Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit N-MOSFET


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von Michael (Gast)


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Hallo,

Ich habe einen IRLR7807Z N-MOSFET als Low-Side-Schalter im Einsatz. 
Dieser soll einen Ausgang schalten, welcher 24V DC führt und maximal 3A 
abgeben soll.

Soweit funktioniert dies auch wunderbar. Der "Knackpunkt" ist der 
Kurzschlussfalle. Das Gerät soll den Ausgang nach 1ms Überstrom (>3A) 
abschalten, dies ist gewährleistet (der Strom wird über einen 
Messwiderstand permanent überwacht).

Dennoch wird der Transistor scheinbar schneller zerstört, als die 1ms 
"vorbei" ist.

Wenn ich einen Kurzschluss direkt an den Anschlussklemmen herbeiführe, 
fließen über den Messwiderstand etwa 30A.

Laut Datenblatt unterstützt der Transistor einen "Pulsed Drain Current" 
von 170A für maximal 400µs - davon bin ich weit entfernt.

Was mich irritiert: Figur 8 im Datenblatt "Maximum Safe Operating Area" 
verstehe ich so, dass bei 30V maximal 10ms lang ein Strom von 300mA und 
maximal 1ms lang  ein Strom von 2A fließen darf, sowie maximal 100µs 
lang ein Strom von 10A fließen darf. Das kann doch nicht sein, oder?

Wo liegt mein Denkfehler?

Welchen Transistor brauche ich, der bei 30V dauerhaft 3A verkraftet und 
im Kurzschlussfalle für 10ms lang 60A aushält (damit sollte ich auf der 
"sicheren Seite" sein, oder?)

Liebe Grüße, Michael

: Verschoben durch Moderator
von MaWin (Gast)


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Michael schrieb:
> Wo liegt mein Denkfehler

Du glaubst, hoher Strom darf gleichzeitig mit hoher Spannung anliegen.

Michael schrieb:
> Welchen Transistor brauche ich, der bei 30V dauerhaft 3A verkraftet

Einen gigantischen.

Du suchst eher einen der voll durchgeschaltet 3A verkraftet, an Spannung 
liegt dann RDSon x 3A an.

Und einen, der bei 60A bei deiner Ansteurspannung nicht in 
Abschnürbetrieb geht sondern seinen niedrigen RDSon beibehält.

von Michael (Gast)


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MaWin schrieb:
> Einen gigantischen.

Wie meinst du das?

Die 3A hält das Teil ja mit den 24V stundenlang aus, die Erwärmung ist 
zwar vorhanden, aber wir sind deutlich von den maximalen Angaben im 
Datenblatt entfernt.

MaWin schrieb:
> Du suchst eher einen der voll durchgeschaltet 3A verkraftet, an Spannung
> liegt dann RDSon x 3A an.

Wo liegt der Unterschied zu meiner Aussage?

Korrekt, ich möchte einen N-MOSFET der eine Last, die 3A Strom zieht, 
dauerhaft aushält.

MaWin schrieb:
> Und einen, der bei 60A bei deiner Ansteurspannung nicht in
> Abschnürbetrieb geht sondern seinen niedrigen RDSon beibehält.

Nein, nicht unbedingt. Der RDSon darf doch größer werden, wenn durch den 
größeren RDSon der maximale Kurzschlussstrom geringer würde, wäre es 
auch kein Problem. In diesem Zustand muss der Transistor aber 1ms 
verbleiben können.

Nach meinem Verständnis sind 30V mal 60A genau 1800W (wenn alle Spannung 
über den N-MOSFET) abfallen würde. Das für 1ms ist doch so gut wie 
nichts.

Das Kuriose ist ja, dass der Transistor zwar defekt ist, aber keinerlei 
Erwärmung direkt nach dem Ausfall am Gehäuse feststellbar ist (wie auch 
bei so einer kurzen Zeit).

Außerdem: Was heißt "und einen". Das soll ja schon ein Bauteil sein.

von ACDC (Gast)


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Michael schrieb:
> Das für 1ms ist doch so gut wie
> nichts.

SOA im Datenblatt.....

von Michael (Gast)


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ACDC schrieb:
> SOA im Datenblatt.....

Du meinst damit diese "Safe operating area"?

