mit ca.4 Ohm Quellimpedanz des 
Treibers), die Last ist eher Ohmscher Natur mit einem brutal niedrigen 
Kaltwiederstand.

@Thomas Laepple: Hast Du schon mal den Spannungs- und Stromverlauf (mit 
hinreichend schneller Stromzange am Oszi) am FET gemessen ?

Gruß Ulf

Autor: Axel R. (Gast)
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jetzt konnte ich wegen Dir meinen Beitrag nicht editieren :\

StromTuner
mimimimi, hehe
StromTuner

Autor: Axel R. (Gast)
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Ich tippe auch noch auf lange Zuleitung im Sourcekreis, und die 
Gatespannung schwingt dann toll mit. Am Ausgang des Treibers siehts noch 
gut aus, am Mosfet, den Tastkopf direkt Gate-Source angeknüppert, wird 
man sein blaues Wunder erleben.

StromTuner

Autor: Conny G. (conny_g)
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Ulf L. schrieb:
> Hallo
>
> Wo soll denn da eine Überspannung her kommen ? Der FET wird nicht
> übermäßig schnell geschaltet (10nF mit ca.4 Ohm Quellimpedanz des
> Treibers), die Last ist eher Ohmscher Natur mit einem brutal niedrigen
> Kaltwiederstand.

Stimmt nicht, ohmscher Natur. Ich habe auch schon mal mit einer 
Halogenbirne gespielt, die bringt ordentlich Induktivität mit.

Autor: Kurt B. (kurt-b)
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Conny G. schrieb:
> Ulf L. schrieb:
>> Hallo
>>
>> Wo soll denn da eine Überspannung her kommen ? Der FET wird nicht
>> übermäßig schnell geschaltet (10nF mit ca.4 Ohm Quellimpedanz des
>> Treibers), die Last ist eher Ohmscher Natur mit einem brutal niedrigen
>> Kaltwiederstand.
>
> Stimmt nicht, ohmscher Natur. Ich habe auch schon mal mit einer
> Halogenbirne gespielt, die bringt ordentlich Induktivität mit.

Die Wendelung ists wohl, und die Zuleitung selber.

 Kurt

Autor: Rolf M. (rmagnus)
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Abgesehen davon kann es auch manchmal zu "spannenden" Effekten kommen, 
wenn man an ein Schaltnetzteil was anschließt, das auch getaktet ist.

Autor: Thomas L. (bapou)
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Danke für die zahlreichen Rückmeldungen.

FET und Treiber sitzen sehr nahe beieinander (5mm).
Foto habe ich gerade nicht aber Layout-Stück ist angehängt. Die
Pull-Down Widerstaende sind noch nicht drinn; diese hatte ich dann 
'manuell' dazu gelötet.

Die Eingangskapazität des Fets ist es vermutlich nicht; ich hatte einen 
kleineren FET probiert  (TK58A06N1) und die Temperaturerhöhung war
innerhalb der Messgrenzen gleich wie bei dem T100... FET.
(TK100A06N1 hat 10500pF Input Capacitance, TK58A06N1 hat 3400pF).
Dies hat mich etwas verwundert da ich erhofft hatte durch den MOSFET 
Treiber noch weniger Umschaltverluste zu haben.


Ich werde mal zwischen Source und Drain messen
und eine Freilaufdiode ranmachen. Stromzange habe ich leider nicht.

Bzgl. Supressordiode ist mir noch nicht ganz klar was die macht / ob 
diese anstatt der Freilaufdiode angebracht werden soll.

Gruss,
Thom

: Bearbeitet durch User
Autor: Roland E. (roland0815)
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Eine Freilaufdiode ist im FET schon drin. Die darf bis 100A Dauerstrom. 
Man könnte jetzt noch eine Diode in Sperrichtung über die Lampe legen um 
induzierte positive Spannungen ins NT oder einen im Schaltbild nicht 
ersichtlichen Pufferelko zu laden.

Ich vermute aber:
1.  hier einen zu langsamen Schaltvorgang, welcher den FET lokal 
überhitzt. SOA sagt 100us für 10A bei 40V
2. Zu geringe Stromtragfähigkeit. Eine Glühlampe hat locker einen 
10fachen Einschaltstrom. Da sind die 100A des FET schon am Limit. Bei 
40kHz ist der schon nahe am Dauerstrom. Zu 100A sagt SOA auch max Uds < 
1V.

Der Fet ist zu langsam/groß für 40kHz.

Autor: Falk B. (falk)
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@Roland Ertelt (roland0815)

>Eine Freilaufdiode ist im FET schon drin.

Nö, das ist erstens eine parasitäre Bodydiode und zweitens sitzt die an 
der falschen Stelle. Die kann NIE als Freilaufdiode arbeiten, zumindest 
nicht in einer einfachen 1-Quadratenschaltunug mit einem MOSFET.

Eine Halogenlampe mit 40kHz dimmen ist auch reichlich sinnfrei. Und ein 
Monster-MOSFET mit 214A ist auch Unsinn, der macht im Zweifelsfall mehr 
Probleme als er löst.

Autor: Christian K. (Gast)
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Scheint schwierig zu sein, einfach mal am MOSFET Drain mit einem 
gescheiten Tastkopf und Scope ab 100MHz zu messen. Evt. machst Du den 
MOSFET durch Avalanche kaputt, da keine Clampdiode. Im Prinzip baust Du 
mit der Leitungsinduktivität einen Aufwärtswandler (Boost), dessen 
Energie im MOSFET verschwindet.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Thomas L. schrieb:
> Eventuell einen MOSFET mit noch höherer Spannungsfestigkeit nehmen?

Diese Projektionslampen niedriger Lebensdauer (50h) haben einen noch 
höheren Einschaltstrom (geringeren Kaltwiderstand) als normale Halogens, 
bei deinen 11A Nennstrom werdne nciht 110A sondern eher 220A 
Spitzenstrom fliessen können wenn das Netzteil die bringt, und die 263A 
des MOSFETs sind für kürzere Zeitengedacht als die Aufwärmphase der 
Halogenlampe.

Ich tippe also auf Überlastung des MOSFETs durch den Spitzenstrom, wenn 
dein Netzteil leistungsstrak genug ist.

Die Schaltung ist sowieso grober Humbug, denn diese Lampen halten nciht 
lange, sondern gehen kaputt und bilden dabei einen direkten Kurzschluss 
durch das PLasma in der Dampfphase des Wolframs. Es ist also zu 
befürchten, daß deine Schaltung sowieso jedesmal mit kaputt geht, wenn 
die Lampe nach 50h durchbrennt weil die keine Strombegrenzung oder 
Überstromerkennung beinhaltet.

Es sei denn, du hast ein Netzteil, dessen Ausgangselko klein genug ist 
und das seinerseits eine Überstrombegrenzung hat, z.B. auf 20A. Dann 
wird nicht nur der Einschaltstrom durch absackende Betrioebsspannung 
begrenzt, sondern auch beim Durchbrennen der MOSFET durch das (schwache) 
Netzteil geschützt.

Bau also erst mal zum Test eine Lampe niedrigere Leistung ein (150W) und 
schau was passiert. Die Induktion wäre dieselbe.

Verringere dann die PWM auf 150Hz, das verringert die Zusatzbelastung 
durtch die Umschaltverluste quasi auf 0.

Und modifiziere dann deine Schaltung, so daß sie auch mit einem Draht an 
Stelle der Lampe (also direktem Kurzschluss) zurecht kommt und nicht 
gleich in Rauch aufgeht. Das kann durch eine Pulsweise Strombgernzung 
passieren, wenn man absichtlich noch eine Drossel hinzufüht um die 
Ansteigsgeschwindigkeit des Stromes klein zu halten, oder eben durch ein 
begrenztes Netzteil, im einfachen Fall durch ein 40V Netzteil und 0.39 
Ohm 50W Vorwiderstand.

