Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Pulsbelastbarkeit von Power-MOSFET, noch in der SOA?


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Peter (Gast)


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Guten Abend,

ich versuche gerade herauszufinden ob dieser MOSFET (IXFN360N10T DB: 
http://ixapps.ixys.com/DataSheet/DS100088(IXFN360N10T).pdf ) einen 
Pulsstrom von ca. 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?) verkraften 
kann. Mit einem Rds_on Widerstand von 2,6mOhm sind das nach meiner 
Rechnung knapp unter 40 Watt Verlustleistung, das sollte der doch so 
kurz in Pulsen (dazwischen runterkühlen lassen) aushalten oder? 
Anscheinen gibt es im Datenblatt auch kein SOA Diagramm (oder ich bin zu 
blöd es zu finden :) ) . Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen.

Viele Grüße

von oszi40 (Gast)


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Peter schrieb:
> 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?)

Wenn Deine Ansteuerschaltung mal hustet hast Du flüssiges Silizium?

von der schreckliche Sven (Gast)


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"Lead Current Limit": 200 Ampere.
Damit ist Dauerstrom gemeint.

von Peter (Gast)


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oszi40 schrieb:
> Wenn Deine Ansteuerschaltung mal hustet hast Du flüssiges Silizium?

Die ist schon recht sicher gebaut, ein Mikrocontroller schaltet den 
Treiber im Fehlerfall nach ein paar ms ab.

von Peter (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
> "Lead Current Limit": 200 Ampere.
> Damit ist Dauerstrom gemeint.

Diese Bezeichnung gibt es auch bei anderen MOSFETs, ist aber 
irreführend, da die SOA immernoch niedriger sein kann (bspl. IRFP4468).

von Test (Gast)


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Peter schrieb:
> http://ixapps.ixys.com/DataSheet/DS100088(IXFN360N10T).pdf ) einen
> Pulsstrom von ca. 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?) verkraften
> kann.

Nachdem der Rdson bei 180A und 350A spezifiziert ist, würde ich davon 
ausgehen, dass bei 120A für 10ms kein Problem besteht. Aber das 
Datenblatt hält sich bzgl. der SOA wirklich bedeckt.

von Al3ko -. (al3ko)


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Peter schrieb:
> einen Pulsstrom von ca. 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?)
> verkraften kann. Mit einem Rds_on Widerstand von 2,6mOhm sind das

Irgendwie passt das Ohmsche Gesetz hier nicht.

Wieso hat der FET 50V bei 120A? Das wäre mE  lediglich während des 
Schaltens möglich - ein FET hat diese Art von Überlappung aber nicht für 
3-10ms.

Was verstehe ich hier nicht?

Gruß,

von Tany (Gast)


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Peter schrieb:
> Pulsstrom von ca. 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?) verkraften
> kann

Dauerhaft bei Gehäuse Temperatur <150 Grad. Siehe Figur 5 im Datenblatt.

> Diese Bezeichnung gibt es auch bei anderen MOSFETs, ist aber
> irreführend, da die SOA immernoch niedriger sein kann (bspl. IRFP4468).

Du vergleichst Apfel mit Birne.

von Peter (Gast)


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Al3ko -. schrieb:
> Wieso hat der FET 50V bei 120A?

Damit meinte ich die Versorgungsspannung der Leistungsstufe, die 50V 
sind hierfür eigentlich irrelevant, ich dachte nur ich gebe es an da in 
SOA-Diagrammen auch die Drain-to-Source Voltage begrenzt wird, ist aber 
wie gesagt hierfür wahrscheinlich egal.

Gruß zurück!

Test schrieb:
> Nachdem der Rdson bei 180A und 350A spezifiziert ist, würde ich davon
> ausgehen, dass bei 120A für 10ms kein Problem besteht.

Danke für deinen Beitrag!

Test schrieb:
> Aber das
> Datenblatt hält sich bzgl. der SOA wirklich bedeckt.

Ich hatte gehofft das sich eine SOA Tabelle irgendwo in den Diagrammen 
unter anderem Namen versteckt, scheint aber ein Geheimniss zu sein :)

von Peter (Gast)


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Tany schrieb:
> Peter schrieb:
>> Pulsstrom von ca. 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?) verkraften
>> kann
>
> Dauerhaft bei Gehäuse Temperatur <150 Grad. Siehe Figur 5 im Datenblatt.

Damit lässt sich doch arbeiten, danke dir!

Tany schrieb:
>> Diese Bezeichnung gibt es auch bei anderen MOSFETs, ist aber
>> irreführend, da die SOA immernoch niedriger sein kann (bspl. IRFP4468).
>
> Du vergleichst Apfel mit Birne.

Nicht MOSFET mit MOSFET?

von Tany (Gast)


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> Mit einem Rds_on Widerstand von 2,6mOhm
...bei Tj=25°C, bei Tj=150°C verdoppelt.

von Al3ko -. (al3ko)


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Peter schrieb:
> Damit meinte ich die Versorgungsspannung der Leistungsstufe, die 50V
> sind hierfür eigentlich irrelevant, ich dachte nur ich gebe es an da in
> SOA-Diagrammen auch die Drain-to-Source Voltage begrenzt wird, ist aber
> wie gesagt hierfür wahrscheinlich egal.

Okay, dann macht SOA in diesem Zusammenhang keinen Sinn.

Du kennst den Strom und den Widerstand. Du kannst die Verluste 
ausrechnen (hast du bereits gemacht, 40W). Was du nun brauchst, ist der 
thermische Widerstand zur Umgebung. Damit kannst du dann auf die 
Sperrschichttemperatur zurückschließen, und herausfinden ob der FET das 
aushält.

Gruß,

von Peter (Gast)


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Tany schrieb:
>> Mit einem Rds_on Widerstand von 2,6mOhm
> ...bei Tj=25°C, bei Tj=150°C verdoppelt.