Darauf habe ich mich ja schon in meinem Ursprungsbeitrag bezogen. Ich 
kann dieses Diagramm nicht richtig deuten.

Selbst bei einem 60V/100A Transistor wie dem IPD100N06S4-03 von Infineon 
besagt dieses Diagramm, dass bei 30V DS-Voltage maximal 1ms lang 4A 
fließen dürfen. Das kann doch eigentlich nicht sein, oder? Diese Angabe 
erscheint mir im Gegensatz zu den anderen (riesigen) Werten im 
Datenblatt einfach lächerlich wenig.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Wie so oft, könnte auch hier ein Schaltplan helfen, Mißverständnisse zu 
vermeiden, und den Fehler zu finden.

von hinz (Gast)


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ACDC schrieb:
> SOA im Datenblatt.....

Und Fig.1/Fig.2.

von hinz (Gast)


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Michael schrieb:
> besagt dieses Diagramm, dass bei 30V DS-Voltage maximal 1ms lang 4A
> fließen dürfen.

Genau das besagt es.

von ACDC (Gast)


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Michael schrieb:
> Das kann doch eigentlich nicht sein, oder? Diese Angabe
> erscheint mir im Gegensatz zu den anderen (riesigen) Werten im
> Datenblatt einfach lächerlich wenig.

wenn es da steht?

Warum soll das nicht sein?

von Michael (Gast)


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hinz schrieb:
> Genau das besagt es.

Okay - wenn ich jetzt aber an dieser Stelle den zehn- bis fünfzehnfachen 
Strom benötige. Nach welcher Eigenschaft für den Transistor muss ich 
schauen? (Fünfzehnfach größeres ID? Zehnfach größere VDS?)

Diese Angabe ist leider nirgendwo in der Parametersuche drin...

von Michael (Gast)


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ACDC schrieb:
> Warum soll das nicht sein?

Weil die auf Seite 1 von ganz anderen Zahlen schwadronieren: 400A 
"Pulsed drain current". Nach meinen Kenntnissen der Mathematik ist der 
Wert aus dem SOA-Diagramm aber genau eines vom Hundert...

von ACDC (Gast)


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Michael schrieb:
> Okay - wenn ich jetzt aber an dieser Stelle den zehn- bis fünfzehnfachen
> Strom benötige.

Linear FET???

von ACDC (Gast)


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Michael schrieb:
> Weil die auf Seite 1 von ganz anderen Zahlen schwadronieren: 400A
> "Pulsed drain current".

Weil es nen Switch FET ist?

von Michael (Gast)


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ACDC schrieb:
> Weil es nen Switch FET ist?

Aber das ist doch genau das, was ich mache: Ich betreibe das Teil doch 
nicht im Linearbetrieb wenn ich 10V GS habe, oder?

Sorry, ich blick's nicht.

von ACDC (Gast)


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Michael schrieb:
> ACDC schrieb:
>> Weil es nen Switch FET ist?
>
> Aber das ist doch genau das, was ich mache: Ich betreibe das Teil doch
> nicht im Linearbetrieb wenn ich 10V GS habe, oder?
>
> Sorry, ich blick's nicht.

Deine 60ms sind für ein Switch FET eine Ewigkeitkeit.

Schaue doch einfach mal das SOA an.

Wenn es kein SOA im Datenblatt gibt, ist es wahrscheinlich ein Switch 
FET und Linear FET.

60ms sind eine Ewigkeit und dafür braucht es einen Linear FET.

von Michael (Gast)


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ACDC schrieb:
> Deine 60ms sind für ein Switch FET eine Ewigkeitkeit.

1ms ist die Vorgabe für die Kurzschlusssicherung. 1ms lang etwa 30A 
(gemessen) bei 24V. Von 60ms war nie die Rede.

Kannst du mir einen Tipp geben, wo man nach diesen Linear-FET suchen 
kann?

von Achim S. (Gast)


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Michael schrieb:
> Aber das ist doch genau das, was ich mache: Ich betreibe das Teil doch
> nicht im Linearbetrieb wenn ich 10V GS habe, oder?

wenn du gleichzeitig das drain auf 30V festhältst, dann ist das 
natürlich Linearbetrieb.

von Bauform B. (bauformb)



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1800 Watt passen einfach nicht in ein so kleines Gehäuse (DPAK). 
Nexperia hat den PSMN4R8-100PSE im TO-220, der das auch nicht schafft, 
aber immerhin 20A/10ms bis 60A/1ms.
"Richtige" Transistoren haben Schraubklemmen:
https://www.littelfuse.com/products/power-semiconductors/discrete-mosfets/n-channel-linear.aspx

Aber Obacht geben: die brauchen alle echte 10 Volt am Gate.