Autor: Conny G. (conny_g)
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Roland E. schrieb:
> 2. Zu geringe Stromtragfähigkeit. Eine Glühlampe hat locker einen
> 10fachen Einschaltstrom. Da sind die 100A des FET schon am Limit. Bei
> 40kHz ist der schon nahe am Dauerstrom. Zu 100A sagt SOA auch max Uds <
> 1V.

Das ist quatsch, sobald sie glüht ist die Lampe warm und hat den 
nominalen Strom der 10A. Und wenn die 100A Einschaltstrom noch im Limit 
des Mosfet sind, dann ist alles gut.

Ich bin sicher, dass es an der fehlenden Freilaufdiode liegt.

Autor: eProfi (Gast)
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Die 150 Hz wird man hören.
10-20kHz reichen dicke. Eine Spule kann den Strom glätten.
Ein Snubber parallel zum FET dürfte auch funktionieren.
Beim Einbau einer Freilaufdiode auf die aufspannenden Flächen achten, 
d.h. Fet, Diode und Abblock-C so nahe aneinander wie möglich.
Am C einspeisen und mit verdrillter Leitung zur Lampe.

Schwer zu sagen, ob Strom oder Spannung schuld sind.

Eine andere Möglichkeit wäre ein echter AC-Sinusdimmer, d.h. zwei 
Mosfets antiseriell. Suche hier im Forum, ich habe schon öfters was dazu 
geschrieben.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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eProfi schrieb:
> Die 150 Hz wird man hören

Das macht ja nichts, wenn man damit nur mal testet, ob die 40kHz ein 
Problem sind.

Mit 20kHz wird man das Problem nämlich nicht entdecken.

Autor: Der Andere (Gast)
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Michael B. schrieb:
> Es ist also zu
> befürchten, daß deine Schaltung sowieso jedesmal mit kaputt geht, wenn
> die Lampe nach 50h durchbrennt weil die keine Strombegrenzung oder
> Überstromerkennung beinhaltet.

Michael B. schrieb:
> Und modifiziere dann deine Schaltung, so daß sie auch mit einem Draht an
> Stelle der Lampe (also direktem Kurzschluss) zurecht kommt und nicht
> gleich in Rauch aufgeht. Das kann durch eine Pulsweise Strombgernzung
> passieren, wenn man absichtlich noch eine Drossel hinzufüht um die
> Ansteigsgeschwindigkeit des Stromes klein zu halten

Michael hat völlig recht. Die Gefahr ist gegeben und mit der 
Strombegrenzung würde man den Einschaltstromstoß auch erledigen. Das 
könnte sich sogar positiv auf die Lebensdauer der Lampe auswirken.

Autor: Axel R. (Gast)
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So ne dicke Drossel halte ich für nicht zielführend. Elektrisch ja: 
keine Frage. Aber die Schaltung soll denk ich mal so klein bleiben, wie 
sie jetzt ist. Die "fette" Supressordiode parallel zum Fet war gemeint. 
Die nimmt dann die Avalanche-Energie auf, die der Fet nicht schafft.
Wenn Du die Lampe mit kurzen IMpulsen langsam in einer Art hochfährst 
und bei NennDuty hältst, sollte auch der Einschaltstromstoß nicht allzu 
heftig werden. Meine Erfahrungen beziehen sich hier auf 12V/55Watt(KFZ) 
und auf 24V/250Watt(Tageslichtprojektor, ähnlich "Polylux".

Die geschaltete Fläche unterm Treiber weg und diesen statt dessen 
großflächig an MAsse anschliessen. Der Strom muss da auch wieder weg 
können und nicht über EINE 0.3er Via...

StromTuner

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Axel R. schrieb:
> Wenn Du die Lampe mit kurzen IMpulsen langsam in einer Art hochfährst
> und bei NennDuty hältst, sollte auch der Einschaltstromstoß nicht allzu
> heftig werden.

Was soll den Strom reduzieren ?

So eine Lampe hat kalt einen geringen Widerstand, z.B. 0.2 Ohm, und da 
fliessen dann auch 180A, egal ob dein Impuls 1us oder 1ms, es sind immer 
180A bis der Draht mal warm wird.

Es ist ein Irrtum zu glauben, der Strom wäre geringer. Die Verluste im 
Schalttransistor sind geringer wenn man langsam aufdimmt, weil der 
Transistor nach den 180A ja Pause hat, also vielleicht IM MITTEL 1% 180A 
+ 99% 0A führt und damit nur 1% der Wärme entwickelt, aber der Strom 
bleibt bei 180A.

Axel R. schrieb:
> So ne dicke Drossel halte ich für nicht zielführend

Eine Spule willst du ja nicht, die wäre das einzige, was den 
Stromansteig begrenzen könnte. Man braucht sie nicht bei einer Lampe 
ausser zur Störungsreduzierung, aber man bracht sie, wenn man bei 
Überstrom abschalten will, damit z.B. bei erkannten 25A und 1us 
Abschaltreaktionstzeit der Strom in der 1us nicht schon auf 220A 
gestiegen ist, sondern vielleicht nur 50A.

Autor: Ulf L. (ulf_l)
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Kurt B. schrieb:
> Conny G. schrieb:
[...]>>
>> Stimmt nicht, ohmscher Natur. Ich habe auch schon mal mit einer
>> Halogenbirne gespielt, die bringt ordentlich Induktivität mit.
>
> Die Wendelung ists wohl, und die Zuleitung selber.
>
>  Kurt


Hallo

Dann rechnet doch mal so eine eng gewickelte Luftspule aus. Da kommt 
irgendwas im 0,1uH bis 0,3 uH raus. Wie wäre es dann aber immer noch, 
wenn der TO mal Strom und Spannung am FET mißt. Dann würde das orakeln 
vielleicht einfacher werden ;-).

Gruß Ulf

Autor: Axel R. (Gast)
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Michael B. schrieb:
> Eine Spule willst du ja nicht, die wäre das einzige, was den
> Stromansteig begrenzen könnte. Man braucht sie nicht bei einer Lampe
> ausser zur Störungsreduzierung, aber man bracht sie, wenn man bei
> Überstrom abschalten will, damit z.B. bei erkannten 25A und 1us
> Abschaltreaktionstzeit der Strom in der 1us nicht schon auf 220A
> gestiegen ist, sondern vielleicht nur 50A.

okay, geb ich Dir recht. Fliesst ja auch ordentlich Strom delta_i 
delta_t... iregentwie war da was... :)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Prometheus schrieb:
> U=L*di/dt = 1µH*11A/100ns = 110V

Thomas L. schrieb:
> - Kaltwiderstand; dieser scheint sehr klein (<1 Ohm)

D.h. der Strom im kalten Zustand ist größer als 36A und damit die
Spannungsspitze größer als 360V. Je nach Kaltwiderstand können es aber
auch noch wesentlich mehr werden.

Falls der Strom max. 100A beträgt, sollte eine einmalige Spitze durch
den Avalancheeffekt geschluckt werden, da bei 1µH die Avalancheenergie
deutlich unter dem Limit des Mosfets bleibt. Da aber mit 40kHz drauflos
geballert wird, entsteht bei 100A eine mittlere Verlustleistung von
immerhin

  ½·(100A)²·10µH·40kHz = 200W

Besonders stark wird der Mosfet belastet, wenn das Tastverhältnis der
PWM klein gewählt wird. Dadurch wird die Lampe nie richtig warm, der
Mosfet aber auf Grund des Avalancheeffekts umso mehr.

Man kann die Induktivität der Zuleitungen zwar verringern, indem man
beide Leitungen dicht beieinander verlegt bzw. verdrillt, aber eine
Freilaufdiode würde ich auf jeden Fall vorsehen. Dann kannst du auch –
wie vom Laberkopp vorgschlagen – noch eine Drossel in die Leitung
schalten, um den Stromanstieg zu begrenzen.

