Hallo in die Runde, aktuell geht es bei mir um Heizerei und ich bräuchte mal ein paar Meinungen zu meiner Schaltung. Grundlegend sollen mit einem AVR (5V) 4 Heizkanäle (24V) gesteuert bzw. geschalten werden. An jedem Kanal hängt ein Heizelement – jeweils in unterschiedlicher Leistungsklasse (24V, 60..100W, 2.5..4.1A). Jeder Heizungskanal soll daher gleichermaßen für 5A ausgelegt werden. Anbei befindet sich die Schaltung für einen Heizungskanal. IRFZ44: http://www.farnell.com/datasheets/140113.pdf?_ga=2.216681429.296339204.1531719310-436254474.1525849647 Folgende Fragen tun sich mir auf: Ist für mein Vorhaben solch ein Treiber von Vorteil oder überflüssig? Ich frag mich, ob ein passender Logic Level Mosfet genügen würde bei der zu schaltenden Leistung. Wenn ja, welchen könnt ihr empfehlen, auch in Hinblick auf den RDSon bezüglich der Verlustleistung. Grundlegend soll die Reglung nach einem aktuellen Temperaturwert passieren – mittels PID bzw. Heizung an/aus bei gewissen Schwellwerten. Eventuell (wenn es nötig ist) unter zur Hilfenahme einer PWM im unteren Hz-Bereich. In der Praxis soll die Heizung auf einen Sollwert fahren und diesen halten - ohne Rampen fahren oder ähnlichem. Weitehrin stellt sich mir die Frage der Kühlung. Aktuell liegt die Verlustleistung beim IRFZ44, gerechnet mit RDSon = 0,023Ohm @ VGS = 10V (aktuell real 12V) bei 0,575W. Ist bei einem guten halben Watt Verlustleistung ein Kühlkörper notwendig für TO-220 Gehäuse? Rechnerisch liegt die Temperaturerhöhung noch im verträglichen Bereich laut Datenblatt des IRFZ44 (gerechnet mit einer angenommenen Worst-Case-Umgebungstemperatur von 50°C). Abschließend: Ich habe mir gedacht die 4 Mosfets an einen gemeinsamen Kühlkörper zu packen (Fischer SK 96/84 oder SK 125/84). Hier stellt sich mir die Frage, wie berechnet man den notwendigen Kühlkörper, wenn mehrere ICs an einen Kühlkörper kommen sollen. Meine Überlegung: IRFZ44: RthJC = 1,4 K/W Kühlkörper: KKRth: 3,6 K/W Temperaturerhöhung = (4 x RthJC + KKRth) * (4 * Pv) = (4 * 1,4 + 3,6) * (4 * 0,575) = 21,16°C Ich bedanke mich schon mal für alle Feedbacks!
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@Tony S. (tooony) >Grundlegend sollen mit einem AVR (5V) 4 Heizkanäle (24V) gesteuert bzw. >geschalten werden. Also schalten die eher mit sehr geringer Frequenz, 1Hz und weniger. >Heizungskanal soll daher gleichermaßen für 5A ausgelegt werden. Nicht viel. >Anbei >befindet sich die Schaltung für einen Heizungskanal. Viel zu aufwändig. Nimm einen Logic Level MOSFET ala IRLZ34N und steuer den direkt mit 5V aus einem Arduino etc. an. Das reicht hier problemlos. Bei 50mOhm und 5A verheizt der auch nur ca. 1,2W, das kriegt man gerade noch so ohne zusätzlichen Kühlkörper weg. >Ist für mein Vorhaben solch ein Treiber von Vorteil oder überflüssig? Überflüssig, siehe oben. >(aktuell real 12V) bei 0,575W. Ist bei einem guten halben Watt >Verlustleistung ein Kühlkörper notwendig für TO-220 Gehäuse? TO220 kann reichlich 1W ohne Kühlkörper. >mir die Frage, wie berechnet man den notwendigen Kühlkörper, wenn >mehrere ICs an einen Kühlkörper kommen sollen. Aus der Gesamtverlustleistung? >IRFZ44: RthJC = 1,4 K/W >Kühlkörper: KKRth: 3,6 K/W OK. >Temperaturerhöhung = (4 x RthJC + KKRth) Nö, die 4 Dinger liegen ja nicht thermisch in Reihe sondern parallel! Eher so.