: Bearbeitet durch User
von Volker (Gast)


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Wird der Kurzschluss mit dem Fet zugeschaltet, oder ensteht der 
Kurzschluss wenn der Fet schon eingeschalten ist, wie schnell wird der 
Fet im ersten Fall eingeschaltet?

von Achim S. (Gast)


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Michael schrieb:
> 1ms lang etwa 30A (gemessen) bei 24V.

also 720mJ. dein FET verträgt im Einzelpuls nur einen kleinen Bruchteil 
davon. du kannst dich grob an der avalanche Energie orientieren. die 
beträgt bei deinem fet 28mJ - du brauchst mindestens das 30 fache.

von Volker (Gast)


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> Aber das ist doch genau das, was ich mache: Ich betreibe das Teil doch
> nicht im Linearbetrieb wenn ich 10V GS habe, oder?
>
> Sorry, ich blick's nicht.

Nein, das ist kein Linearbetrieb, und da sollte das Teil auch dauerhaft 
30A können, dies macht eine Verlustleistung von 30*13,8 mOhm = 0,414 W
Im Schaltvorgang selbst hast du aber Linearbetrieb, deshalb kommt es 
auch auf die Geschwindigkeit des Schaltens an.

von Volker (Gast)


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Du hast ja recht Achim, aber ich versthe immer noch nicht wieso am Fet 
24V anliegen sollen wenn 30 A durch ihn fließen beu Ug = 10V

von Bauform B. (bauformb)


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Volker schrieb:
> Wird der Kurzschluss mit dem Fet zugeschaltet, oder ensteht der
> Kurzschluss wenn der Fet schon eingeschalten ist, wie schnell wird der
> Fet im ersten Fall eingeschaltet?

Und wie schnell wird er im zweiten Fall ausgeschaltet? Wobei es kaum 
stört, wenn mit dem Abschalten erst nach 1ms begonnen wird. In der Zeit 
steht ja weniger als 1 Volt an, auch bei 30 bis 60A. Entscheidend ist, 
dass das Gate schnell entladen wird. Ein CMOS-Ausgang oder ein BC847 ist 
wohl etwas zu schwach, aber mit 200mA oder so müsste er doch schnell 
genug schalten?

von Volker (Gast)


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Hallo Bauform B.

sehe ich genauso, mir ist eh ein Rätsel wie man es schaffen soll bei 
Ug=10 V
(also RDSon = 14 mOhm) einen Spannung von 24V und 30A zu erreichen, dies 
würde ja einen RDson von 0,8 Ohm bedeuten, ein kompletter Widerspruch

von Jens G. (jensig)


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Michael (Gast)

>Selbst bei einem 60V/100A Transistor wie dem IPD100N06S4-03 von Infineon
>besagt dieses Diagramm, dass bei 30V DS-Voltage maximal 1ms lang 4A
>fließen dürfen. Das kann doch eigentlich nicht sein, oder? Diese Angabe
>erscheint mir im Gegensatz zu den anderen (riesigen) Werten im
>Datenblatt einfach lächerlich wenig.

Tja, ist eben ein Schalttransistor, der nur an oder aus sein soll, aber 
möglichst nicht dazwischen.

>Strom benötige. Nach welcher Eigenschaft für den Transistor muss ich
>schauen? (Fünfzehnfach größeres ID? Zehnfach größere VDS?)

Da gibt's keinen speziellen Kennwert, auser eben die unendlich vielen 
Kennwerte mit Bedingungen im SOA-Diagramm.
Ein "normaler" FET, also nicht für Schaltbetrieb optimierter FET, hat 
idR. mehr SOA-Reserven, aber eben auch nicht unendlich viele.

Diese Angabe ist leider nirgendwo in der Parametersuche drin...
>ACDC schrieb:
>> Weil es nen Switch FET ist?