Autor: Michael D. (Firma: indEAS) (indeas)
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1. Schaltfrequenz: die 20kHz sollten reichen, bei 40kHz sind die 
Schaltverluste doppelt so hoch. Außerdem, wenn man es pfeifen hört, dann 
sind immer Induktivitäten am Werke...
2. Eine Freilaufdiode am FET ist in jedem Fall wichtig.
Zum Testen kann mal ja mal eine 1N4148 (mit Vorwiderstand) spendieren. 
Wenn Spannung am Vorwiderstand anliegt, dann wird wohl ein Freilaufstrom 
fließen.
3. Die 36V müssen ordentlich gegen schnelle Impulse gepuffert sein (Elko 
+ Keramik). Noch ein Varistor wäre auch nicht schlecht.
4. Dem FET würde ich auch noch ein RC-Snubber spendieren. Das entlastet 
den FET und die EMV freut sich.

Autor: Conny G. (conny_g)
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Yalu X. schrieb:
>   ½·(100A)²·10µH·40kHz = 200W
>
> Besonders stark wird der Mosfet belastet, wenn das Tastverhältnis der
> PWM klein gewählt wird. Dadurch wird die Lampe nie richtig warm, der
> Mosfet aber auf Grund des Avalancheeffekts umso mehr.

Aus dieser Überlegung heraus sollte man also die PWM langsam anfahren, 
idealweise durch messen des tatsächlichen Stroms.
100% Dutycycle solange > 20A, dann die PWM auf niedrigeren DC 
reduzieren.
Könnte man ja mit einem Mess-Shunt machen der via Opamp einen uC Port 
auf high schaltet sobald eine bestimmte Stromschwelle unterschritten 
ist... :-)

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Conny G. schrieb:
> Aus dieser Überlegung heraus sollte man also die PWM langsam anfahren,
> idealweise durch messen des tatsächlichen Stroms.
> 100% Dutycycle solange > 20A

Das funktioniert bei einer ohm'schen Last nicht, da ist der Strom sofort 
beim Kaltglühlampenstrom.

Es funktioniert nur mit eienr Spule oder einem Motor. Da wird das auch 
oft gemacht.

Autor: Der Andere (Gast)
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Conny G. schrieb:
>> Besonders stark wird der Mosfet belastet, wenn das Tastverhältnis der
>> PWM klein gewählt wird. Dadurch wird die Lampe nie richtig warm, der
>> Mosfet aber auf Grund des Avalancheeffekts umso mehr.
>
> Aus dieser Überlegung heraus sollte man also die PWM langsam anfahren,
> idealweise durch messen des tatsächlichen Stroms.
> 100% Dutycycle solange > 20A, dann die PWM auf niedrigeren DC
> reduzieren.

Das widerspricht sich. Gerade bei kleinen Tastverhältnissen kriegt der 
Mosfet auf die Mütze und du willst ihn schön langsam hochfahren.

Conny G. schrieb:
> Könnte man ja mit einem Mess-Shunt machen der via Opamp einen uC Port
> auf high schaltet sobald eine bestimmte Stromschwelle unterschritten
> ist... :-)

Viel zu langsam. Man braucht wie Michael gesagt hat eine Induktivität um 
den STromanstieg langsam genug zu machen, daß man reagieren kann.

Michael D. schrieb:
> 2. Eine Freilaufdiode am FET ist in jedem Fall wichtig.
> Zum Testen kann mal ja mal eine 1N4148 (mit Vorwiderstand) spendieren.

Das ist jetzt ein Witz oder?

Es wurde oben schon alles gesagt, nur noch nicht von jedem.

Autor: Conny G. (conny_g)
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Michael B. schrieb:
> Conny G. schrieb:
>> Aus dieser Überlegung heraus sollte man also die PWM langsam anfahren,
>> idealweise durch messen des tatsächlichen Stroms.
>> 100% Dutycycle solange > 20A
>
> Das funktioniert bei einer ohm'schen Last nicht, da ist der Strom sofort
> beim Kaltglühlampenstrom.
> Es funktioniert nur mit eienr Spule oder einem Motor. Da wird das auch
> oft gemacht.

Die Annahme war dabei, dass der FET den Kaltstrom aushält.

Autor: c.m. (Gast)
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gibts faustregeln für supressordioden zwischen DS?
angenommen ich schalte 8A bei 12V über einen "guten" alten BUZ11 (max 
VDS typisch 50V), leitungslänge zum (ohmschen) verbraucher 50cm.

wäre eine ~40V supressordiode noch OK, oder lieber was nehmen, das näher 
an 12V liegt als an der breakdown voltage des MOSFET?

Autor: eProfi (Gast)
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> Es ist ein Irrtum zu glauben, der Strom wäre geringer.
Ebenfalls ein Irrtum ist es, zu glauben, eine Halogenlampe und der 
gesamte Aufbau hätten keine Induktivität.

Eine Drossel entlastet den Fet sehr, denn in der Off-Time liefert sie 
den Laststrom weiter. Die Induktivität braucht nicht groß sein, 
einstelliger µH-Bereich.

> Die Verluste im Schalttransistor sind geringer wenn man
> langsam aufdimmt, weil der Transistor nach den 180A ja Pause hat,
Das rettet ihn.

> also vielleicht IM MITTEL 1% 180A + 99% 0A führt und
> damit nur 1% der Wärme entwickelt, aber der Strom bleibt bei 180A.
Oh oh, P = I*I*R, bei einem kleinen Stromflusswinkel ist die 
Verlustleistung viel höher! Die Zeit ist 1%, aber die Verlustleistung 
ist 100*100=10000 mal so groß.

Michael Demuth, danke für Deine Unterstützung meiner Thesen.


> Und wenn die 100A Einschaltstrom noch im Limit des Mosfet sind,
> dann ist alles gut.
Ja genau, vor allem wenn der FET mit 40 kHz ein- und ausschaltet.

Autor: DCDC (Gast)
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c.m. schrieb:
> gibts faustregeln für supressordioden zwischen DS?
> angenommen ich schalte 8A bei 12V über einen "guten" alten BUZ11 (max
> VDS typisch 50V), leitungslänge zum (ohmschen) verbraucher 50cm.
>
> wäre eine ~40V supressordiode noch OK, oder lieber was nehmen, das näher
> an 12V liegt als an der breakdown voltage des MOSFET?

Also wenn die Spannungsversorgung für den Verbraucher (hier 36V) und der 
MOSFET-Drain Anschluss auf dem Board nahe bei einander liegen, dann 
würde ich lieber hier eine Freilaufdiode parallel zur Last legen. Die 
Leitungslänge zur Last ist dann (fast) irrelevant. Eine Suppressordiode 
periodisch im Durchbruch (d.h. mit Schaltfrequenzen im kHz Bereich) 
nutzen würde ich nicht machen, das geht (wie geschildert wenn die 
Suppressordiode die Energie ab kann) zwar aber sobald die Leitungslänge 
doch größer wird brauch man eine noch größere usw.

Gruß DC/DC

Autor: Amateur (Gast)
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Für mich sind die zwei Favoriten:
Zu langsam einschalten oder
Kaltleiter im Ausgang

Autor: Roland E. (roland0815)
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Conny G. schrieb:
> Roland E. schrieb:
>> 2. Zu geringe Stromtragfähigkeit. Eine Glühlampe hat locker einen
>> 10fachen Einschaltstrom. Da sind die 100A des FET schon am Limit. Bei
>> 40kHz ist der schon nahe am Dauerstrom. Zu 100A sagt SOA auch max Uds <
>> 1V.
>
> Das ist quatsch, sobald sie glüht ist die Lampe warm und hat den
> nominalen Strom der 10A. Und wenn die 100A Einschaltstrom noch im Limit
> des Mosfet sind, dann ist alles gut.
>

Wie lange braucht der Draht bis er glüht? 100ms? Mehr? Weniger? Schaue 
mal ins SOA-Diagramm nach, welche Ströme für den gewählten FET bei der 
gewählten Spannung zulässig sind...

> Ich bin sicher, dass es an der fehlenden Freilaufdiode liegt.

Zeichne doch mal die Freilaufdiode in den Schaltplan ein. Zeichne 
anschließend die vorhandene 100A (so viel darf sie dauernd bei dann 
anliegenden 1,2V) Bodydiode ein. Merkste was?