1 | dT = (RthJC/4 + KKRth) * (4 * Pv) = (1,4/4 + 3,6) * (4 * 0,575) = 9°C |
> Ist für mein Vorhaben solch ein Treiber von Vorteil oder überflüssig? Wenn du mit deinen PWM Frequenzn im Bereich unter 1kHz bleibst, kannst du den Loic-Level MOSFET direkt mit dem Mikrocontroller ansteuern (ohne Treiber). > Welchen könnt ihr empfehlen, auch in > Hinblick auf den RDSon bezüglich der Verlustleistung. Da gibt es alle paar Monate neue bessere Produkte, schau einfach, was dein Händler anbietet. Achte im Datenblatt auf das Diagramm "Gate-Source versus Drain Current". Logic-Level heisst nämlich oft nicht, dass der Transistor bei 5V schon den maximalen Laststrom und den minimalen RDSon erreicht. Das Diagramm ist aussagekräfter als die Marketing-Daten in der oberen rechten Ecke. Dann habe ich gerade (hier im Forum) noch gelernt dass man auf die gate Threshold Voltage achten soll. Wenn da zum Beispiel steht, dass diese irgendwo zwischen 2 und 4 Volt liegt, dann nimmst du dieses Diagramm und verschiebst die "typische" Kurve in Gedanken so weit nach rechts, dass sie bei 4V beginnt. Dann kannst du ablesen, welchen Strom der Transistor bei 5V schalten kann. Unter 1W brauchst du keinen Kühlkörper, aber bewegte Luft (kein geschlossenes Gehäuse). > wie berechnet man den notwendigen Kühlkörper, wenn > mehrere ICs an einen Kühlkörper kommen sollen. Ganz einfach: Ein Kühlkörper mit 12k/W wird pro Watt um 12 Kelvin (=°C) wärmer, als die direkte Umgebung.
@Falk B.: Vielen Dank für deine Ausführungen! Falk B. schrieb: > Viel zu aufwändig. Nimm einen Logic Level MOSFET ala IRLZ34N und steuer > den direkt mit 5V aus einem Arduino etc. an. Das reicht hier problemlos. > Bei 50mOhm und 5A verheizt der auch nur ca. 1,2W, das kriegt man gerade > noch so ohne zusätzlichen Kühlkörper weg. Den IRFZ34N hatte ich vorher auch in der Auswahl, aber wegen der größeren Verlustleistung verworfen. Also zum Festhalten: Nur IRFZ34N und Gate-Widerstand nach Masse (47KOhm..100KOhm), Widerstand von 47Ohm von AVR Pin zum Gate optional. Da die Heizungskanäle bzw. die Platine in einem geschlossenem Gehäuse untergebracht sind und ich in der Praxis 35°C Umgebungstemperatur habe, würde ich einen Kühlkörper spendieren. Ein SK 125 ist sicherlich überdimensioniert? Aber lieber Vorsicht als Nachsicht. Falk B. schrieb: > TO220 kann reichlich 1W ohne Kühlkörper. Wieder was gelernt. Falk B. schrieb: > Eher so. > dT = (RthJC/4 + KKRth) * (4 * Pv) = (1,4/4 + 3,6) * (4 * 0,575) = 9°C Und nochmal was gelernt. Stefanus F. schrieb: > Dann habe ich gerade (hier im Forum) noch gelernt dass man auf die gate > Threshold Voltage achten soll. Wenn da zum Beispiel steht, dass diese > irgendwo zwischen 2 und 4 Volt liegt, dann nimmst du dieses Diagramm und > verschiebst die "typische" Kurve in Gedanken so weit nach rechts, dass > sie bei 4V beginnt. Dann kannst du ablesen, welchen Strom der Transistor > bei 5V schalten kann. Danke für den Hinweis :)
Falk B. schrieb: > Viel zu aufwändig. Meine ich auch. Und (wieder mal) ungeeigneter FET. > Nimm einen Logic Level MOSFET ala IRLZ34N und steuer > den direkt mit 5V aus einem Arduino etc. an. Lieber IRLZ44, hat zwar mehr Gate-Kapazität, aber kann bei 4V / 5V niederohmiger als der 34er.