>Aber das ist doch genau das, was ich mache: Ich betreibe das Teil doch
>nicht im Linearbetrieb wenn ich 10V GS habe, oder?

Doch, wenn Du den Fet in den Kurzschluß schickst, dann ist das für den 
Linearbetrieb - also irgendwas zw. an und aus.

Warum brauchst Du überhaupt 1ms, um abzuschalten? Sollte doch in µs 
möglich sein, wo du dann auch mehr SOA-Reserven hast.

von hinz (Gast)


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Volker schrieb:
> aber ich versthe immer noch nicht wieso am Fet
> 24V anliegen sollen

Weil du sie angelegt hast! Weißt du denn nicht was ein Kurzschluss ist?

von Achim S. (Gast)


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Volker schrieb:
> Du hast ja recht Achim, aber ich versthe immer noch nicht wieso am Fet
> 24V anliegen sollen wenn 30 A durch ihn fließen beu Ug = 10V

Tja, sorry: da habe ich mich einfach an deine Vorgabe gehalten:

Michael schrieb:
> 1ms lang etwa 30A
> (gemessen) bei 24V.

Dass das mit den 10V U_GS nicht zusammenpasst ist korrekt. Von daher 
kann einer der Werte nicht stimmen. Welcher der Werte das ist, lässt 
sich aus der Ferne schwer beurteilen. Kann es sein, dass dein U_GS in 
die Knie geht wenn du das Netzteil kurzschließt?

von Volker (Gast)


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Jens schrieb
>Warum brauchst Du überhaupt 1ms, um abzuschalten? Sollte doch in µs
>möglich sein, wo du dann auch mehr SOA-Reserven hast.

So wie ich das verstanden habe das Gerät, das die 24 liefert in 1ms 
abgeschaltet, oder sollte das doch das Schaltverhalten am Fet sein?

Dies kann uns aber nur Michael sagen, weiter oben wurde ja schon ein 
Schaltplan angefragt.

von Achim S. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Tja, sorry: da habe ich mich einfach an deine Vorgabe gehalten:

Tschuldigung: nicht an deine (Volkers) Vorgaben sondern an die des TO.

Volker schrieb:
> sehe ich genauso, mir ist eh ein Rätsel wie man es schaffen soll bei
> Ug=10 V
> (also RDSon = 14 mOhm) einen Spannung von 24V und 30A zu erreichen, dies
> würde ja einen RDson von 0,8 Ohm bedeuten, ein kompletter Widerspruch

Genau.

Vielleicht hat der TO ja seinen Strommesswiderstand in der Sourceleitung 
und der Kurzschlussstrom lässt die Sourcespannung nach oben gehen.

Michael schrieb:
> (der Strom wird über einen
> Messwiderstand permanent überwacht).

Oder der Kurzschluss am 24V Netzteil führt auch dazu, dass der 
Gatetreiber eine geringere Spannung sieht.

Oder die Ausgangstransistoren des Netzteils sind groß genug, um den FET 
auf einen Schlag zu killen - der 30A-Messwert bezieht sich vielleicht 
auf einen Zeitpunkt, wo die Ausgangskondensatoren schon entladen sind. 
Da kann der FET aber auch schon tot sein.

Viele Möglichkeiten, bei denen nur der TO Klarheit schaffen kann.

von Achim S. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Oder die Ausgangstransistoren des Netzteils sind groß genug, um den FET
> auf einen Schlag zu killen

Oh man: das sollte natürlich heißen die Ausgangskondensatoren des 
Netzteils...

von Michael (Gast)


Angehängte Dateien:

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Volker schrieb:
> Dies kann uns aber nur Michael sagen, weiter oben wurde ja schon ein
> Schaltplan angefragt.

Ich habe es mal in Spice eingegeben. Ihr seht sowohl die Ansteuerung des 
Gate als auch die Spannung die mir Spice am Drain ausgibt.

Ich habe aber nicht das exakte Modell für den N-MOS.

Achim S. schrieb:
> Oder der Kurzschluss am 24V Netzteil führt auch dazu, dass der
> Gatetreiber eine geringere Spannung sieht.

Die Logik hat eine getrennte Versorgung, das kann nicht sein.