Autor: Thomas L. (bapou)
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Danke für die vielen Tips und Hinweise.

Ich sehe ich habe bisher zu einfach gedacht und werde fuer den 
operationellen Betrieb erstmal zu der alten (brummenden) Loesung, 
konventionelles Netzteil und davor DMX Dimmer zurueckkehren.

zu Euren Fragen

Das Schaltnetzteil hat eine Strombegrenzung auf 22A (bzw. eine 
Überstromabschaltung) und der ELKO scheint recht klein zu sein. Daher 
koennte es den Durchbrennfall abfedern aber ich werde mit einer 
Kurzschlussbruecke testen ob der MOSFET oder das Netzteil gewinnt.


Bei 150Hz ist bleibt der MOSFET in der Tat kalt; aber das Netzteil 
brummt laut mit 150Hz.

20kHz habe ich getestet; bleibt kuehler wie erwartet, aber das scheint 
mit der Frequenz des Schaltnetzteils (70kHz) zu interferieren und fiept 
laut; Generell bin ich recht unflexibel mit den Frequenzen da ich nur 
ein spezielle Teiler der Quarzfrequenz als PWM Frequenz nehmen kann da 
der Pin zu einem 8 Bit Timer gehört.

Mosfet Treiber werde ich direkt (ohne Via's) an GND anbinden auch wenn 
ich kaum glauben kann dass es einen grossen Unterschied macht.

Bisher geht der +Pol vom Netzteil direkt zur Lampe und der -Pol einen 
Umweg ueber die Platine die wegen der Kuehlung etwas ausserhalb liegt 
(ca. 20cm weg von dem direkten Weg). Dies ist sicher nicht optimal auch 
bzgl. Freilaufdiode.

Meine Vermutung nach dieser Diskussion ist als Grund die Freilaufdiode / 
Induktion, nicht die Stromtragfaehigkeit, da sich beide MOSFETs, der 
kleinere mit 4.4mOhm und halben MaxStrom und der grosse mit 2.2mOhm bzgl 
der Erwaermung gleich verhalten haben.... und dann irgendwann 
undefiniert abgeraucht sind.

Ich werde versuchen Drain und Gate jeweils vs. Source zu messen und die 
Bilder reinzustellen.


Gruss,
Thom

Autor: ichbin (Gast)
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Moin

Hab jetzt nach der Hälfte aufgehört zu lesen...

Hat sich mal einer Gedanken um die Form der GlühWENDEL gemacht.
Die dürfte durch ihre Form auch eine nette zusätzliche Induktivität 
darstellen?
Ich hatte mal einen PWMsteller mit ein paar 100Hz vor der selbstgebauten 
12V 30W Fahrradbeleuchtung. Da konnte man die Birne singen hören.

ichbin

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Thomas L. schrieb:
> Bei 150Hz ist bleibt der MOSFET in der Tat kalt

Uff, endlich mal jemand, der wirklich den Vorschlägen folgt.

Thomas L. schrieb:
> Meine Vermutung nach dieser Diskussion ist als Grund die Freilaufdiode /
> Induktion, nicht die Stromtragfaehigkeit,

Ergebnis: Nicht Maximalstrom oder Überspannung, sondern deine 
Umschaltverluste treiben den MOSFET in den Tod.

Daß er vor dem platzen heiss wird, hast du vorher nicht erzählt.

Autor: Thomas L. (bapou)
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... er wird auch nicht heiss vor dem kaputt gehen...

Nur kalt = 150Hz oder voll durchgeschaltet, und warm (40 Grad mit 
Kühlkörper) ist noch ein Unterschied

Autor: Roland E. (roland0815)
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Wenn die Umschaltverluste einen FET zerstören, ist ein warmes Gehäuse 
das letzte was auftritt. Die Schäden im Silizium sind lokal und klein 
und summieren sich auf. Die thermische Zeitkonstante des Gehäuses liegt 
wimre bei >1s. In der Zeit wird der FET bei 40kHz bereits 40.000mal 
geschädigt, bevor das Gehäuse überhaupt warm würde. Je nach Bautyp 
(Trench, Hex oder Planar) äußert sich der Ausfall früher oder später.

Fakt ist: Für die og Anwendung wird der FET zu langsam geschaltet. Die 
"dynamische Strombegrenzung" durch den Kaltleiter Glühwendel ist viel zu 
langsam.

PS: Lies das Datenblatt mal bis zum Ende, und nicht nur die Schlagworte 
Dauerstrom und Rdson.

: Bearbeitet durch User
Autor: Achim S. (Gast)
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Roland E. schrieb:
> Zeichne doch mal die Freilaufdiode in den Schaltplan ein. Zeichne
> anschließend die vorhandene 100A (so viel darf sie dauernd bei dann
> anliegenden 1,2V) Bodydiode ein. Merkste was?

Was soll er dabei anderes merken, als dass die Bodydiode des FETs in 
seiner Schaltung nicht als Freilaufdiode wirken kann? (wurde gestern 
schon erklärt... Beitrag "Re: MOSFET stirbt, PWM 400W, Halogen" ). 
Wenn du es immer noch nicht glaubst, dann mach selbst mal die Zeichnung, 
die du Conny G. vorschlägst.

@ Thomas Laepple: ob dein FET wegen zu langsamen Umschaltens oder wegen 
ständig wiederholtem Durchbruch (aufgrund einer fehlenden Freilaufdiode) 
stattfindet, kannst du mit deiner augenblicklichen Beobachtung nicht 
unterscheiden: beide Effekte werden gleichermaßen um den Faktor 266 
unkritischer wenn du die Umschaltfrequenz von 40kHz auf 150Hz 
runtersetzt.

Aber mit einer supersimplen Messung kennst du die Antwort sofort, und 
~80% der Rumraterei hier im Thread wären unnötig.

Du hast ein Oszi (mit dem du dir schon die Gateansteuerung angschaut 
hast). Schau dir einfach einmal den Ausschaltvorgang an und berichte, 
auf welchen Wert die Drainspannung dabei (kurzzeitig) ansteigt. Nimm 
einen 10:1 Tastkopf, damit die Kapazität der Messleitung das Ergebnis 
nicht zu stark verfälscht.

Steigt die Spannung ungefähr in die Region der Durchbruchspannung deines 
FET? Dann brauchst du eine Freilaufdiode. Bleibt sie deutlich unter der 
Spannungsfestigkeit deines FET? Dann ist eine Freilaufdiode unnötig und 
der Defekt kommt tatsächlich von der zu langsamen Schaltflanke am Gate 
und der damit verbundenen Schaltverluste.

Autor: Tany (Gast)
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bin 80% für Schaltverlust. Wer bittet mehr?

Autor: Axel R. (Gast)
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Wenn der Plus für die Lampe direkt vom NT kommt (dacht' ich mir fast)ist 
doch die umspannte Fläche des zu schaltenen Stroms riesengroß.
Immer, wenn wir hier Schaltregler diskutieren, kommt ein 
Layoutvorschlag, wo die Stromschleifen mit rot und/oder blau 
eingezeichnet wurden mit dem Hinweis, das diese sehr klein sein sollen. 
Da werden dann die Überspannungen durch den ESR vom Eingangselko 
kurzgeschschlossen und da kommt es immer auf jeden Zentimeter an.
Hier hängen zwei Meter Draht drann, hier fliessen (verhältnissmäßig) 
hohe Ströme und hier spielt das alles auf einmal keine Rolle mehr?
Meine Schlußfolgerung:
Führe also den PLUS für deine Lampe mit auf die Platine und blocke dicht 
am FET den PLUS und den GND mit einem 4u7/100V Folie und einem Keramik 
und einem Elko ab. So schön dicht am FET.

Bin ich ja gespannt, woran es nun wirklich lag.

StromTuner

Autor: Wolfgang (Gast)
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ichbin schrieb:
> Die dürfte durch ihre Form auch eine nette zusätzliche Induktivität
> darstellen?