Fig.3 sagt 2,6mOhm ist bei ca. 175°C, bei 25°C ist es sogar bloß 1mOhm
Oder verstehe ich da etwas falsch?

von Tany (Gast)


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> Fig.3 sagt 2,6mOhm ist bei ca. 175°C, bei 25°C ist es sogar bloß 1mOhm
> Oder verstehe ich da etwas falsch?
definitiv. :-)
Figur 3 sagt über s.g Rds_on Normalized, spricht Faktor.
Bei 175°C beträgt 2,4. also 2,6 x 2,4 = 6.24 mOhm

von Peter (Gast)


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Al3ko -. schrieb:
> Du kennst den Strom und den Widerstand. Du kannst die Verluste
> ausrechnen (hast du bereits gemacht, 40W). Was du nun brauchst, ist der
> thermische Widerstand zur Umgebung. Damit kannst du dann auf die
> Sperrschichttemperatur zurückschließen, und herausfinden ob der FET das
> aushält.

Also:

deltaT = 40W x 0,19°C/W
deltaT = 7,6°C

Tjunction = 25°C + 7,6°C
Tjunction = 32,6°C

Wahrscheinlich falsch :) kommt mir zu niedrig vor.

Tany schrieb:
>> Fig.3 sagt 2,6mOhm ist bei ca. 175°C, bei 25°C ist es sogar bloß 1mOhm
>> Oder verstehe ich da etwas falsch?
> definitiv. :-)
> Figur 3 sagt über s.g Rds_on Normalized, spricht Faktor.
> Bei 175°C beträgt 2,4. also 2,6 x 2,4 = 6.24 mOhm

Achso, der Faktor. Ich habe mich schon gefragt warum die einem das leben 
so schwer machen und da nicht die Einheit (mOhm) dazuschreiben :) Danke 
fürs Erklären!

von Al3ko -. (al3ko)


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Peter schrieb:
> deltaT = 40W x 0,19°C/W
> deltaT = 7,6°C
>
> Tjunction = 25°C + 7,6°C
> Tjunction = 32,6°C
>
> Wahrscheinlich falsch :) kommt mir zu niedrig vor.

Das ist junction to case. Was du zusätzlich noch brauchst ist case to 
ambient - das gibt das Datenblatt natürlich nicht wieder. Vielleicht 
beim Hersteller anfragen, oder vergleichbare Module von anderen 
Herstellern als Vergleich heranziehen?

Dieser thermische Widerstand ist idR wesentlich höher, weshalb man uU 
einen Kühlkörper verwenden sollte.

Gruß,

von Peter (Gast)


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Al3ko -. schrieb:
> Peter schrieb:
>> deltaT = 40W x 0,19°C/W
>> deltaT = 7,6°C
>>
>> Tjunction = 25°C + 7,6°C
>> Tjunction = 32,6°C
>>
>> Wahrscheinlich falsch :) kommt mir zu niedrig vor.
>
> Das ist junction to case. Was du zusätzlich noch brauchst ist case to
> ambient - das gibt das Datenblatt natürlich nicht wieder. Vielleicht
> beim Hersteller anfragen, oder vergleichbare Module von anderen
> Herstellern als Vergleich heranziehen?
>
> Dieser thermische Widerstand ist idR wesentlich höher, weshalb man uU
> einen Kühlkörper verwenden sollte.
>
> Gruß,

Ich kann im Netz keine Daten zu Rth-Case-Ambient finden,
ist das nicht zu vernachlässigen da mein Puls bloß 10ms lang ist und die 
thermische Kapazität des Gehäuses ausreicht? Wie hoch schätzt ihr denn 
Rth-Case-Ambient so ein?

von Al3ko -. (al3ko)


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Peter schrieb:
> Ich kann im Netz keine Daten zu Rth-Case-Ambient finden,
> ist das nicht zu vernachlässigen da mein Puls bloß 10ms lang ist und die
> thermische Kapazität des Gehäuses ausreicht? Wie hoch schätzt ihr denn
> Rth-Case-Ambient so ein?

Vielleicht. Kommt darauf an, wann der nächste 10ms Puls stattfindet ;)

von Peter (Gast)


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Al3ko -. schrieb:
> Vielleicht. Kommt darauf an, wann der nächste 10ms Puls stattfindet ;)

Ich habe die geschichte jetzt mal durchgerechnet und ich brauche einen 
KK mit max. 1,5°C/W um den MOSFET unter 100°C zu halten, selbst unter 
ungepulster DC Last mit den berechneten 40W. Ich denke das werde ich 
machen, nur um sicher zu gehen.
Könnte mir noch jemand zeigen wie ich berechne wie viele ms ich mit dem 
FET 40W verbraten kann, quasi wie ich die SOA Zeit von Hand berechne?

von Tany (Gast)


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Peter schrieb:
> Könnte mir noch jemand zeigen wie ich berechne wie viele ms ich mit dem
> FET 40W verbraten kann, quasi wie ich die SOA Zeit von Hand berechne?

Grob hast du oben schon gerechnet, auch es nicht korrekt war.
Mit guter Annäherung kann man so rechnen:
Tj=Ta + Pv*(R_thKK + R_thCS + R_thJC).
Tj: Chiptemperatur, max. lt. Datenblatt 175°C
Ta: Umgebungstemperatur.

Beispiel:
Tj=100°C
Ta=50°C
Pv=40W (Dauer Verlustleistung)
brauchst du ein KK mit
((100-50)/40)-0.05-0.18 ~ 1K/W.

Tj und Ta kannst du noch varriieren (max. jedoch 175°C bei Tj).
Pv stellt doch die Dauerverlustleistung dar, bei Pulsbetrieb würde ich 
die  um  Tastverhältnis reduzieren, also Pv*D.
Z.B wenn der Mosfet in der Sekunde nur 50ms schaltet, brauchst du keinen 
extr. KK. Bei dem Mosfet schätze ich R_thJA zwischen 20 und 30 K/W ein.

von Peter (Gast)


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Besten Dank Tany!

von rio71 (Gast)


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Peter schrieb:
> selbst unter
> ungepulster DC Last mit den berechneten 40W. Ich denke das werde ich
> machen, nur um sicher zu gehen.

das aber nicht als sichere maximale variante der verlustleistung 
hernehmen.
wenn er oft schalten muss, kann die abwärme dann höher sein als 
dauerstrich ein.
die schaltverluste können deutlich höher sein, je nach Trise, Tfall, 
gate-ansteuerung und randbedingungen..

von Peter (Gast)


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rio71 schrieb:
> wenn er oft schalten muss, kann die abwärme dann höher sein als
> dauerstrich ein.
> die schaltverluste können deutlich höher sein, je nach Trise, Tfall,
> gate-ansteuerung und randbedingungen..