Achim S. schrieb:
> Oder die Ausgangstransistoren des Netzteils sind groß genug, um den FET
> auf einen Schlag zu killen - der 30A-Messwert bezieht sich vielleicht
> auf einen Zeitpunkt, wo die Ausgangskondensatoren schon entladen sind.
> Da kann der FET aber auch schon tot sein.

Diese Möglichkeit kann ich nicht ausschließen, da hast du Recht. Die 30A 
sehe ich nach einem R/C-Filter.

von Achim S. (Gast)


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Michael schrieb:
> Ihr seht sowohl die Ansteuerung des
> Gate als auch die Spannung die mir Spice am Drain ausgibt.

Was ist die Funktion von C1 und R2?

Michael schrieb:
> Die Logik hat eine getrennte Versorgung, das kann nicht sein.

Die 10V des FET-Treibers zählen bei dir noch zu "Logik", korrekt?

Wie sieht der FET-Treiber tatsächlich aus? Er ist sicher keine ideale 
Quelle wie in der LTSpice-Simu.

von Volker (Gast)


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Achim S. schrieb:
>> Tja, sorry: da habe ich mich einfach an deine Vorgabe gehalten:

>Tschuldigung: nicht an deine (Volkers) Vorgaben sondern an die des TO.

Kein Problem

Deine Idee mit den Ausgangskondensatoren wäre natürlich auch noch 
möglich.

So, nun muss Michael einige Informationen liefern, alles andere ist 
Spekulation.

von Volker (Gast)


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oh war etwas spät dran

von Volker (Gast)


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680 Ohm zum Aufladen des Gates sind auch sehr groß

von Michael (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Was ist die Funktion von C1 und R2?

Das war wegen der EMV, "schöne" steigende Flanken (wegen der PWM).

Achim S. schrieb:
> Die 10V des FET-Treibers zählen bei dir noch zu "Logik", korrekt?

Korrekt. 78M12 und Kondensator.

Achim S. schrieb:
> Wie sieht der FET-Treiber tatsächlich aus? Er ist sicher keine ideale
> Quelle wie in der LTSpice-Simu.

74HCT04 (Eingang 3,3V vom Mikrocontroller, Ausgang 5V), dann BC846/BC856 
als Level-Shifter - eigentlich ganz unspektakulär.

Die 24V kommen aus einem Industrie-Netzteil, danach 3x 2200µF Elko. Alle 
Spannungen (3,3V, 5V, 12V) haben separate Spannungsregler mit C am Ein- 
und Ausgang und sind jeweils mit einer Diode von den 24V entkoppelt.

von Volker (Gast)


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3x 2200µF Elko
das ist der Grund

Beitrag #6325005 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Achim S. (Gast)


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Michael schrieb:
> 74HCT04 (Eingang 3,3V vom Mikrocontroller, Ausgang 5V), dann BC846/BC856
> als Level-Shifter - eigentlich ganz unspektakulär.

Wie wäre es denn trotzdem mit einem Schaltplan, der die wesentlichen 
Infos für die Schaltungsfunktion enthält? Einfach einem vollständigen 
statt nur ein paar Bruchstücke des Aufbaus als LTSpice-Simu zu sehen.

Michael schrieb:
> danach 3x 2200µF Elko

Lustig. 6,6mF haben bei 24V eine Energie von 1,9J gespeichert. Diese 
Energie muss verbraten werden - teils von deinem 10mOhm Widerstand, 
teils von deinem FET. Wie die Aufteilung passiert hängt davon ab, wie 
schnell du den FET schaltest. Da ist eine künstliche Bremsung der 
Schaltflanke durch C1, R2 extrem ungünstig.

Dein FET verträgt im Durchbruch eine Pulsenergie von 28mJ. Seine 
Pulsbelastbarkeit beim Entladen von Kondensatoren liegt in der selben 
Gegend. Vergleiche das mit den 1,9J, die du umsetzt (selbst wenn ein 
Teil davon im 10mOhm-Widerstand hängen bleiben sollte).

von Michael (Gast)


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Volker schrieb:
> 3x 2200µF Elko
> das ist der Grund

Welche Lösungsmöglichkeiten siehst du hier? Ich kann die ja nicht 
weglassen...

von Achim S. (Gast)


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Michael schrieb:
> Welche Lösungsmöglichkeiten siehst du hier? Ich kann die ja nicht
> weglassen...