"nett" ist ein Wort, was in der Elektronik wenig Erkenntnisgewinn 
bringt. Die Induktivität einer Luftspule ist aber kein Geheimnis.

> Hab jetzt nach der Hälfte aufgehört zu lesen...

Dann warst du nicht geduldig genug ...

Ulf L. schrieb:
> Dann rechnet doch mal so eine eng gewickelte Luftspule aus. Da kommt
> irgendwas im 0,1uH bis 0,3 uH raus.

Autor: Roland E. (roland0815)
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Achim S. schrieb:
> Roland E. schrieb:
>> Zeichne doch mal die Freilaufdiode in den Schaltplan ein. Zeichne
>> anschließend die vorhandene 100A (so viel darf sie dauernd bei dann
>> anliegenden 1,2V) Bodydiode ein. Merkste was?
>
> Was soll er dabei anderes merken, als dass die Bodydiode des FETs in
> seiner Schaltung nicht als Freilaufdiode wirken kann?

Warum soll die Bodydiode hier nicht als Freilaufdiode wirken aber eine 
dazu parallel geschaltete?

Gegen eine induzierte Überspannung hilft die/eine Freilaufdiode eh 
nicht.  Dazu braucht es eine Supressordiode falls das NT nicht 
Rückspeisefähig ist.

Autor: Achim S. (Gast)
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Roland E. schrieb:
> Warum soll die Bodydiode hier nicht als Freilaufdiode wirken aber eine
> dazu parallel geschaltete?

Wer sagt denn, dass die Freilaufdiode parallel zur Bodydiode geschaltet 
werden soll?

Schau dir z.B. folgende Abbildung an
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Schaltstufe_f.C3.BCr_gro.C3.9Fe_Lasten
und ersetze in Gedanken die dort gezeichnete Spule durch die parasitäre 
Induktivität im Aufbau des TO.

Roland E. schrieb:
> Gegen eine induzierte Überspannung hilft die/eine Freilaufdiode eh
> nicht.  Dazu braucht es eine Supressordiode falls das NT nicht
> Rückspeisefähig ist.

Beim Freilauf wird nichts zurückgespeist: der Strom fließt einfach 
weiter bis die magnetisch gespeicherte Energie in der Last (und der 
Diode) verheizt ist. Die entstehende Induktionsspannung ist dabei nicht 
höher als die Durchlassspannung der Diode.

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Michael Bertrandt (laberkopp)

>Axel R. schrieb:
>> Wenn Du die Lampe mit kurzen IMpulsen langsam in einer Art hochfährst
>> und bei NennDuty hältst, sollte auch der Einschaltstromstoß nicht allzu
>> heftig werden.

>Was soll den Strom reduzieren ?

>So eine Lampe hat kalt einen geringen Widerstand, z.B. 0.2 Ohm, und da
>fliessen dann auch 180A, egal ob dein Impuls 1us oder 1ms, es sind immer
>180A bis der Draht mal warm wird.

Warum habt Ihr immer so viel Angst vor "zu hohen" Strömen bei Mosfets.
Mosfets sind wunderbar überstromfähig, solange deren "Sperrschicht" 
nicht zu heiß wird. In anderen Worten: es muß kurz genug sein.
Praktisch jedes DB eines Schalt-Mosfet gibt ein Diagramm an, welches " 
Maximum Effective Transient Thermal Impedance" oder ähnlich genannt 
wird.
Je niedriger die Einschaltzeit, bzw. je niedriger das 
PulsPausenverhältnis, umso mehr Strom verträgt ein Mosfet.
Oder anders ausgedrückt: die Thermal Impedance geht ziemlich weit nach 
unten. Man kann mehr Leistung verpulvern (aktuelle Leistung, nicht 
mnittlere Leistung).
D.h., ein fetter Halogener kann auch von einem fetten Mosfet mit 
niedriger PWM angesteuert werden, auch wenn der anfangs im Bereich von 
Id_max werkelt. Die PWM muß eben mit der Halogenlampe entsprechend 
mitgehen..



@ Roland Ertelt (roland0815)

>Conny G. schrieb:
>> Roland E. schrieb:
>>> 2. Zu geringe Stromtragfähigkeit. Eine Glühlampe hat locker einen
>>> 10fachen Einschaltstrom. Da sind die 100A des FET schon am Limit. Bei
>>> 40kHz ist der schon nahe am Dauerstrom. Zu 100A sagt SOA auch max Uds <
>>> 1V.
>>
>> Das ist quatsch, sobald sie glüht ist die Lampe warm und hat den
>> nominalen Strom der 10A. Und wenn die 100A Einschaltstrom noch im Limit
>> des Mosfet sind, dann ist alles gut.
>>
>
>Wie lange braucht der Draht bis er glüht? 100ms? Mehr? Weniger? Schaue
>mal ins SOA-Diagramm nach, welche Ströme für den gewählten FET bei der
>gewählten Spannung zulässig sind...

SOA? Das ist doch eher was für den Analog-Betrieb. DBs von 
Schalt-Mosfets habens owas schon fat gar nicht mehr.
Im Schaltbetrieb dagegen gilt eher Rds_on und Id, und in Zusammenhang 
mit Impulsen die schon erwähnte " Maximum Effective Transient Thermal 
Impedance"

>> Ich bin sicher, dass es an der fehlenden Freilaufdiode liegt.

>Zeichne doch mal die Freilaufdiode in den Schaltplan ein. Zeichne
>anschließend die vorhandene 100A (so viel darf sie dauernd bei dann
>anliegenden 1,2V) Bodydiode ein. Merkste was?

Ich habe den Eindruck, Du weißt nicht, was eine Freilaufdiode ist, bzw. 
wie diese funktioniert. Denn eine Freilaufdiode liegt nicht parallel 
zuMosfet (Body-Diode), sondern zum "Verbraucher".



@Roland Ertelt (roland0815)

>Achim S. schrieb:
>> Roland E. schrieb:
>>> Zeichne doch mal die Freilaufdiode in den Schaltplan ein. Zeichne
>>> anschließend die vorhandene 100A (so viel darf sie dauernd bei dann
>>> anliegenden 1,2V) Bodydiode ein. Merkste was?
>>
>> Was soll er dabei anderes merken, als dass die Bodydiode des FETs in
>> seiner Schaltung nicht als Freilaufdiode wirken kann?

>Warum soll die Bodydiode hier nicht als Freilaufdiode wirken aber eine
>dazu parallel geschaltete?

Eben weil eine Freilaufdiode nicht parallel zur Body-Diode liegt.

>Gegen eine induzierte Überspannung hilft die/eine Freilaufdiode eh
>nicht.

Hmm - eine Freilaufdiode ist aber ausgerechnet gegen Überspannungen des 
Verbrauchers. Warum sol die also nicht dagegen helfen?

>Dazu braucht es eine Supressordiode falls das NT nicht
>Rückspeisefähig ist.

???
Ich glaube, hier fehlen Grundlagen - oder wir sind Opfer einer massiv 
unterschiedlichen Terminology.

: Bearbeitet durch User
Autor: Roland E. (roland0815)
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Ah, ver....

Ich hab (durch die PWM) ein Stellerdesign im Kopf gehabt.

Für geschaltete Lasten ist die Diode anders. Für eine PWM braucht es 
hier aber eine ziemlich Dicke.

Flanken, die breiter als Pikosekunden sind, sind quasi analoge Signale.

Autor: Joe F. (easylife)
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Weitere mögliche Ursache: 12v supply rampt beim einschalten zu langsam 
hoch. Wenn dann der Controller bereits eine PWM raushaut wird der Fet 
eine Weile mit zu niedriger Gate Spannung angesteuert. Und zwar 
ausgerechnet dann, wenn die Lampe noch kalt ist. Abhilfe: PWM erst 
starten, wenn die 12v auch sicher auf 12v sind.
Das gleiche kann auch beim Abschalten vorkommen (12v bricht vor 
Abschalten der PWM ein)

: Bearbeitet durch User
Autor: andark (Gast)
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Ich halte ebenfalls die fehlende Diode für die Haupursache des Ablebens 
(osr64664_1.png im Vergleich zu osr64664_2.png)

Allerdings kann auch auch sein, dass es zu einer unheilvollen 
Kombination mit der Strombegrenzung des Schaltnetzteils kommt, da 
zumindest die Zeit bis ein höherer Lampenwiderstand erreicht ist 
wesentlich verlängert wird (osr64664_1a.png). Über gegenseitiges 
Aufschaukeln kann man nur spekulieren.