Danke dafür, an was man alles denken muss, ich versuche einen möglichst 
Leistungsstarken Treiber zu verwenden um das in den Griff zu bekommen.



Eine letzte Frage allgemein zu SOA-Diagrammen hätte ich noch:
Das beispiel ist der IRFP4468 (DB: 
https://www.infineon.com/dgdl/irfp4468pbf.pdf?fileId=5546d462533600a40153562c73472019 
)
Ist in "Fig 8. Maximum Safe Operating Area" mit Vds im Diagramm die 
Spannung der DC Versorgungsspannung gemeint (die Anliegt wenn der FET 
sperrt), oder die "zu verheizende Spannung" also Uds = Rds_on x Ids ?

von Tester (Gast)


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Steht doch dran: Drain to source Voltage - und das ist eindeutig.

von Harald W. (wilhelms)


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Peter schrieb:

> Könnte mir noch jemand zeigen wie ich berechne wie viele ms ich mit dem
> FET 40W verbraten kann, quasi wie ich die SOA Zeit von Hand berechne?

Die SOA ist eine spezifische Grösse eines Transistors und
kann vermutlich garnicht berechnet werden. Ich vermute mal,
die Hersteller ermitteln die Werte durch Versuchsreihen.
Diese Werte sind nicht nur von Transistortyp zu Transistor-
typ unterschiedlich, sondern teilweise sogar bei der gleichen
Transistorbezeichnung von Hersteller zu Hersteller. Typisch
sind diese Unterschiede z.B. beim 2N3055.

von Peter (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Die SOA ist eine spezifische Grösse eines Transistors und
> kann vermutlich garnicht berechnet werden.

Komisch das dann beim IXFN360N10T keine SOA angegeben ist, der FET ist 
ja dann fast schon nutzlos wenn man die nicht kennt.

Peter schrieb:
> Eine letzte Frage allgemein zu SOA-Diagrammen hätte ich noch:
> Das beispiel ist der IRFP4468 (DB:
> 
https://www.infineon.com/dgdl/irfp4468pbf.pdf?fileId=5546d462533600a40153562c73472019
> )
> Ist in "Fig 8. Maximum Safe Operating Area" mit Vds im Diagramm die
> Spannung der DC Versorgungsspannung gemeint (die Anliegt wenn der FET
> sperrt), oder die "zu verheizende Spannung" also Uds = Rds_on x Ids ?

Tester schrieb:
> Steht doch dran: Drain to source Voltage - und das ist eindeutig.

Also wenn ich die Spannung von Drain nach Source messe bekomme ich 
andere Ergebnisse, je nach dem ob der MOSFET gerade leitet oder sperrt. 
So eindeutig finde ich das nicht.

von Al3ko -. (al3ko)


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Peter schrieb:
> Also wenn ich die Spannung von Drain nach Source messe bekomme ich
> andere Ergebnisse, je nach dem ob der MOSFET gerade leitet oder sperrt.
> So eindeutig finde ich das nicht.

Es geht um die gleichzeitige Überlappung von Strom und Spannung, z.B. im 
Schaltmoment, denn dort hast du hohe Spannung und hohen Strom 
zeitgleich.

Gruß,

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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Wenn der Hersteller keine Angaben zur SOA macht (außer die breite Kurve 
zur Korrektur der thermischen Belastung je nach Impulsdauer) kannst du 
gar nichts schließen.

Auf der Herstellerseite (IXYS.com) gibt es ein aktualisiertes Datenblatt 
(ein A im Dateinamen mehr) mit einem SOA-Diagramm auf S. 4. Demnach 
kannst du bei 10ms keine 150A schalten, du musst lt. 
Herstellerempfehlung unter 10A bleiben, wenn es 50V sein sollen.

Was der Hersteller nämlich nicht sagt: wie schnell verteilt der MOSFET 
die Leistung in seiner internen Struktur. Es steht da nicht explizit 
HEXFET dran, aber das ist wohl so ähnlich, um die geringe Gesamtladung 
bei niedrigem RDSon zu erreichen. Viele Zellen werden parallel 
geschaltet. Bei 50V reicht die Zeit niemals aus, schnell genug auf 
ausreichend Zellen zu verteilen. Die erste verabschiedet sich und es 
gibt eine hübsche Kaskade.

100A bekommst du bei max. 1ms hin. Du suchst einen uralten MOSFET-Typ, 
der kaum noch hergestellt wird. Es muss ein Block Silizium mit einem 
fetten Gate sein, soetwas wie ein IXFK180N10. Das braucht dann aber auch 
Ansteuerleistung, kürzeste Zuleitungen und ordentlich Querschnitt. Du 
möchtest ja in weniger als 10ms 150A einschalten und auch wieder 
abschalten, sagen wir in einem 100stel oder 100µs. Das ist ein 
ordentliches di/dt.

von Falk B. (falk)


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@ Peter (Gast)

>Pulsstrom von ca. 120A bei 50V für 3-10ms (oder länger?) verkraften
>kann. Mit einem Rds_on Widerstand von 2,6mOhm sind das nach meiner
>Rechnung knapp unter 40 Watt Verlustleistung,

Wollen wir wetten, daß du das Thema SOA ziemlich mißverstanden hast?

Wenn ein MOSFET mit 2,6mOhm 120A schaltet, fallen läppische 312mV über 
ihm ab. Da lächelt der milde. Solche kleinen Drain Source Spannungen 
sind im SOA-Diagramm fast nicht zu finden.

>das sollte der doch so
>kurz in Pulsen (dazwischen runterkühlen lassen) aushalten oder?
>Anscheinen gibt es im Datenblatt auch kein SOA Diagramm (oder ich bin zu
>blöd es zu finden :) ) . Vielleicht kann mir ja jemand weiterhelfen.

