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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit Power MOSFET


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von Lutz S. (lutzs)


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Hallo,

da ich mit FET bisher wenig praktische Erfahrungen habe wollte ich ein 
einfaches Experiment zur Ansteuerung machen.

Dazu habe ich einen IRML6244 mit Source an 0 Volt geschaltet, Drain lag 
über eine Halogenlampe an den +12 Volt eines Labornetzteils. Dieses hat 
eine Strombegrenzung auf 2 Ampere.

Am Gate lagen über einen Widerstand von 44 Kiloohm zunächst 0 Volt gegen 
Source, die dann über ein zweites Experimentiernetzteil in 1 - 2 
Sekunden bis 3 Volt erhöht wurden.

Der FET war zunächst gesperrt, fing bei ca. 1 Volt am Gate an zu leiten, 
das Netzteil ging in die Strombegrenzung bis die Lampe dann leuchtete. 
Der FET wurde aber sehr heiss und liess sich dann auch nicht mehr zum 
sperren bewegen.

Mit einem zweiten Exemplar passiert exakt dasselbe.

Habe ich die thermisch getötet weil ich die Spannung zu langsam erhöht 
habe?

von hinz (Gast)


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Lutz S. schrieb:
> Habe ich die thermisch getötet weil ich die Spannung zu langsam erhöht
> habe?

Ja. Lerne die SOA kennen, die steht im Datenblatt.

von Lutz S. (lutzs)


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Danke. Habe mich übrigens beim Typ vertippt, ein L fehlte: IRLML6244

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Lutz S. schrieb:

> Habe ich die thermisch getötet weil ich die Spannung zu langsam erhöht
> habe?

Genau damit warst Du erfolgreich. So lange sich der FET im linearen 
Bereich befindet, entsteht an ihm Verlustleistung. Mit einer wesentlich 
kleineren Glühlampe wäre dies evtl nicht so ausgeprägt passiert.

mfG

von Gerald K. (geku)


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Ist kein spezielles Problem von FETs, kann auch mit bipolaren 
Tranistoren passieren.

Wie schon geschrieben den sicheren Arbeitsbereich SOA beachten:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Safe_operating_area

von HildeK (Gast)


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Lutz S. schrieb:
> Habe mich übrigens beim Typ vertippt, ein L fehlte: IRLML6244

Schau dir doch sein Gehäuse an!

Lutz S. schrieb:
> Der FET war zunächst gesperrt, fing bei ca. 1 Volt am Gate an zu leiten,
> das Netzteil ging in die Strombegrenzung bis die Lampe dann leuchtete.

Beim langsamen Hochfahren mit 2A Strombegrenzung hast du dann die 2A 
Strom  und gleichzeitig vielleicht 3V-6V an DS anliegen (je nach 
Verbraucher; schlimmstenfalls auch fast 12V, wenn die Lampe noch nicht 
leuchtet). Das sind dann viel mehr als 10 Watt!
Bei den 12V UGS kann er gerade mal für 1ms 200mA!

Bei 100K/W Wärmewiderstand J-A wird es dem Halbleiter halt sehr heiß - 
eben viele 100°C. Das mag er nicht ...

von Niemand (Gast)


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Das Datenblatt gibt aber Ströme von max 5 A und U bis 30 V aus, wenn man 
das Gehäuse dazu sieht fragt man sich was das bitte soll!
Und erst die Pwr D von nicht mal 1 Watt bei 70 Grd., an den kann man 
auch kein Kühlblech dranzaubern, also sehr grenzwertiges Bauteil, oder 
vorher genau überlegen und Rechnen....

von Klaus R. (klara)


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Niemand schrieb:
> Das Datenblatt gibt aber Ströme von max 5 A und U bis 30 V aus, wenn man
> das Gehäuse dazu sieht fragt man sich was das bitte soll!