Am sinnvollsten erscheint mir daher ein Einschalten über Vorwiderstand, 
bis die Lampe heiß genug ist. Dadurch kann man dann die Auswahl der 
MOSFET bzw. der Diode wesentlich entspannter angehen (osr64664_3.png).

Mittelwerte über die ersten bzw. letzten 10ms; bei R3a 500ms
   M2       D1      R3a
1  1.4kW     -       -
1a 166W      -       -
2  6.4W     35W      -
3  800mW    3W       64J

p.s. Ich habe mir Jim Thompsons Lampenmodell noch nicht genauer 
angesehen (V(u1:4) mit 16000K als Fadentemperatur scheint etwas 
übertrieben), sollte aber am Problem nicht viel ändern.
http://www.analog-innovations.com/

Autor: Jens G. (jensig)
Datum:

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@Roland Ertelt (roland0815)

>Ah, ver....

>Ich hab (durch die PWM) ein Stellerdesign im Kopf gehabt.

>Für geschaltete Lasten ist die Diode anders. Für eine PWM braucht es
>hier aber eine ziemlich Dicke.

>Flanken, die breiter als Pikosekunden sind, sind quasi analoge Signale.

Naja, man muß nicht gleich übertreiben ...

Autor: Stephan (Gast)
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Wie werden denn PWM und MOSFet-Treiber koordiniert?
Ist sichergestellt, dass am Treiber (nach allen Zeitkonstanten) 12V 
bereitstehen, bevor die PWM erstmalig auf High geht? Der Treiber hat ja 
keinen Unterspannungsschutz.

Unter 6V Treiberversorgung führt das Einschalten der kalten Lampe fast 
sicher zum MOSFet-Tod.

---
Andere Überlegungen:

Zuleitungsinduktivität: 2x0,5m > max. 1µH > max. 16,2mJ bei 180A
Mit der Vorspannung von 36V wären das max. 40,5mJ die je 
"Ab"-Schaltvorgang im MOSFet landen. Single pulse avalanche energy ist 
413mJ.
Bei 40 kHz aber dennoch 1,62 kW.
> evtl. Softstart

Freilaufdiode: Schadet nicht wenn sie sehr schnell ist, ich seh die 
Lampeninduktivität aber nicht so groß.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas L. schrieb:
> Ich steuere einen MOSFET über PWM Treiber mit 40kHz an um über der
> Hörgrenze zu sein.

Ich stehe auf 180 Hz, leicht zu schalten und hören tut man auch 
nichts...

Wie kommst Du auf die Idee mit der Hörfrequenz? Da ist nur ein
Glühfaden...

Autor: Schreiber (Gast)
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Mani W. schrieb:
> Ich stehe auf 180 Hz, leicht zu schalten und hören tut man auch
> nichts...

man kann ruhig noch weiter runter gehen, 100Hz sind problemlos, bei 
Lampen mit sehr dickem Glühfanden sind auch 20Hz noch ausreichend

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas L. schrieb:
> Dies
> scheint eher beim einschalten oder resetten zu passieren als im Betrieb.

Die Gatespannung muss eine gewisse Mindestspannung haben, damit der
MOSFET voll durchgesteuert wird...

Das sind übliche Fehler beim Hochfahren einer Schaltung, egal ob
analog oder anderes...

Das heißt, die Gatespannung darf erst dann aufgeschaltet werden bzw.
der Steuerausgang freigegeben werden, wenn sichergestellt ist, dass
die Gatespannung mind. 8V beträgt (Bsp.)...

Alles darunter heizt das Teil schneller ab als es warm wird...

Autor: MaWin (Gast)
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andark schrieb:
> Allerdings kann auch auch sein, dass es zu einer unheilvollen
> Kombination mit der Strombegrenzung des Schaltnetzteils kommt

Joe F. schrieb:
> Weitere mögliche Ursache: 12v supply rampt beim einschalten zu langsam
> hoch. Wenn dann der Controller bereits eine PWM raushaut wird der Fet
> eine Weile mit zu niedriger Gate Spannung angesteuert. Und zwar
> ausgerechnet dann, wenn die Lampe noch kalt ist. Abhilfe: PWM erst
> starten, wenn die 12v auch sicher auf 12v sind.

Guter Beitrag. Selbst wenn 12V schon 12V sind, man die PWM einschaltet, 
kann auf Grund der Überlastung des SNT die Spannung wieder so weit 
fallen, dass der MOSFET keine ausreichende Gate-Spannung bekommt, nur 
noch halb aufsteuert und an der Verlustleistung zu Grunde geht.
Gate-Treiber mit UVLO Unterspannungsabschaltung würden das verhindern.

Autor: Conny G. (conny_g)
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Mani W. schrieb:
> Thomas L. schrieb:
>> Ich steuere einen MOSFET über PWM Treiber mit 40kHz an um über der
>> Hörgrenze zu sein.
>
> Ich stehe auf 180 Hz, leicht zu schalten und hören tut man auch
> nichts...
>
> Wie kommst Du auf die Idee mit der Hörfrequenz? Da ist nur ein
> Glühfaden...

Ich habe in einer ähnlichen Diskussion mal gelernt, dass mit höherer 
Frequenz nur die elektromagnetischen Abstrahlungen größer werden und 
deshalb niedrigere Frequenz eigentlich besser ist. Bei einem Glühdraht 
ist auch alles ab 100Hz völlig ok für das Auge.
Und bei mir hat bei egal welcher F nur das Netzteil gesungen. Mit einem 
dicken LC Filter / Puffer vor der Schaltung war dann alles gut. Ich 
glaube es war 1000uH/3300uF bei 12V/3A Halogenlampe.

Autor: Bla (Gast)
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Irgendwie ist es hier immer das gleiche wenn jemand eine PWM bauen will. 
Ein Haufen Leute zerbrechen sich den Kopf über völlig belanglose Dinge 
(Einschaltverhalten usw). Dabei fehlt in der Schaltung die Freilaufdiode 
(die allein nützt übrigens gar nichts wenn sie wieder über eine ewig 
lange Leitung angeschlossen wird) und ein Kondensator der als DC link 
dienen kann. Die Ergebnisse des TO zeigen ja dass es nicht an der 
Strombelastung des Bauteils liegt. Was passiert ist relativ 
offensichtlich und wurde schon mehrfach genannt, die Energie in der 
Zuleitungsinduktivität wandert bein Abschalten als Avalanche Energie in 
den MOSFET. Bei niederen Frequenzen hält der das aus, bei 40kHz nicht 
mehr.

Vor kurzem war doch hier ein Thread zu einer Motorsteuerung mit dem 
gleichen Problem (bei dem sind die Kondensatoren vor einem Linearregler 
abgebrannt). Irgendwo sollte man hier mal eine Erklärung geben wie man 
eine Halbbrücke baut und wieso das ohne DC link nicht geht. Die meisten 
Leute bauen nämlich eine Freilaufdiode ein, lassen aber den Kondensator 
weg. Das hilft nur wenn die Zuleitungsinduktivität klein genug ist.

Autor: Marko (Gast)
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Ich glaube nicht, dass es am Avalanche liegt. Der FET hat ein Avalanche 
Rating und sollte das problemlos wegstecken können. 413mJ ist gewaltig, 
das erreicht man nicht mit einer Glühlampe.

Ich tippe eher auf Spannungsspitzen am Gate. Löte eine 1,3W 12V 
Zenerdiode zwischen Gate und Source, am besten direkt auf den FET.