Die Drain Source Spannung im SOA-Diagramm gibt, wie der Name EIGENTLICH 
verrät, die echt über dem MOSFET anliegende Drain Source Spannung an. Im 
Schaltbetrieb ist die aber sehr klein, meist unter 1V. Nur für den sehr 
kurzen Umschaltmoment von wenigen Dutzend bis einige hundert 
Nanosekunden arbeitet der MOSFET im Linearbetrieb und verheizt dort viel 
Energie.

Das SOA-Diagramm gibt aber Auskunft darüber, wieviel Strom bei wieviel 
Spannung über dem MOSFET im Linearbatrieb fließen kann, ohne daß er 
kaputt geht. D.h. man nimmt eine pulsfeste Spannungsquelle, die ihre 
Spannung auch unter starker Pulslast hält und läßt für die 
entsprechenden Zeit einen Pulsstrom fließen. Das ist ein Test, der so in 
der Realität selten vorkommt, es sei denn, man baut absichtlich eine 
Endstufe im Linearbetrieb.

von Falk B. (falk)


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@ Harald Wilhelms (wilhelms)

>> Könnte mir noch jemand zeigen wie ich berechne wie viele ms ich mit dem
>> FET 40W verbraten kann, quasi wie ich die SOA Zeit von Hand berechne?

>Die SOA ist eine spezifische Grösse eines Transistors und
>kann vermutlich garnicht berechnet werden.

Doch, aber nicht vor jedem Bastler ;-)
Dazu braucht man die Chipgeometrie und ein wenig Know How.

> Ich vermute mal,
>die Hersteller ermitteln die Werte durch Versuchsreihen.

Nö, die meisten rechnen nur. Und dort beginnt die Mogelei. Wenn man 
nämlich mal WIRKLICH einen Transistor richtig fett im Linearbetrieb 
belasten will und selber testet, staunt man oft nicht schlecht, daß die 
gerade bei höheren Spannung DEUTLICH weniger verkraften, als das 
SOA-Diagramm angibt. Und wenn man dann mal bei einigen Herstellern 
nachhakt und nicht als kleiner Popel ignoriert wird, dann sickert u.a. 
die Info durch, daß viele Kurven nur einfach gerechnet und HOCHgerechnet 
sind. Das geht aber bei modernen Schalt-MOSFETs schief. Denn das 
SOA-Diagramm eines ECHTEN, linearbetriebtauglichen MOSFETs knickt nach 
oben hin deutlich ab. Das sieht man bisweilen in einigen Datenblättern, 
aber bei weitem nicht in allen. Eben weil man davon ausgeht, daß das 
sowieso keiner testet bzw. den Transistor derartig benutzt. 8-0

>Diese Werte sind nicht nur von Transistortyp zu Transistor-
>typ unterschiedlich, sondern teilweise sogar bei der gleichen
>Transistorbezeichnung von Hersteller zu Hersteller.

Ja, und das ist leider übel, denn EIGENTLICH sollte ein 
Standard-Transistor herstellerunabhängig immer die nahezu gleichen 
Eigenschaften haben. Hat er teilweise aber nicht. BUZ11, 2N3055 und 
andere sind so ein paar Kandidaten, mit denen man schön reinfallen kann.

von Falk B. (falk)


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von Tany (Gast)


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Boris O. schrieb:
> Auf der Herstellerseite (IXYS.com) gibt es ein aktualisiertes Datenblatt
> (ein A im Dateinamen mehr) mit einem SOA-Diagramm auf S. 4. Demnach
> kannst du bei 10ms keine 150A schalten, du musst lt.
> Herstellerempfehlung unter 10A bleiben, wenn es 50V sein sollen.

Typisch: man lies Datenblatt versteht aber nichts!

von Peter (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Die Drain Source Spannung im SOA-Diagramm gibt, wie der Name EIGENTLICH
> verrät, die echt über dem MOSFET anliegende Drain Source Spannung an. Im
> Schaltbetrieb ist die aber sehr klein, meist unter 1V. Nur für den sehr
> kurzen Umschaltmoment von wenigen Dutzend bis einige hundert
> Nanosekunden arbeitet der MOSFET im Linearbetrieb und verheizt dort viel
> Energie.

Warum wird im SOA-Diagramm dann von der Pulsdauer gesprochen (25us bis 
100ms oder DC)? Wie du das beschreibst ist dann ja die länge dieses 
Linearbetriebs oder die dabei entstehende Abwärme und somit die Gate 
Rise/Fall Time der Limitierende Faktor, damit der Kern nicht überhitzt. 
Dass kann ja dann so nicht ganz stimmen das der Linearbetrieb hier die 
Grenze setzt, dann wäre das SOA-Diagramm ja nach Gate Rise/Fall Zeiten 
o.ä. sortiert.

von Fleischklops (Gast)


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Peter, ich verstehe Deinen Beitrag leider nicht so ganz.

Die SOA Kurve zeigt, welche Kombination aus DS-Spannung und Strom
entweder dauerhaft (DC), oder pulsweise, zerstörungsfrei erlaubt ist.

(Gut, manche (viele) Kurven von Power-FETs sind inkorrekt, da sie
einiges [z.B. den sog. "Spirito-Effekt"] nicht berücksichtigen.)

Daß auch beim Schaltvorgang der lineare Bereich durchlaufen wird,
steht damit doch in keinem direkten Zusammenhang. (Nicht so, wie
Du zu meinen scheinst - glaube ich zumindest...)

Bitte konkretisiere noch einmal:

Hast Du ein Verständnisproblem (und welches genau)?

Oder wolltest Du ausschließlich auf einen Deiner Meinung
nach stattgefundenen Fehler in Falks Ausführungen hinaus?
(Und welchen genau?)

MfG

von Peter (Gast)


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Guten Abend,
ich habe mich wirklich ziemlich schlecht ausgedrückt, ich wollte mit 
meinem Beitrag eigentlich etwas fragen: wenn die SOA ja wie Falk sagte 
von der kurzen Zeit im Linearbetrieb des FETs bestimmt wird (da er sich 
in dieser Zeit stark erhitzt), warum werden dann nirgendwo angaben zu 
Rise/Fall zeiten am Gate gemacht?

Beitrag #5343140 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Jens G. (jensig)


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@ Peter (Gast)

>>Harald W. schrieb:
>> Die SOA ist eine spezifische Grösse eines Transistors und
>> kann vermutlich garnicht berechnet werden.

