Hallo, kann mir bitte jemand helfen bei der Berechnung eines Kühlkörpers? Es handelt sich um eine PWM Ansteuerung eines DC Motores mit einem Arduino. Die Spannung ist max 5V und die PWM Frequenz beträgt 20 kHz. Die übliche Schaltung = Pin Arduino über 100 Ohm an Gate, Source an gemeinsamer Masse und an Drain den Motor, parallel eine Diode MBR 10100. Der MosFet ist ein IRF 540N. Der Motor hat eine Spannungvon 42V mit 5A. Ich möchte den gesamten Bereich abfahren ( 0-255 ). Was sind die Parameter für die Verlustleistung und wie kommt die Frequenz ins Spiel ? Vielen Dank Gruss olmuk
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Der Kühlkörper muss so ausgelegt werden, dass die maximale Verlustleistung abgeführt werden kann. Daher sind Frequenz oder die Periode der PWM gar nicht von Belang für die Berechnung. Du schriebst 42 Volt und 5A. Also 5A fließen auch durch den FET. Jetzt musst du noch rausfinden, welche maximalen RdsOn der FET hat. Das ist dann die maximale Verlustleistung. Zur Sicherheit kannst du noch 20 Prozent drauf packen für die Umschaltverluste und gut ist.
Mit 5V Ansteuerung wirst du wahrscheinlich nicht sehr glücklich mit dem IRF 540N. 20kHz ist zwar nicht nicht besonders schnell, aber aus dem Bauch heraus zu schnell für direkte Ansteuerung mit dem Arduino-Ausgang. Gatetreiber erforderlich. Die beste Kühlung ist immer noch: erstmal Wärme vermeiden. Und dann eben das übliche Spiel: entstehende Verlustleistung berechnen, max. gewollte Chiptemperatur (das sollte nicht die max. zulässige sein!), max. Umgebungstemperatur festlegen, inneren Wärmewiderstand aus dem Datenblatt holen. Dann ergibt sich ein zul. äusserer Wärmewiderstand. Den darf dein KK theoretisch maximal haben. Je nach Konvektionsbedingen muss der aber deutlich kleiner werden. Korrekte Berechnung ist schwer, zu viele Unbekannte. Rantasten kann da durchaus ne hilfreiche Entwicklungsrichtung sein :-)
Warum werde ich denn nicht glücklich damit? Soweit ich das beurteilen kann fährt der schön den Bereich und hat mit seinen 0,077 Ohm auch einen relativ geringen Widerstand. Wo sehe ich denn im Datenblatt das die 5V nicht ausreichen ? Weiterhin fehlt mir das Verständnis wann bei PWM Betrieb der grösste Strom, bzw. am MosFet die grösste Leistung entsteht. Spielt da Tastverhältnis eine Rolle ? Wäre schön wenn mir das mal jemand nachvollziehbar erklären kann
@Chris Das ergibt unnötig große Kühlkörper. Das wäre eine Kühlkörperauslegung wenn der FET als Heizung eingesetzt würde anstatt den Motor zu steuern/regeln. Vorab: Du hast eine ungeeignete Bauteilkombination. Der IRF 540 schaltet bei 5 Volt gerade erst so einigermaßen durch. Wenn du das dann "hochohmig" mit 100 Ohm und 5 Volt ansteuerst, und dann auch noch mit 20 kHz, dann wird der Fet fast nur halb durchschalten und mehr oder weniger im Analogbetrieb den Strom verbraten. Nimn einen Logic Level FET und/oder packe einen Treiber davor. -LL-Fet niederohmig -LL-FET mit Treiber und 5 Volt Versorgung. -Beim IRF 540 bleiben und den Freiber mit mehr Spannung versorgen, z.B. die 42 Volt anzapfen. Vorsicht, die 42 Volte dürfen nicht direkt ans Gate, sodenrn werden nr zur versorgung angezapft. wirviel das Gate verträgt, steht dann im Datenblatt. Die 20 kHz sind unnötig hoch. Meist kommt man auch gut mit 2 kHz oder so aus, es sei denn es gibt da besondere Anforderungen. Die niedrigere Frequenz hat bedeutend gerinere Schaltverluste. Zu den Verlusten. https://www.mikrocontroller.net/articles/FET https://de.wikipedia.org/wiki/Schaltverluste Woher kommen die 5A? ist das der Nennstrom oder der tatsächliche Strom. Der Strom ist abhängig von der Last am Motor! Das kann real dann weniger sein, aber auch mehr! Nachtrag: https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM
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Na toll, da habe ich ja wohl alles falsch gemacht ! Es hat schön gelaufen bis auf die Wärme. Der Strom des Motors ist gemessen mit Last eingeschaltet. PWM Frequenz ist aus den üblichen Arduino Beispielen entstanden ( war 32kHz ). Ursprünglich wurde der Motor durch den Phasenanschnitt des Trafos/ Gleichrichters gesteuert. Daher kam der Ansatz PWM. Mit welchen Parametern kann ich denn ( abgesehen von den Geräuschen des Motors ) eine sinnvolle Frequenz festlegen ? Datenblatt Motor = nicht vorhanden. Was passiert bei falscher Auslegung ? Werde mal parallel die LL raussuchen - Empfehlung ??