Autor: Thomas L. (bapou)
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Hallo Zusammen,


angehängt nun endlich die Messung der Drainspannung.
Wie von vielen vorhergesagt geht beim ausschalten die Spannung sehr hoch
(ca. 90V). Da der Mosfet nur 60V darf war dies zumindest vielleicht ein 
Grund.

An/abschalten habe ich mir auch angeschaut. Da die 24V + Logik von einem 
anderen Netzteil kommen und die Logik erst spaeter das PWM zuschaltet 
ist hier alles ok.

Wie schon gesagt werde ich erstmal auf eine alte Lösung (brummende) 
zurückgreifen und dann das ganze neu aufbauen.


Bzgl. Dimensionierung des Kondensators  "DC-Link?; habt ihr hier eine 
Quelle oder eine Groessenordnung?
Mit 100Hz und LC-Filter um das Netzteil leise zu bekommen werde ich auch 
probieren aber die Stroeme von 10A bei 36V und 100Hz zu puffern braucht 
schon dicke Bauteile.


Gruss,
Thom

: Bearbeitet durch User
Autor: Mark S. (voltwide)
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Marko schrieb:
> Ich glaube nicht, dass es am Avalanche liegt.

Dein Glaube hilft hier keinem weiter. Lies & verstehe die vorigen 
Beiträge und dann erübrigt sich der Rest.

Autor: Marko (Gast)
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Mark S. schrieb:
> Marko schrieb:
>> Ich glaube nicht, dass es am Avalanche liegt.
>
> Dein Glaube hilft hier keinem weiter. Lies & verstehe die vorigen
> Beiträge und dann erübrigt sich der Rest.

Ah, ein Klugscheisser, der weder rechnen noch Datenblätter lesen kann. 
Welche Induktivität braucht man denn, um eine Energie von 413mJ zu 
erreichen? Da du es anscheinend nicht hinkriegst rechne ichs dir mal 
vor: L=(2E)/(I^2). Das wären 6,7 MILLIHENRY.

Oder andersrum: E=0.5LI^2. Bei 100uH Induktivität (unrealistisch viel, 
aber so zum Spass) wären das gerade mal 12mJ - gerade mal EIN 
SIEBENUNDSECHZIGSTEL der maximal zulässigen Avalanche-Energie.

Weisst du, Bubi, ich hab schon die eine oder andere MOSFET-Schaltung im 
kW-Bereich mit induktiver Last aufgebaut, die im realen Leben 
tatsächlich funktioniert hat.

Mach die Scheiss Zenerdiode ans Gate und die Schaltung wird 
funktionieren.

Autor: MiWi (Gast)
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Bla schrieb:
> Irgendwo sollte man hier mal eine Erklärung geben wie man
> eine Halbbrücke baut und wieso das ohne DC link nicht geht. Die meisten
> Leute bauen nämlich eine Freilaufdiode ein, lassen aber den Kondensator
> weg. Das hilft nur wenn die Zuleitungsinduktivität klein genug ist.

Dann red nicht lang herum sondern sei dieser "man sollte", schreib einen 
brauchbaren Artikel ins Wiki und verlinke ihn hierher.

MiWi

Autor: Joe F. (easylife)
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Ja is denn heut' scho wieder Testosterontag?

Autor: andark (Gast)
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Marko schrieb:
> Ah, ein Klugscheisser, der weder rechnen noch Datenblätter lesen kann.
Die 413mJ beziehen sich auf einen einzelnen Impuls. In manchen 
Datenblättern findet sich auch für den Avalanchebetrieb ein Diagramm des 
dynamischen rth.
Du kannst aber davon ausgehen, das dieses nicht besser als das in 
Fig.9.12 für den regulären Betrieb gezeigte ist.
Bei t/T=0.5 und T=25µs ergibt sich ein Faktor von 0.5 -> Der Chip wird 
zu heiß.

btw. Keiner hat bemerkt, dass ich versehentlich den Kaltwiderstand mit 
30mΩ anstatt 300mΩ eingetragen habe ;).
Damit könnte der Vorwiderstand auf 2x3.3Ω 50W reduziert werden. Am 
Diodenproblem ändert das aber nichts Entscheidendes.

Autor: Christian K. (Gast)
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Und was soll die Zenerdiode besser können wie die Bodydioden der MIC4416 
Gate Treiberausgangstufe?

Die Avalanchenergie kommt hier nicht nur einmal vor, wie Du gerechnet 
hast sondern wiederholt sich mit Schaltfrequenz. Da kommen überschlägig 
zweistellige Wattbeträge heraus.

Autor: Marko (Gast)
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andark schrieb:

> Die 413mJ beziehen sich auf einen einzelnen Impuls.

Ach nee? Wie hast du das denn rausgefunden? Hat dich vielleicht die 
Bezeichnung "Single Pulse Avalanche Energy" draufgebracht?

> In manchen
> Datenblättern findet sich auch für den Avalanchebetrieb ein Diagramm des
> dynamischen rth.
> Du kannst aber davon ausgehen, das dieses nicht besser als das in
> Fig.9.12 für den regulären Betrieb gezeigte ist.
> Bei t/T=0.5 und T=25µs ergibt sich ein Faktor von 0.5 -> Der Chip wird
> zu heiß.

Oh mann! Du verwechselst hier die Parameter. Was hat die Dynamic Thermal 
Impedance mit der Avalanche-Energie zu tun? Gar nix!

Du scheinst die grundlegendsten Formeln nicht zu kennen. Watt = Joule 
pro Sekunde, Mann! Du multiplizierst deine Avalanche-Energie mit der 
Schaltfrequenz und das ist die Verlustleistung! I^2*Rdson kommt 
natürlich noch dazu.

Da der FET gar nicht heiss wurde (Kunststück, da die Avalanche-Energie 
sich hier im niedrigen einstelligen Millijoulebereich bewegen dürfte, 
komplett ohne Freilaufdiode, Snubber oder sonstwas!) hat die 
Verlustleistung damit nichts zu tun dass die FETs sterben. Die Lösung 
steht in der letzten Zeile von meinem vorherigen Post.

Autor: Marko (Gast)
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Christian K. schrieb:
> Und was soll die Zenerdiode besser können wie die Bodydioden der
> MIC4416
> Gate Treiberausgangstufe?

Die sind zu weit weg. Die Zener muss direkt auf den FET gelötet werden. 
Nicht umsonst gibt es FETs die eine solche Zenerdiode bereits integriert 
haben. Lies mal hier unter "Protection Features Of Gate-To-Source Zener 
Diodes":

http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/2b/45/44/74/73/f1/49/f8/CD00002390.pdf/files/CD00002390.pdf/jcr:content/translations/en.CD00002390.pdf

> Die Avalanchenergie kommt hier nicht nur einmal vor, wie Du gerechnet
> hast sondern wiederholt sich mit Schaltfrequenz. Da kommen überschlägig
> zweistellige Wattbeträge heraus.

Gratulation, du hast es tatsächlich geschafft eins und eins 
zusammenzuzählen!

https://imagemacros.files.wordpress.com/2009/07/you_win_prize_downs.jpg

Autor: Christian K. (Gast)
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Naja,

Wenn Du nicht mal Scope Fotos interpretieren kannst...
So 85V  8A  500ns * Schaltfrequenz / 2 wenn man großzügig ist.

Milliwatt sind das nicht.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Wobei Ihnen leider entgangen ist, dass die Avalanche-Energie bei 40kHz 
40.000 pro Sekunde frei gesetzt werden kann.
Das wurde bereits weiter oben vorgerechnet.
Wer lesen kann ist klar im Vorteil gegenüber demjenigen der dumm rum 
pöbelt.

Autor: Christian K. (Gast)
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Wenn Du meinst, das das du/dt des Avalancheimpulses das Gateoxid 
zerstört dann rechne mal den Crss zu Ciss Spannungsteiler. Ciss ist 
zwischen 5 bis 20 mal größer als Crss siehe Seite 6 oben rechts im 
Datenblatt. Rechnen wir vereinfacht mal mit 10. Dann kann der 85-100V 
Puls das Gate kurzzeitig auf maximal 10V ziehen obwohl der Treiber das 
nach Low treibt. Mit Vgss +/-20V bleibt dort noch 100% Luft. Real hält 
das Gate noch etwas mehr. Bei Hochspannungsanwendungen wie in dem ST 
Datenblatt angeführten 500V MOSFET wird das ein Problem und dazu sind 
interne Zenerdioden sinnvoll.