Keine Ahnung, ob du die weglassen kannst. Ich kenne ja deine 
Problemstellung nicht. Ich weiß nur, dass du deinen FET auf die Art auf 
jeden Fall grillst.

von Volker (Gast)


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Eventuell ging das mit einem "intelligenten Leistungschalter" als 
Beispiel sei hier ein BTS133 von Infineon genannt, die sind angeblich 
intern gegen Kurzschluss abgesichert

von Michael (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Keine Ahnung, ob du die weglassen kannst. Ich kenne ja deine
> Problemstellung nicht. Ich weiß nur, dass du deinen FET auf die Art auf
> jeden Fall grillst.

Für die restlichen Teile der Schaltung sind die erforderlich.

Ich kann hier schlecht ein halbes Dutzend Schaltplanseiten 
veröffentlichen - da reißt man mir den Kopf ab...

Wie hat man denn früher so ein Problem gelöst, wenn man hinter einem 
Trafo auf die Glättung am Gleichrichter angewiesen war? (Also einerseits 
den "normalen" Strom fließen lassen, aber verhindern, dass der punktuell 
den Transistor "grillt"?)

von Achim S. (Gast)


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Volker schrieb:
> Eventuell ging das mit einem "intelligenten Leistungschalter" als
> Beispiel sei hier ein BTS133 von Infineon genannt, die sind angeblich
> intern gegen Kurzschluss abgesichert

Der hätte zumindest eine single pulse energy von 2 J (statt den 28mJ des 
aktuell verwendeten IRLR7807Z). Aber ich würde mich anstelle des TO eher 
fragen, ob es wirklich nötig ist, den FET zu quälen (inklusive der 
gebremsten Gate-Ansteuerung).

Michael schrieb:
> Für die restlichen Teile der Schaltung sind die erforderlich.
>
> Ich kann hier schlecht ein halbes Dutzend Schaltplanseiten
> veröffentlichen - da reißt man mir den Kopf ab...

Ich bin einigermaßen sicher, dass sich für die eigentliche 
Problemstellung eine Lösung finden ließe - wenn sie denn bekannt wäre. 
Aber für die hier vorgestellte Problemstellung (2J in einem FET 
verbraten, der nur 28mJ aushält) kenne ich leider keine Lösung.

von Gerald K. (geku)


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Michael schrieb:
> Ihr seht sowohl die Ansteuerung des
> Gate als auch die Spannung die mir Spice am Drain ausgibt.

Welcher Strom fließt durch den MOS-FET? Wäre interessant die Kurven zu 
ergänzen!

von Michael (Gast)


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Gerald K. schrieb:
> Welcher Strom fließt durch den MOS-FET? Wäre interessant die Kurven zu
> ergänzen!

Laut Spice 840A, aber das ist ja völliger Unsinn - ich habe die 10mOhm 
einfach als hypothetischen Widerstand der kurzgeschlossenen 
Anschlussklemme angenommen.

Die Spannung am A/D-Pin (nach dem 0,33R-Sense) und R/C (15k/15n) sagt 
ziemlich genau 30A.

Viel mehr als 30A könnten daher in der Realität gar nicht fließen, 
sowohl am VS als auch am GND sind jeweils 0,33Ohm-Sense-Widerstände. 
Folglich haben wir 0,66Ohm und daher bei 24V maximal 36A.

(Und die 3x 2200µF sind vor den Sense-R!)

von Volker (Gast)


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>Laut Spice 840A, aber das ist ja völliger Unsinn - ich habe die 10mOhm
>einfach als hypothetischen Widerstand der kurzgeschlossenen
>Anschlussklemme angenommen.

Nö, das ist kein völliger Unsinn, wenn deine Quelle niederimpedant ist, 
und die Elkos sind dies, kommen nur deren ESR, der Leitungswiderstand 
und der RDSon des Fet zum tragen.
Wenn man hier in Summe von 50mOhm ausgeht wären das zu Beginn (Entladen 
der Elkos) mit I=U/R I=24V/50mR= 480A und die fliessen dann auch 
tatsächlich, habe ich selbst schon nachgemessen.

von Roland E. (roland0815)


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Volker schrieb:
> Du hast ja recht Achim, aber ich versthe immer noch nicht wieso am Fet
> 24V anliegen sollen wenn 30 A durch ihn fließen beu Ug = 10V

Male dir mal deinen Schaltplan vereinfacht im Kurzschlussfall. 
Spätestens dann solltest du sehen, warum da 24V bei vollem Strom über 
dem FET stehen.

von Volker (Gast)


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ok sorry, hab nicht zu Ende gelesen

von Volker (Gast)


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Roland schrieb
>Male dir mal deinen Schaltplan vereinfacht im Kurzschlussfall.
>Spätestens dann solltest du sehen, warum da 24V bei vollem Strom über
>dem FET stehen.