>Komisch das dann beim IXFN360N10T keine SOA angegeben ist, der FET ist
>ja dann fast schon nutzlos wenn man die nicht kennt.

Gibt's einen Grund, warum Ihr in einem preliminary Datasheet komplett 
alle möglichen Infos wie ein SOA-Diagramm erwartet? Warum nicht einfach 
mal ein neueres DS nehmen? OK, offensichtlich hat noch nichtmal Ixys 
bemerkt, daß die so ein altes DS anbieten, aber warum mal nicht bei 
irgendwelchen Distris versuchen, was neueres zu bekommen? Z.B.:

https://docs-emea.rs-online.com/webdocs/157c/0900766b8157c9b9.pdf

Mit dem SOA dort kann man die Frage nach Pulsstrom von ca. 120A bei 50V 
für 3-10ms klar mit nein beantworten (selbst bei 1ms wird das Ziel noch 
deutlich verfehlt).

von Tany (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Mit dem SOA dort kann man die Frage nach Pulsstrom von ca. 120A bei 50V
> für 3-10ms klar mit nein beantworten (selbst bei 1ms wird das Ziel noch
> deutlich verfehlt).

liest mal, was die andere Leute dazu meinen, bevor du so ein Quatsch da 
schreibst.

Und wenn man bißchen logisch denkt:
Vds    =50V
Rds_ON =0.0026 Ohm
Ids    =120A.
die passen gar nicht zusammen.

Falk B. schrieb:
> Wenn ein MOSFET mit 2,6mOhm 120A schaltet, fallen läppische 312mV über
> ihm ab. Da lächelt der milde. Solche kleinen Drain Source Spannungen
> sind im SOA-Diagramm fast nicht zu finden.

Bubert, B. schrieb im Beitrag #5343140:
> Im Schaltbetrieb gelten ganz andere Regeln. Da brauchts auch keine SOA

von Jens G. (jensig)


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@Tany (Gast)

>Jens G. schrieb:
>> Mit dem SOA dort kann man die Frage nach Pulsstrom von ca. 120A bei 50V
>> für 3-10ms klar mit nein beantworten (selbst bei 1ms wird das Ziel noch
>> deutlich verfehlt).

>liest mal, was die andere Leute dazu meinen, bevor du so ein Quatsch da
>schreibst.

>Und wenn man bißchen logisch denkt:
>Vds    =50V
>Rds_ON =0.0026 Ohm
>Ids    =120A.
>die passen gar nicht zusammen.

Klar paßt das nicht zusammen - kann sich ja jeder selbst raussuchen, ob 
er wirklich 120A bei 50V meint (wofür er das SOA bemühen müsste), oder 
doch nur reines an/aus-Schalten.
Für ersteres habe ich eine Quelle genannt, da das Fehlen des SOA ja im 
ganzen Thread breitgelatscht wurde ...
Damit ist mein Schriebs logischerweise kein Quatsch ...

von Jens G. (jensig)


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@Peter (Gast)

>Guten Abend,
>ich habe mich wirklich ziemlich schlecht ausgedrückt, ich wollte mit
>meinem Beitrag eigentlich etwas fragen: wenn die SOA ja wie Falk sagte
>von der kurzen Zeit im Linearbetrieb des FETs bestimmt wird (da er sich
>in dieser Zeit stark erhitzt), warum werden dann nirgendwo angaben zu
>Rise/Fall zeiten am Gate gemacht?


Die Rise/Fall-Zeiten am Gate sind vollkommen schnurz für die SOA. Denn 
das SOA-Thema spielt sich am/im Kanal ab (also Strom/Spannung/zeitlicher 
Verlauf am/im Kanal).
Klar, das Timing am Gate beeinflußt zwar auch das Timing am/im Kanal, 
aber da dies ein sehr exemplarabhängiger Zusammenhang sein kann, und 
damit ein zusätzlicher Einflußfaktor ist, wird das SOA nicht von 
irgendwelchen Gatewerten abhängig gemacht.

Das SOA gibt ganz einfach an, wie lange man eine bestimmte Kombination 
aus Strom und Spannung (üblicherweise als Single Pulse) gleichzeitig 
nutzen darf.

von Tany (Gast)


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Peter schrieb:
> Guten Abend,
> ich habe mich wirklich ziemlich schlecht ausgedrückt, ich wollte mit
> meinem Beitrag eigentlich etwas fragen: wenn die SOA ja wie Falk sagte
> von der kurzen Zeit im Linearbetrieb des FETs bestimmt wird (da er sich
> in dieser Zeit stark erhitzt), warum werden dann nirgendwo angaben zu
> Rise/Fall zeiten am Gate gemacht?

Nicht direkt sondern indirekt mit dem Parameter Qg_x: Gateladung.
Wenn dein Treiber nur 1mA liefert, dann dauert halbe Ewigkeit bist die 
zum Durchschalten nötige Spannung an  Gate anliegt. In dieser Zeit ist 
der MOSFET im Linearbetrieb und verursacht hohe Verlustleistung.
Je mehr Strom der Treiber liefert, desto  kürzer diese Zeit. Genauso wie 
beim Abschalten. Oben wurde schon mal erwähnt: Schaltsverlust, beim 
niedriger Schaltfrequenz und gutem Treiber kann man vernachlässigen, ab 
bestimmter Frequenz nicht mehr.
Bei dem o.g MOSFET würde ich Treiber mit mindestens 1A empfehlen, besser 
aber 2A.

von Peter (Gast)


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Guten Abend,

aus b-b-bert's Beitrag werde ich irgendwie nicht schlau keine Ahnung was 
er mir/uns sagen will.

Jens G. schrieb:
> Klar paßt das nicht zusammen - kann sich ja jeder selbst raussuchen, ob
> er wirklich 120A bei 50V meint (wofür er das SOA bemühen müsste), oder
> doch nur reines an/aus-Schalten.

Was meinst du damit? Ziel ist es eine Last zu schalten (nur kurz - 
maximal 10ms) mit 50V und bis zu 120A. Ist das dann "reines" 
an/aus-Schalten?

Jens G. schrieb:
> Das SOA gibt ganz einfach an, wie lange man eine bestimmte Kombination
> aus Strom und Spannung (üblicherweise als Single Pulse) gleichzeitig
> nutzen darf.