In der Anwendung "Millert" das Gate um seine Schwellspannung jeweils 
beim umschalten.

Autor: Marko (Gast)
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Christian K. schrieb:
> Naja,
>
> Wenn Du nicht mal Scope Fotos interpretieren kannst...
> So 85V  8A  500ns * Schaltfrequenz / 2 wenn man großzügig ist.
>
> Milliwatt sind das nicht.

Ne, da hast du schonmal recht, denn Volt*Ampere*Sekunde gibt Joule. 
facepalm Was du mit dieser "Rechnung" aussagen willst wird wohl ein 
Geheimnis bleiben.

Mark S. schrieb:
> Wobei Ihnen leider entgangen ist, dass die Avalanche-Energie bei
> 40kHz
> 40.000 pro Sekunde frei gesetzt werden kann.
> Das wurde bereits weiter oben vorgerechnet.
> Wer lesen kann ist klar im Vorteil gegenüber demjenigen der dumm rum
> pöbelt.

Achnee. Das steht in meinem Post weiter oben. Lesen sollte man schon 
können wenn man mitreden will:

Marko schrieb:
> Du multiplizierst deine Avalanche-Energie mit der
> Schaltfrequenz und das ist die Verlustleistung!

OK, also die Erklärstunde ist jetzt vorbei, ihr Intelligenzminimalisten. 
Die Lösung steht oben. Der OP kann sie implementieren oder weiter 
fröhlich FETs zerschießen. Wenns noch Fragen gibt: fragt den Professor 
an eurer Flachhochschule oder euren Kindergärtner. Oder die Katze, die 
kann mindestens so gut rechnen wie der Christian.

Autor: Achim S. (Gast)
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Marko schrieb:
> Mach die Scheiss Zenerdiode ans Gate und die Schaltung wird
> funktionieren.

Da der TO schon im ersten Beitrag schrieb

Thomas L. schrieb:
> Mit dem Oszi sieht das Signal am Gate des MOSFETS sauber aus (12V zu 0V
> PWM)

finde ich deine Theorie von Spannungsspitzen am Gate wenig überzeugend. 
Zumal eine Überspannung am Gate den Transistor bei 150Hz PWM genau so 
killen würde wie bei 40kHz PWM - was aber nach Aussage des TO nicht 
passiert.

Thomas L. schrieb:
> angehängt nun endlich die Messung der Drainspannung.

Danke, das hilft sehr.

Auch wenn du auf die brummende 150Hz-Lösung zurückgehst, bau bitte die 
Freilaufdiode ein. Christians hat richtig vorgerechnet (auch wenn Marko 
es nicht glauben mag), welche (unnötige) Verlustleistung du deinem FET 
sonst aufbrummst. Vielleicht würde ich einen Faktor 2 anders wählen als 
Christian (weil der Strom während der Druchbruchphase linear von 8 auf 0 
A sinkt -> mittlerer Strom ist 4A) aber für die Größenordnung spielt es 
keine Rolle. Die parasitäre Induktivität ist laut Scope-Messung bei 5µH 
- was auch ganz gut mit den oben gemachten Schätzungen hinkommt.

Autor: Christian K. (Gast)
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Frequenz wird angegeben 1/Sekunde. Also sind Volt mal Ampere mal Zeit 
mal Frequenz Watt und nicht Joule. Oder kannst Du mit 500ns * 
Schaltfrequenz nichts anfangen?

Autor: hinz (Gast)
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Marko schrieb:
> K, also die Erklärstunde ist jetzt vorbei, ihr Intelligenzminimalisten.
> Die Lösung steht oben. Der OP kann sie implementieren oder weiter
> fröhlich FETs zerschießen. Wenns noch Fragen gibt: fragt den Professor
> an eurer Flachhochschule oder euren Kindergärtner. Oder die Katze, die
> kann mindestens so gut rechnen wie der Christian.

Du solltest besser deine Froschpillen nehmen.

Autor: eProfi (Gast)
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Mark, dein Ton ist unangemessen und eines Ingenieurs unwürdig.
Halte dich bitte zurück.

Autor: eProfi (Gast)
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Marko meine ich, nicht Mark.

>  Da konnte man die Birne singen hören.
Habe ich oft genug erlebt, auch bei einfachen 
Phasenanschnittsteuerungen.
Die Wendeln sind sowohl Elektromagnete als auch Federn, die sich durch 
den Magnetismus zum Schwingen anregen lassen.

Prometheus schrieb:
> da staunt man nicht schlecht wie viel Spannung so ein Stück Leitung
> erzeugen kann...
Eine gute Teslaspule erzeugt mehr als 1 Volt pro mm Drahtlänge.

Autor: andark (Gast)
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Eine weitere Ausfallmöglichkeit wäre das Überschreiten des Iar=100A < 
36V/0.3Ω, da es unabhänig von der Energie und Dauer unmittelbar zur 
Zerstörung durch den parasitären Transistor führt.
If such current is more than the IAR, the device can fail. Even if the energy associated with that event is very low, failure would be due to the activation of the MOSFET's parasitic bipolar.
p.10 
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/05/13/69/ee/aa/87/49/b6/CD00100956.pdf/files/CD00100956.pdf/jcr:content/translations/en.CD00100956.pdf

Autor: ? - Polo! (Gast)
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Ich dachte, wenn man die PWM hier in einen Halbbrücken-Treiber 
einspeisen würde, und (bei den 40kHz, waren das doch?), wie eprofi 
meinte, eine Serien-Induktivität im einstelligen... (...) ..."hätte sich 
das". (Eventuell.)

Wohl doch viel komplexer (Marko is knowing it all alone, it seems...)

Autor: Stephan (Gast)
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Thomas L. schrieb:
> angehängt nun endlich die Messung der Drainspannung.
> Wie von vielen vorhergesagt geht beim ausschalten die Spannung sehr hoch
> (ca. 90V). Da der Mosfet nur 60V darf war dies zumindest vielleicht ein
> Grund.

Ist die Messungen bei völlig kalter Lampe (die ersten PWM-Pulse) oder 
warmer/heißer Lampe gemacht?
Kannst den Strom auch erfassen? Ohne den ist das ganze reichlich vage.

Wenn die Messung mit heißer Lampe war:
Annahme max. Strom 20A (nur 20% PWM).
Wären 18W Verlustleistung (0.45mJ*40000Hz) im Avalanche, finde ich sehr 
viel für Dauerbetrieb.
Bei kalter Lampe (180A) wären das ca. 36mJ je Avalanche bei 4.5µs Dauer. 
Das ist im Peak (Iar) mehr als spezifiziert und auch in der 
Gesamtenergie (einige ms bis die Glühwendel über 300°C liegt) sind das 
PI*Daumen 4.4J (36mJ*40Pulse/ms*3ms) statt der spezifizierten 413mJ.
Andersrum dauert das Ansteigen des Stromes auf 180A knapp 7µs. Bietet 
viel Spielraum für eine Strombegrenzung auf z.B. 50A. (Strommessung und 
Treiber mit Shutdown)
Beim Anlaufen mit < 10% PWM hält der MOSFet vmtl. durch.

Autor: Conny G. (conny_g)
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Gab es hier noch eine eindeutige Ursache bzw Lösung?

Autor: batman (Gast)
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Eine Gateschutzdiode wäre ja schnell mal eingebaut gewesen.

Autor: Axel R. (Gast)
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Man sieht (in älteren) Applikationen oft eine 48V-Z_diode über Drain und 
Gate. Bei Überschreitung der U_ds_max wird der MOSFET einfach nochmal 
schnell "aufgemacht". Bin mir nicht sicher, ob das was hier hilft, 
wollte aber trotzdem nicht unerwähnt lassen...

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