IRLML6244
https://www.mikrocontroller.net/part/IRLML6244

Seite 4: Fig 8 Maximum Safe Operating Area
Seite 5: Fig 11 Typical Effective Transient Thermal Impedance, 
Junction-to-Ambient

Für analoge Lasten muß man schon spezielle MOSFETs suchen die z.B. für 
analoges Audio konstruiert sind. Der IRFP240 ist z.B. ein solcher 
MOSFET. Bei dem ist aber ebenfalls die SOA einzuhalten!

https://320volt.com/en/irfp240-irfp9240-mosfet-400w-amplifier-circuit/
mfg klaus

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Niemand schrieb:
> Das Datenblatt gibt aber Ströme von max 5 A und U bis 30 V aus

Ja. Aber eben nicht gleichzeitig. Sondern entweder 30V und sperren 
(kein Strom) oder 5A und voll durchgeschaltet (R_ds_on ~= 20mΩ)

> also sehr grenzwertiges Bauteil

Eher ein sehr grenzwertiges Verständnis von deiner Seite.

von Niemand (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Eher ein sehr grenzwertiges Verständnis von deiner Seite.

Kannst du dich vllt. auch mal in den TO versetzen, mir brauchst du das 
nicht vorzuhalten, ich weiß wie man Verlust-P berechnet und damit die 
SOAR einhält, Mir wäre der Fall sicher auch nicht passiert, allein bei 
der Größe des Bauteiles kommt schon automatisch die Vorsicht!

Klaus R. schrieb:
> Für analoge Lasten muß man schon spezielle MOSFETs suchen die z.B.

Gibt es noch was anderes als analoge Lasten für den Fall? Es war doch 
eher der Umstand durch Erkenntnis zu Erfahrung zu kommen, den Transmann 
nicht voll aufzusteuern war das Übel, daran ist er verstorben.
Der IRFP240 ist aber auch ne ganz andere Klasse, sieht man schon am 
Gehäuse, nicht nur an den Werten. 200V mit ca. 20 A  dazu 150 W bei 25 
Grd.

von Niemand (Gast)


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Das tödliche Problem kam aber auch durch die nicht lineare Last als 
Glüh-Obst zum Tragen, der geringe Kalt-R einer Halogen-Lampe ist schon 
etwas riskant für solche Experimente!
Ein paar Leistungs-LEDs in Reihe wären da ratsamer gewesen.

von Teo D. (teoderix)


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Niemand schrieb:
> Das tödliche Problem kam aber auch durch die nicht lineare Last als
> Glüh-Obst zum Tragen

Hier nich, wenns ein IRLML2502 bis 35W Halogen tut, dann tun dem 
IRLML6244 auch 50W nichts.
Wenn das Gate schnell genug umgeladen wird, stirbt er nicht mal bei 
Kurzschluss sofort. (OK, hat a biserl geraucht (Flussmittel?!), ist 
jetzt schön glänzend und hat ~100x Leckstrom:)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Niemand schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Eher ein sehr grenzwertiges Verständnis von deiner Seite.
>
> Kannst du dich vllt. auch mal in den TO versetzen, mir brauchst du das
> nicht vorzuhalten, ich weiß wie man Verlust-P berechnet

Ach. Dein Post war also ironisch gemeint? Und du meinst, mit einem 
solchen - noch nicht mal durch einen Smiley o.ä. gekennzeichneten - Post 
würdest du dem TE helfen?

> und damit die SOAR einhält

SOA ist Schnickschnack. Das 1. Problem des TE dürfte sein, daß ihm nicht 
klar ist, daß ein MOSFET kein Schnappschalter ist, der zwischen AN und 
AUS springt. Sondern daß der MOSFET auch alle Zwischenwerte zwischen 
AN und AUS annehmen kann.

Und dann 2. daß er 12V und 2A für irgendwie ungefährlich hält. Das sind 
immerhin bis zu 24W. Und die teilen sich irgendwie zwischen Glühlampe 
und MOSFET auf. Wir wissen jetzt nicht, was für eine Glühlampe genau das 
war. Aber eine kalte Glühlampe ist näherungsweise ein Kurzschluß. 
Pessimistisch gesehen können dann bis 24W im MOSFET umgesetzt werden. 
Vollkommen klar, daß der das nicht überlebt. SOA hin oder her.

von 2 Cent (Gast)


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Axel S. schrieb:
> SOA ist Schnickschnack.
Die Meinung teile ich nicht.