Danke für die Erkärung.

Tany schrieb:
> Bei dem o.g MOSFET würde ich Treiber mit mindestens 1A empfehlen, besser
> aber 2A.

Der Treiber den ich verwenden möchte bewirbt sich mit 1,5A cont. und 6A 
peak Ausgang, müsste also passen.

Tany schrieb:
> Und wenn man bißchen logisch denkt:
> Vds    =50V
> Rds_ON =0.0026 Ohm
> Ids    =120A.
> die passen gar nicht zusammen.
>
> Falk B. schrieb:
>> Wenn ein MOSFET mit 2,6mOhm 120A schaltet, fallen läppische 312mV über
>> ihm ab. Da lächelt der milde. Solche kleinen Drain Source Spannungen
>> sind im SOA-Diagramm fast nicht zu finden.

Ich frage mich immernoch warum ein MOSFET mit solch niegrigem Widerstand 
einen puls mit hohem Strom nicht wegstecken kann. Aber das es nicht 
stimmt das mit Vds in der SOA die eigentliche Spannung wenn der FET 
leitet gemeint ist (also in diesem Fall etwas über 300mV), habt ihr ja 
schon gesagt.
Was zerstört den MOSFET dann? Die Verlustleistung kann es ja nicht sein, 
weil zu niedrig, Jens G. sagte der kurze Linearbetrieb beim umschalten 
ist auch Schnurz für die SOA, was ist es denn dann?

von Tany (Gast)


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Peter schrieb:
> ...ein MOSFET mit solch niegrigem Widerstand einen puls mit hohem Strom >nicht 
wegstecken kann

sagt wer?
Es gibt MOSFET in SO-8 Gehäuse, der in "kurzer" Zeit 500A und mehr 
vertragen kann. Dein MOSFET ist u.U sogar übertrieben.

Bubert, B. schrieb im Beitrag #5343140:
> Es gibt aber einen ganz einfachen Weg um Geld zu sparen. Du mußt nur mit
> mehr Infos 'rüberkommen.

von Peter (Gast)


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Tany schrieb:
>> Es gibt aber einen ganz einfachen Weg um Geld zu sparen. Du mußt nur mit
>> mehr Infos 'rüberkommen.

Was wollt ihr denn hören? Ich habe dir Frage doch schon mehrmals 
wiederhollt.

Peter schrieb:
> Was zerstört den MOSFET dann? Die Verlustleistung kann es ja nicht sein,
> weil zu niedrig, Jens G. sagte der kurze Linearbetrieb beim umschalten
> ist auch Schnurz für die SOA, was ist es denn dann?

von Fleischklops (Gast)


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Peter schrieb:
> Ich frage mich immernoch warum ein MOSFET mit solch niegrigem Widerstand
> einen puls mit hohem Strom nicht wegstecken kann.

Kann er doch (je nach MOSFET), wenn der niedrige R_ON gilt. Er also 
nicht im Linearbetrieb (gleichzeitig hohe Spannung und hoher Strom), 
sondern voll durchgeschaltet ist. Denn für diesen Fall ist der R_ON 
angegeben.

Peter schrieb:
> Was meinst du damit? Ziel ist es eine Last zu schalten (nur kurz -
> maximal 10ms) mit 50V und bis zu 120A. Ist das dann "reines"
> an/aus-Schalten?

Ja. Ich / wir dachte/n wohl, das sei so weit klar. Entweder 
Schaltbetrieb (und 37,44W) oder Linearbetrieb (nach Deinen Angaben 50V * 
120A ---> 6kW).

Alles eine Frage dessen, was gewünscht wird (oder lapidar: der Spannung 
am Gate, während der Strom fließen soll).

Trotzdem hat Tany recht: Würdest Du angeben, "was es werden soll" (und 
"was jenes es alles können soll - sowie natürlich die Dir bekannten 
Randbedingungen), kämen wir endlich gesichert ans Ziel.

Denn dann würde klar, wie man "es" heutzutage lösen könnte. (Mal völlig
davon abgesehen, daß diese Information schon im Eröffnungsbeitrag extrem 
nützlich hätte sein können...) Und wir könnten Dir bestmöglich helfen.

von Fleischklops (Gast)


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Peter, ich hatte Deinen Beitrag zu spät gesehen.

Peter schrieb:
>> Was zerstört den MOSFET dann? Die Verlustleistung kann es ja nicht sein,
>> weil zu niedrig, Jens G. sagte der kurze Linearbetrieb beim umschalten
>> ist auch Schnurz für die SOA, was ist es denn dann?

Und ich wiederhole:

Das kurze durchlaufen des Linearbereiches beim Schalten ist etwas völlig 
anderes, die dabei entstehende Verlustleistung sehr gering (im Vergleich 
zu 6kW...).

Ich hoffe, mein vorheriger Beitrag bringt Erleuchtung.

von Fleischklops (Gast)


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Fleischklops schrieb:
> Schaltbetrieb (und 37,44W)

Und das nur während der Leitphasen - ausgeschaltet nicht(s).

Fleischklops schrieb:
> die dabei entstehende Verlustleistung sehr gering (im Vergleich
> zu 6kW...)

Sogar sehr gering im Vergleich zu 37,44W.

Nur, um weitere Mißverständnisse zu vermeiden.

von Peter (Gast)


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Fleischklops schrieb:
> Ja. Ich / wir dachte/n wohl, das sei so weit klar. Entweder
> Schaltbetrieb (und 37,44W) oder Linearbetrieb (nach Deinen Angaben 50V *
> 120A ---> 6kW).
>
> Alles eine Frage dessen, was gewünscht wird (oder lapidar: der Spannung
> am Gate, während der Strom fließen soll).
>
> Trotzdem hat Tany recht: Würdest Du angeben, "was es werden soll" (und
> "was jenes es alles können soll - sowie natürlich die Dir bekannten
> Randbedingungen), kämen wir endlich gesichert ans Ziel.