Hallo, > Tony S. schrieb: > Grundlegend sollen mit einem AVR (5V) 4 Heizkanäle (24V) gesteuert bzw. > geschalten werden. An jedem Kanal hängt ein Heizelement – jeweils in > unterschiedlicher Leistungsklasse (24V, 60..100W, 2.5..4.1A). Jeder > Heizungskanal soll daher gleichermaßen für 5A ausgelegt werden. Anbei > befindet sich die Schaltung für einen Heizungskanal. wie schon geschrieben, ist das viel zu umständlich gedacht und zu kompliziert aufgebaut. > IRFZ44: > http://www.farnell.com/datasheets/140113.pdf?_ga=2.216681429.296339204.1531719310-436254474.1525849647 Es gibt FET mit R_DS-on im Bereich deutlich unter 10 mOhm (z.B. 2...5 mOhm). Damit spielt Erwärmung bei geringer Schaltfrequenz gar keine Rolle mehr. Hier z.B. in TO220 http://www.vishay.com/docs/68273/sup50020el.pdf SMD-Bauformen sollten auch kein Problem sein http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd18511ktt.pdf https://www.digikey.de/products/de/discrete-semiconductor-products/transistors-fets-mosfets-single/278 > Ist für mein Vorhaben solch ein Treiber von Vorteil oder überflüssig? überflüssig > Ich frag mich, ob ein passender Logic Level Mosfet genügen würde bei der > zu schaltenden Leistung. Allemal. > unter zur Hilfenahme einer PWM im unteren Hz-Bereich. Heizungen sind meist sehr träge. Da reicht auch Periodendauer in Größenordnung um 5....10s. > Abschließend: Ich habe mir gedacht die 4 Mosfets an einen gemeinsamen > Kühlkörper zu packen Der Aufwand lohnt nicht, wenn man FET kaufen kann, die kaum mehr als paar zehn mW Verlustleistung haben. Gruß Öletronika
Stefanus F. schrieb: > Wenn du mit deinen PWM Frequenzn im Bereich unter 1kHz bleibst, kannst > du den Loic-Level MOSFET direkt mit dem Mikrocontroller ansteuern (ohne > Treiber). So ist es, 50..100Hz PWM reichen für ne Heizung völlig aus. Und mit nem Logic-FET mit RDSON < 20mΩ brauchst Du auch keinen Kühlkörper bei 5A. Ich nehme z.B. den PSMN016-100YS.
Hallo, > Peter D. schrieb: > So ist es, 50..100Hz PWM reichen für ne Heizung völlig aus. 5A mit 100Hz kann schon eine erhebliche Störintensität verursachen. Meist reichen 0,01Hz...1Hz für ne Heizung völlig aus. Mit 100Hz erzeugt man schon die 1000-fache Störintensität im Vergleich zu 0,1 Hz. Dazu kommt, dass man bei einer sehr niedrigen Schaltfrequenz auch die Anstiegsgeschwindigkeit des FET sehr moderat einstellen kann, was nochmal eine deutliche Reduzierung von Störabstrahlung bewirkt. > Ich nehme z.B. den PSMN016-100YS. Gerade dieser ist eher ungeeignet. Der ist ja explizit auch nicht als Logik-Level-FET, sondern eben gerade als "standard level MOSFET" deklariert. Nach Danteblatt hat der eine gate-source threshold voltage bis max. 4,7V -> siehe Datenblatt S.6 und Fig.7! Das ist an einem uC mit 5V-Betriebsspannung viel zu knapp. Selbst wenn man mit R_DSon bis auf 20mOhm kommen sollte, so macht das immer noch bei 5A bis 500mW Verlustleistung. Das geht zwar, aber muß nicht sein, zumal wenn man mehrere solcher FET recht eng beieinander plazieren will. Gruß Öletronika
U. M. schrieb: > Hallo, >> Peter D. schrieb: >> So ist es, 50..100Hz PWM reichen für ne Heizung völlig aus. > 5A mit 100Hz kann schon eine erhebliche Störintensität verursachen. Ja. > Meist reichen 0,01Hz...1Hz für ne Heizung völlig aus. Einen ähnlichen Kommentar hatte ich vorhin auch schon auf dem Schirm stehen, ihn dann aber nicht abgeschickt, weil die Art der Heizung / Anwendung nicht bekannt ist. Ich gucke gerade mal in den Quellcode meiner Lötstation (40..60W), die Regelung könnte bis etwa 20Hz erreichen. Tut sie in der Realität nicht, weil das System thermisch zu träge ist. Eine ungeregelte PWM einer Heizung legt man natürlich eher in den Bereich mehrerer Sekunden, wie Du es geschrieben hast. Gucken wir mal Backofen oder Mikrowelle an, letztere hat hier einen Zyklus von 30 Sekunden. > Dazu kommt, dass man bei einer sehr niedrigen Schaltfrequenz auch die > Anstiegsgeschwindigkeit des FET sehr moderat einstellen kann, was > nochmal eine deutliche Reduzierung von Störabstrahlung bewirkt. Das kommt hinzu. >> Ich nehme z.B. den PSMN016-100YS. > Gerade dieser ist eher ungeeignet. Der ist ja explizit auch nicht als > Logik-Level-FET, sondern eben gerade als "standard level MOSFET" deklariert. Richtig, aber die Auswahl ungeeigneter Analogparamter scheint bei den µC-Leuten an der Tagesordung. Weiter vorne von Dir: > Hier z.B. in TO220 > http://www.vishay.com/docs/68273/sup50020el.pdf Der Bursche hat natürlich eine gewaltig hohe Gate-Kapazität und ist damit für seltenes Schalten prädestiniert. Aber egal, auch ein paar Milliohm mehr eines gängigen Typen (IRLZ44) sind klaglos zu verschmerzen: 30mOhm @ 5A = 750mW, bei 62K/W to air gerade mal 47K Erhöhung.
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