> Das 1. Problem des TE dürfte sein, daß ihm nicht
> klar ist, daß ein MOSFET kein Schnappschalter ist, der zwischen AN und
> AUS springt. Sondern daß der MOSFET auch alle Zwischenwerte zwischen
> AN und AUS annehmen kann.
Das hat der TO inzwischen bestimmt nicht nur verstanden, sondern 
bestimmt auch kapiert.

> Und dann 2. daß er 12V und 2A für irgendwie ungefährlich hält. Das sind
> immerhin bis zu 24W.
Um es mit den Worten der Internetprovider zu sagen: "Bis zu" :D

> Und die teilen sich irgendwie zwischen Glühlampe
> und MOSFET auf.
Am als ideal angenomenen 6Ohm Lastwiderstand (bei ideal angenommenem 
RDSon 0Ohm) 24W am Lastwiderstand, 0W am Mosfet. Leistungsanpassung als 
Spezialfall: 6V am Mosfet und 6V am 12Ohmer: jeweils 6 Watt an beiden 
Bauteilen, mehr wirds am Mosfet nicht werden.

> Wir wissen jetzt nicht, was für eine Glühlampe genau das
> war. Aber eine kalte Glühlampe ist näherungsweise ein Kurzschluß.
Eine Glühlampe ist natürlich noch eine andere Hausnummer, da hast du 
Recht.
Hypothetische 12V21W (passend zur Strombegrenzung) heiss also knapp 
7Ohm, kalt etwa ein Zehntel, Hausnummer: 0,7Ohm. Mit Biligstrippen von 
mir aus 1Ohm.

> Pessimistisch gesehen können dann bis 24W im MOSFET umgesetzt werden.
Bis die Strombegrenzung des Netzteiles greift (und das dauert etwas 
wegen dem Ausgangselko): 6V/1Ohm = 6A. Mal 6V ergibt 36W kurzzeitiges 
Peak worstcase als Hausnumer am Silizium.

> Vollkommen klar, daß der das nicht überlebt. SOA hin oder her.
Laut SOA geht das (mit Augenmass und Pi mal Daumen gucke ich mir das 
schön) etwa 1ms gut. Danach muss das Teil aber erstmal wieder seine 
Wärme verteilen, darf also eine Zeitlang nicht mehr belastet werden. 
Nach zwei Milisekunden (die Glühlampe braucht Hausnummer 100ms bis 
Nennstrom) isser out of SOA, also war das kaputtmachen kein Hexenwerk. 
SOA rules!

von Axel S. (a-za-z0-9)


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2 Cent schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> SOA ist Schnickschnack.
> Die Meinung teile ich nicht.

OK, war vielleicht mißverständlich. Im Allgemeinen nicht.
Aber im Kontext dieses Threads und für den TE schon.

>> Vollkommen klar, daß der das nicht überlebt. SOA hin oder her.
> Laut SOA geht das (mit Augenmass und Pi mal Daumen gucke ich mir das
> schön) etwa 1ms gut.

Das nützt dem TE nur nichts. Wenn er die Gatespannung von Hand hoch und 
runter dreht, dann ist das DC-Betrieb. Und da gilt für diesen MOSFET 
ausschließlich die Verlustleistungshyperbel (die im Datenblatt von IRF 
aber gar nicht erst eingezeichnet ist).

Selbst aufgelötet auf einer Platine mit ordentlich Kupfer drum herum 
würde ich dem Kerlchen nicht mehr als 500mW zumuten. Das Datenblatt 
nennt 800mW - wenn man es schafft, die Beinchen auf 70°C zu halten. 
Schafft man aber nicht. Wenn man jetzt mal die Hyperbel für 
I_d·U_ds=500mW in das Diagramm einzeichnet, bleibt von der SOA nicht 
mehr viel übrig.

Oder noch anders gesagt: wenn die Strombegrenzung am Netzteil auf 50mA 
eingestellt gewesen wäre, dann hätte der MOSFET eine faire 
Überlebenschance gehabt.

von A. K. (prx)


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Axel S. schrieb:
> ausschließlich die Verlustleistungshyperbel

Als Daumenregel sollte man sich bei MOSFETs, die für Schaltbetrieb 
gebaut sind und deren SOA keinen DC-Betrieb ausweist, im DC-Betrieb 
nicht einmal darauf verlassen.