Jetzt verstehe ich was ihr wissen wollt, ich möchte mit dem MOSFET bloß 
nach GND schalten, nicht im Linearbetrieb. Die Spannung Vds wird 312mV 
beim leiten nicht überschreiten. Wenn er sperrt sind es wie gesagt nicht 
mehr als 50V. Hatte ich wohl anfangs nicht klar gemacht.

von hinz (Gast)


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Peter schrieb:
> Jetzt verstehe ich was ihr wissen wollt, ich möchte mit dem MOSFET bloß
> nach GND schalten, nicht im Linearbetrieb. Die Spannung Vds wird 312mV
> beim leiten nicht überschreiten. Wenn er sperrt sind es wie gesagt nicht
> mehr als 50V. Hatte ich wohl anfangs nicht klar gemacht.

Hättest du gleich schreiben sollen. Du wirst dafür keinen so dicken und 
teuren MOSFET brauchen. Aber schreib besser noch was du da eigentlich 
für eine Last dran hast.

von Peter (Gast)


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hinz schrieb:
> Hättest du gleich schreiben sollen. Du wirst dafür keinen so dicken und
> teuren MOSFET brauchen. Aber schreib besser noch was du da eigentlich
> für eine Last dran hast.

Ja, stimmt wohl. Resistive Last, Stromquelle LiPo Batterien (natürlich 
Hochstromfähig)

von Jens G. (jensig)


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Peter schrieb:
>> Was zerstört den MOSFET dann? Die Verlustleistung kann es ja nicht sein,
>> weil zu niedrig, Jens G. sagte der kurze Linearbetrieb beim umschalten
>> ist auch Schnurz für die SOA, was ist es denn dann?

Wo habe ich geschrieben, daß das Schnurz ist?
Mein "Schnurz" gab es zu dieser Frage in Bezug auf SOA:

> warum werden dann nirgendwo angaben zu
> Rise/Fall zeiten am Gate gemacht?

Klar, lange rise/fall-Zeiten am Gate bewirken natürlich auch 
entsprechend lnage Übergangszeiten der D-S-Strecke, wo das SOA gilt. Das 
SOA gibt aber keine Abhängigkeiten von der Gatedynamik an, weil einfach 
zu viele andere Einflußfaktoren mitspielen würden (Threshold-Spannung, 
Steilheit, ...). Also gibt das SOA nur an, wie lange man welche(n) 
Spaunnung/Strom nutzen darf. Wie Du dann die Gatedynamik definierst, um 
die Einhaltung des SOA sicherzustellen, ist dann eher Deine Sache.

>> Klar paßt das nicht zusammen - kann sich ja jeder selbst raussuchen, ob
>> er wirklich 120A bei 50V meint (wofür er das SOA bemühen müsste), oder
>> doch nur reines an/aus-Schalten.

>Was meinst du damit? Ziel ist es eine Last zu schalten (nur kurz -
>maximal 10ms) mit 50V und bis zu 120A. Ist das dann "reines"
>an/aus-Schalten?

Du hattest anfangs Spannuung+Strom angegeben, und gleichzeitig SOA 
erwähnt, und den Rds_on. Da Deine angegebenen Spannungs/Stromwerte 
einzeln betrachtet (also 0%/100%-Schaltbetrieb) voll als 
Dauerbeanspruchung bei diesem Mosfet zulässig sind, machte eine Frage 
nach dem SOA keinen Sinn. Deswegen nahm ich an (und offensichtlich auch 
andere), daß Strom/Spannung (also 50V*120A=6kW) gleichzeitig für eine 
gewisse Zeit anliegen sollen, damit die Frage nach SOA Sinn macht. Also 
Linearbetrieb. Und für diesen Fall hatte ich geantwortet, daß lt. SOA 
selbst für 1ms diese Strom-Spannungspaarung (gleichzeitig) nicht 
zulässig ist.
Da Du aber, wie ich nun begriffen habe, offensichtlich den reinen 
Schaltbetrieb meinst, ist das SOA eher uninteressant, es sei denn, Du 
willst schön langsam am Gate umschalten, was eine rel. lange Verweilzeit 
im Linearbereich bedeuten würde. Dann wird SOA wieder interessant.

>> Falk B. schrieb:
>>> Wenn ein MOSFET mit 2,6mOhm 120A schaltet, fallen läppische 312mV über
>>> ihm ab. Da lächelt der milde. Solche kleinen Drain Source Spannungen
>>> sind im SOA-Diagramm fast nicht zu finden.

>Ich frage mich immernoch warum ein MOSFET mit solch niegrigem Widerstand
>einen puls mit hohem Strom nicht wegstecken kann. Aber das es nicht

Was meinst Du mit hohem Strom. Deine 120A macht doch Dein Mosfet sogar 
dauerhaft (bei entsprechennder Kühlung). Wenn Du mehr Strom durchlassen 
willst, dann kommt bei deinem Mosfet das Limit durch das Package, dann 
irgendwann durch den Chip selbst, welches man aber nicht mehr dauerhaft 
ausnutzen kann, weil das Package schon ein Limit setzt. Aber kurzzeitig 
darf man auch noch höhere Ströme entsprechend dem SOA pulsen. Das gilt 
aber nur für single Pulse, bzw. niederfrequente Pulse, wo die 
"Sperrschicht" sich wieder komplett abkühlen kann (zumindest 
theoretisch). Willst Du öfters pulsen, kommt normalerweise das Maximum 
Transient Thermal Impedance Diagramm ins Spiel, welches normalerweise 
sozusagen den dynamische Wärmewiderstand in Abhängigkeit von Frequenz 
und Puls-Pause-Verhältnis zeigt, bei Deinem Mosfet aber offenbar 
komischerweise nur für SinglePuls gilt (macht nicht mehr so viel Sinn).

Übrigens ist der max. Strom im Schaltbetrieb durch den Chip eines 
Leistungsmosfet meistens verlustleistungsbegrenzt, bei dem die 
Temperatur im Chip bei idealer Kühlung ausen die max. Temperatur 
erreicht (also z.B. Tj=175°C bei Tc=25°C).
Bei 175°CV hat der Mosfet einen max. Rds_on von rund 6,3mOhm, was bei 
Id_max=360A rund 820W macht. 830W sagt das DB. Paßt also. Der Id_max ist 
also eher ein berechneter Wert, bei dem der Chip aufgrund der Temperatur 
bei idealer Kühlung über den Jordan gehen würde (anders als bei den BJT, 
die schon weit vorher aufgrund des zweiten Durchbruchs (ungleichmäßige 
Stromverteilung) hopps gehen würden).