Fet-Auswahl https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht Nicht zu knapp auswählen. Ohne Detailkenntnisse sollte er den Blockierstrom des Motors tragen können (nur noch ohmscher Widerstand). Wenn mehr Details bekannt sind und du weiter in der Materie drin steckst und dich mit dem Thema Strombegrenzung befaßt hast, kann man auch einen schwächren Fet nehmen. Für den Einstieg ist es besser einen zäheren FET zu nehmen der eher mal Fehler verzeiht. Wenn du erst noch ien LL-FET besorgen mußt, schau doch mal in deinem Bestand nach, ob du nicht einen Treiber für deinen FET stricken kannst. https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber Damit schaltet dann der FET icht nur weiter durch, sondern auch deutlich schneller. Beides reduziert die Verluste sehr stark. Wenn du dann auch noch die Frequenz senkst, sinken die Verluste nochmals. Die Frequenz mußt du testen, wenn absolut nichts weiter über den Motor bekannt ist.
Uwe C. schrieb: > kann mir bitte jemand helfen bei der Berechnung > eines Kühlkörpers? > eine Diode MBR 10100. Der MosFet ist ein > IRF 540N. Die Diode ist ja in Ordnung. Aber der Mosfet?? Muß es denn wirklich der aller-aller-älteste sein, der noch im Handel ist? Nimm eine modernen Logik-Level Mosfet, und Du kannst auf einen Kühlkörper verzichten.
Uwe C. schrieb: > Der MosFet ist ein IRF 540N. Der schaltet mit den 5V des Arduino gar nicht voll durch. Würde man ihn mit 10V ansteuern hätte man 0.077 Ohm, bei 5V also 0.38V und 2 Watt das schafft ein TO220 ohne Kühlkörper, einfach auf die Platine geschraubt. > Der Motor hat eine Spannungvon 42V mit 5A. Aber ein Motor mit 5A Nennstrom braucht ggf. 50A im Anlaufmoment, ermittle also erst mal den Anlaufstrombedarf bevor du die ELektronik auslegst.
Michael B. schrieb: > Würde man ihn mit 10V ansteuern hätte man 0.077 Ohm, bei 5V also 0.38V Eine sehr fundierte Beschreibung!
> Michael B. schrieb: >> Würde man ihn mit 10V ansteuern hätte man 0.077 Ohm, bei 5V also 0.38V >Eine sehr fundierte Beschreibung! Ja, eine wahrhaft bestechende Logik ....
Uwe C. schrieb: > Soweit ich das beurteilen kann fährt der schön > den Bereich und hat mit seinen 0,077 Ohm auch > einen relativ geringen Widerstand. Hat er bei 5V UGS noch nicht - Datenblatt mal genau ansehen! Und selbst, wenn, wären 77 mOhm für einen N-Kanal weit weg vom Stand der Technik. Ich habe gerade ein paar IRLZ44 vom Chinamann bekommen, der garantiert 25 mOhm bei 5 Volt. Gemessen habe ich um 30 mOhm bei 4,5 Volt am Gate - der wäre auch für Dich weitaus passender (es geht noch weniger RDSon und es gibt weitere Auswahlkriterien). https://www.aliexpress.com/item/10PCS-IRLZ44N-IRLZ44-TO-220F/1875549541.html Klugscheißer schrieb: > Muß es denn wirklich der aller-aller-älteste sein, > der noch im Handel ist? Mit diesem "aller-aller-ältesten" IRF540 baue ich gerade eine Schaltung auf - allerdings brauche ich da den Analogbetrieb.
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