: Bearbeitet durch User
von 2 Cent (Gast)


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Axel S. schrieb:
> 2 Cent schrieb:
>> Axel S. schrieb:
>>> SOA ist Schnickschnack.
>> Die Meinung teile ich nicht.
>
> OK, war vielleicht mißverständlich. Im Allgemeinen nicht.
> Aber im Kontext dieses Threads und für den TE schon.
Der TE mag beim threadstart unwissend jeder thermischen Problematik 
"sauber auf die Fresse" geflogen sein. Ich unterstelle lernfähigkeit, 
sehe also keinen Grund eine SOA zu verschweigen.

>>> Vollkommen klar, daß der das nicht überlebt. SOA hin oder her.
Dem TO war das -offensichtlich- völlig unklar. Dein (nicht ganz 
verkehrtes) Bauchgefühl muss der TO erst erarbeiten.


>> Laut SOA geht das (mit Augenmass und Pi mal Daumen gucke ich mir das
>> schön) etwa 1ms gut.
>
> Das nützt dem TE nur nichts. Wenn er die Gatespannung von Hand hoch und
> runter dreht, dann ist das DC-Betrieb.
Gute Anmerkung!

> Und da gilt für diesen MOSFET
> ausschließlich die Verlustleistungshyperbel (die im Datenblatt von IRF
> aber gar nicht erst eingezeichnet ist).
Typisch SMD. Das warum (für den TO: der Grund des Fehlens liegt stark an 
der Pausenzeit, die zu erwartende Temperatur ist extrem abhängig von der 
Umgebung) schreibst du selbst:

> Selbst aufgelötet auf einer Platine mit ordentlich Kupfer drum herum
> würde ich dem Kerlchen nicht mehr als 500mW zumuten. Das Datenblatt
> nennt 800mW - wenn man es schafft, die Beinchen auf 70°C zu halten.
Dir (und anderen) klar viel zu viel.

> Schafft man aber nicht. Wenn man jetzt mal die Hyperbel für
> I_d·U_ds=500mW in das Diagramm einzeichnet, bleibt von der SOA nicht
> mehr viel übrig.
Darum ging es (auch) mir: Die SOA liegt oftmals weit unter der 
maximalen Verlustleistung. Weit!


> Oder noch anders gesagt: wenn die Strombegrenzung am Netzteil auf 50mA
> eingestellt gewesen wäre, dann hätte der MOSFET eine faire
> Überlebenschance gehabt.
Und da kommt wieder "Bauchgefühl" ins Spiel; Eine eher unfaire 
Überlebenschance, wenn überhaupt.
Und sosehr ich eben noch bei dir war, ein Gegenbeispiel: Also nein, 
womöglich nicht!
Murphy ist unfair. Immer!
Planspiel "guter" 1000uF als Ausgangselko am Billgnetzteil: 
Ausgangsspannung fällt (sofortige Strombegrenzung in dessen Endstufe, 
wie schnell auch immer) um nur 6V pro Millisekunde bei 6A Last. 
Immernoch zu viel für das "Kerlchen".

Genug "Futter" für den TO. Axel liegt ja nicht falsch mit seinem 
Bauchgefühl; Formuliert "DC-Betrieb" war das fehlende Stichwort für 
diesen thread.
Da simmer wieder bei der SOA-Kennlinie :D

von Wolfgang (Gast)


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Niemand schrieb:
> Das Datenblatt gibt aber Ströme von max 5 A und U bis 30 V aus, wenn man
> das Gehäuse dazu sieht fragt man sich was das bitte soll!

Dann lies im Datenblatt auch die Zeile darunter:
PD @TA = 25°C   Maximum Power Dissipation  1.3W

von 2 Cent (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Niemand schrieb:
>> Das Datenblatt gibt aber Ströme von max 5 A und U bis 30 V aus, wenn man
>> das Gehäuse dazu sieht fragt man sich was das bitte soll!
>
> Dann lies im Datenblatt auch die Zeile darunter:
> PD @TA = 25°C   Maximum Power Dissipation  1.3W
https://me.me/i/five-mullah-face-palm-when-a-regular-face-palm-just-12009862

von Niemand (Gast)


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Axel S. schrieb:
> SOA ist Schnickschnack

Weißt du überhaupt was die Abkürzung SOA(R) ausgeschrieben und auf 
Deutsch bedeutet?