@ Fleischklops (Gast)

>Und ich wiederhole:

>Das kurze durchlaufen des Linearbereiches beim Schalten ist etwas völlig
>anderes, die dabei entstehende Verlustleistung sehr gering (im Vergleich
>zu 6kW...).

Auch wenn Du es immer wieder wiederholst: die entstehende 
Verlustleistung kann je nach Strom/Spannungsverlauf der D-S-Strecke beim 
Schalten sehr hoch sein.
Was Du meinst, ist die gemittelte Verlustleistung, bzw. resultierende 
Verlustenergie ...

: Bearbeitet durch User
von Peter (Gast)


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Danke für die ausführliche Erklärung Jens.

Nach welchen Kriterien suche ich dann einen N-MOSFET für den 
Schaltbetrieb (nichtlinear) aus wenn nicht mit dem SOA-Diagramm? Einfach 
nach den Absolute Maximum Ratings für Drain-Source Strom und Spannung 
(natürlich mit etwas luft nach oben ist ja das absolute Maximum)?

von hinz (Gast)


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Peter schrieb:
> Resistive Last, Stromquelle LiPo Batterien (natürlich
> Hochstromfähig)

Also doch ein Geheimprojekt.

von Jens G. (jensig)


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>Nach welchen Kriterien suche ich dann einen N-MOSFET für den
>Schaltbetrieb (nichtlinear) aus wenn nicht mit dem SOA-Diagramm? Einfach
>nach den Absolute Maximum Ratings für Drain-Source Strom und Spannung
>(natürlich mit etwas luft nach oben ist ja das absolute Maximum)?

Ja. Einfach nach max Ratings für die Dauerkennwerte.
Da der Strom aber in der Regel für einen Mosfet gilt, dessen Tc=25°C 
ist, ist der Strom entsprechend geringer, wenn Tc höher ist (was 
üblicherweise bei Dauerlast der Fall ist). Dann muß man den max. Strom 
für diese Tc über die üblicher Wärmewiderstandsberechnung berechnen.
Heutige Leistungsmosfetdatenblätter haben aber üblicherweise (oder 
zumindest sehr oft) sogenannte Derating-Kurven für den Strom in 
Abhängigkeit von Tc. Da braucht man nix zu rechnen.
Da Du mit Deinen 120A gerade mal ein Drittel des Imax=360A (welcher bei 
Tc=25°C und Tj=175°C gilt, also 150K Diff) auskostest, die umgesetzte 
Leistung also schon fast nur noch ein Zehntel von Ptot ist, hat man auch 
nur ein Zehntel Temperaturdiff. zw. Tc und Tj. Also 15K. Ok - besser 
20K, da wir die Leistung etwas ungünstig gerundet haben. Wenn Du Tc 
mittels Kühlkörper auf unter 155°C hälst, dann isser bei 120A schon im 
zulässigen Bereich.

von Peter (Gast)


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Ok, dann müsste ich meine 50V/120A ja mit einem billigen IRFP3306PBF ( 
https://www.infineon.com/dgdl/irfp3306pbf.pdf?fileId=5546d462533600a401535628df311ff2 
) schalten können, der kann 60V/160A und da mein Puls sowieso nicht 
länger als 10ms alle paar sekunden ist, muss ich mir um Tc auch keine 
sorgen machen. Danke euch, ich dachte immer die SOA wäre auch für den 
Schaltbetrieb wichtig.

von Harald W. (wilhelms)


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Peter schrieb:

> was ist es denn dann?

Längere Zeiten (im Millisekundenbereich) bei der gleichzeitig ein
hoher Strom fliesst und eine hohe Spannung zwischen Drain und
Source anliegt.

von Jens G. (jensig)


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@Peter (Gast)

>Ok, dann müsste ich meine 50V/120A ja mit einem billigen IRFP3306PBF (
>https://www.infineon.com/dgdl/irfp3306pbf.pdf?file...
>) schalten können, der kann 60V/160A und da mein Puls sowieso nicht
>länger als 10ms alle paar sekunden ist, muss ich mir um Tc auch keine
>sorgen machen. Danke euch, ich dachte immer die SOA wäre auch für den
>Schaltbetrieb wichtig.

Ja, der sollte das beim Pulsen auch lässig packen.
Trotzdem mal eine Verlustleistungs- und Temperaturbetrachtung, nicht daß 
Du denkst, man könne alles andere auser acht lassen:
wenn man die 4,2mOhm im DB zugrundelegt, sind das bei 120A eine 
Momentanleistung von rund 60W (im Kopf gerechnet, ich hoffe das stimmt 
in etwa).
Bei einem angenommenen Puls/Pause-Verhältnis von 1% (also 10ms in jeder 
Sekunde) sind es immer noch 0,6W im Schnitt. D.h., ohne Kühlkörper 
schafft er es noch lässig, wird aber schon deutlich mehr als nur 
handwarm (bei den angegebenen 40°C/W sind es also rund 24°C 
Übertemperatur, also 50°C absolut. Den könnte man also immer noch 
anfassen, ohne die Finger zu verbrennen.

Eigentlich müssten wir eher mit vielleicht 6mOhm rechnen, denn die 
4,2mOhm gelten ja nur für 25°C. Innerlich ist der Mosfet in den 
Pulzeiten aber schon deutlich wärmer, so daß ich eher mit vielleicht 
großzügigen 6-7mOhm, und damit 100W rechnen würde. Also 1W im Schnitt, 
macht Tc=65°C, und Tj=132°C. 65°C ausenherum ist vielleicht nicht mehr 
für jedermann anfaßbar (also gefühlt heiß), aber die innerlichen 132°C 
sind trotzdem noch weit weg von den erlaubten 175°C.
Der Mosfet wird also mit 1W Durchschnitt-, 100W Pulsleistung schon recht 
gut ausgenutzt, ist aber selbst ohne Kühlkörper noch weit von seinen 
Grenzen entfernt.

von Peter (Gast)


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Danke für deine Erklärung und die Beispielrechnung Jens.

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