Safe Operating Area < sicherer Arbeits Bereich !

Axel S. schrieb:
> Das 1. Problem des TE dürfte sein, daß ihm nicht klar ist,
vllt. liest du mal sein einziges Posting? da ist er nämlich schon selber 
drauf gekommen, wenn auch nur mit Vermutung!

Lutz S. schrieb:
> Habe ich die thermisch getötet weil ich die Spannung zu langsam erhöht
> habe?

Axel S. schrieb:
> Und dann 2. daß er 12V und 2A für irgendwie ungefährlich hält

Ist dir langweilig gewesen, weil du mich nun wiederholt in ähnlicher Art 
zitierst?
Niemand schrieb:
> wenn man das Gehäuse dazu sieht fragt man sich was das bitte soll!

Und nun dann noch mal, hast du vllt. auch eigene Ideen oder Erkenntnisse
Axel S. schrieb:
> Aber eine kalte Glühlampe ist näherungsweise ein Kurzschluß.
Niemand schrieb:
> der geringe Kalt-R einer Halogen-Lampe ist schon etwas riskant für solche > 
Experimente!

Und dann noch mal die gleiche Leier
Axel S. schrieb:
> Vollkommen klar, daß der das nicht überlebt. SOA hin oder her.

von Niemand (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Dann lies im Datenblatt auch die Zeile darunter:

Ey sach mal gehts irgendwie noch? Bin ich hiet der TO oder was! Muß ich 
extra für dich das ganze Datenblatt zitieren?
Wenn ich den einen Wert gebracht habe kannst mir ja wohl zutrauen den 
anderen auch gesehen zu haben?
Da stand aber auch bei 25 Grd dabei, nur mal so als kleiner Hinweis!

von Niemand (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Und dann 2. daß er 12V und 2A für irgendwie ungefährlich hält. Das sind
> immerhin bis zu 24W. Und die teilen sich irgendwie zwischen Glühlampe
> und MOSFET auf.

Dann hast aber vergessen oder unterschlagen dass das Netzteil auch einen 
Ri und eine I-Begrenzug hat, bei einer sehr leistungsstarken Glühlampe 
würde dann im Kalt-Zustand der Glühwendel die Ausgangs-U einbrechen, so 
jedenfalls bei den meisten gängigen Labor-NT wenn die in die 
Strombegrenzung gehen oder am Leistungs-Limit angekommen sind,
wo wir gerade mal beim Korinten-Kacken sind!

von Axel S. (a-za-z0-9)


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2 Cent schrieb:
> Wenn man jetzt mal die Hyperbel für
>> I_d·U_ds=500mW in das Diagramm einzeichnet, bleibt von der SOA nicht
>> mehr viel übrig.
> Darum ging es (auch) mir: Die SOA liegt oftmals weit unter der
> maximalen Verlustleistung. Weit!

Ich habe mal das Diagramm aus dem Datenblatt geschnippelt und die Linie 
für 500mW eingezeichnet. Die für DC maximal nutzbare SOA liegt 
innerhalb des Dreiecks aus x-Achse, der roten Linie und der 
gestrichelten Linie für U_ds = I_d · R_ds_on. Das ist deutlich weniger 
als der Teil, der im Pulsbetrieb verfügbar wäre. Und wie A.K. anmerkt, 
ist es für MOSFET, die nicht für DC-Betrieb qualifiziert sind, manchmal 
sogar noch weniger.

Für DC-qualifizierte MOSFET stimmt die DC-Kurve mit der maximalen 
Verlustleistung überein. Und wenn es keine DC-Kurve gibt, dann gibt es 
keine. Nachdem das aber ein thermischer Effekt ist, kann man davon 
ausgehen, daß große MOSFET Dice stärker betroffen sind als kleine wie 
der IRLML6244.

Außerdem ist P_dmax = 1.3W - allerdings bei idealer (unrealistischer) 
Kühlung. Mit den angenommenen 500mW sind wir also schon ein ganzes Stück 
auf der sicheren Seite.

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