Ja, aber dann fliesen keine 30A sondern mehr. Um bei 14mR 24V zu 
bekommen müssen theoretisch über 1700A fliessen.

von hinz (Gast)


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Volker schrieb:
> Roland schrieb
>>Male dir mal deinen Schaltplan vereinfacht im Kurzschlussfall.
>>Spätestens dann solltest du sehen, warum da 24V bei vollem Strom über
>>dem FET stehen.
>
> Ja, aber dann fliesen keine 30A sondern mehr. Um bei 14mR 24V zu
> bekommen müssen theoretisch über 1700A fliessen.

Der Kanal ist aber kein ohmscher Widerstand.

von A-Freak (Gast)


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Messen heißt Wissen.

Nimm doch ein Zweikanal-Speicherosziloskop, die gibt es schon für 200€ 
und sollten auch für deine Entwicklungsabteilung noch bezahlbar sein.

Dann nimmst du auf einem Kanal die Spannung am 10mOhm-Widerstand und mit 
dem zweitem Tastkopf die Drainspannung am MOSFET. Das Osziloskop stellst 
du auf Single-Shot-Betrieb.

Dann mißt du den Verlauf was bei einem Kurzschluß passiert.

Ich bin mir sicher die Kurven sagen alles.

von Achim S. (Gast)


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Michael schrieb:
> Viel mehr als 30A könnten daher in der Realität gar nicht fließen,
> sowohl am VS als auch am GND sind jeweils 0,33Ohm-Sense-Widerstände.
> Folglich haben wir 0,66Ohm und daher bei 24V maximal 36A.

Oh man: du zeichnest hypothetische Schaltpläne, die keinen Rückschluss 
auf die echte Schaltfunktion zulassen. Du zeigst uns 10mOhm, die aber 
real nicht da sind. Stattdessen gibt es aber real 2*0,33Ohm Widerstände, 
die du aber nicht einzeichnest. Das grenzt schon an eine bewusste 
Irreführung.

Ist dir nicht klar, dass diese 330mOhm in der GND-Leitung einen massiven 
Einfluss auf das Schaltverhalten haben? Sie verschieben ggf. das 
Source-Potential deines FET, und dementsprechend auch die Gate-Source 
Spannung des FET. Je nachdem, wie die Schaltung tatsächlich gebaut ist, 
würgst du damit den FET so weit ab, dass er die ganze Verlustleistung 
übernehmen muss (30A*0,33Ohm ergeben 10V, ist das nicht ein schöner 
Zufall?).

Also zeige den echten Schaltplan von FET und Treiber wenn du eine 
echte Lösung für das Problem suchst. In dem Schaltplan muss auch zu 
erkennen sein, wie GND der beiden Versorgungen (Last und Gate-Treiber) 
zusammenhängen. Evtl. fließt dein Kurzsschlussstrom zum guten Teil über 
den GND-Anschluss des Gatetreibers statt über den Messwiderstand.

Michael schrieb:
> Die Spannung am A/D-Pin (nach dem 0,33R-Sense) und R/C (15k/15n) sagt
> ziemlich genau 30A.

So ein Setup mag ja nett sein um eine schnarchlangsame 
Überstromabschaltung zu bauen. Aber es gibt dir keine Aussage darüber, 
warum der FET stirbt. Um das zu verstehen miss mit einem Oszi dirket am 
FET. Dein ADC nach einem Tiefpass ist zu langsam (der FET stirbt ggf. 
wesentlich schneller als du misst) und er nutzt ggf. auch noch das 
falsche Bezugspotential (je nachdem, wie die Versorgungen zusammen 
hängen).

von Peter D. (peda)


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Michael schrieb:
> Das Gerät soll den Ausgang nach 1ms Überstrom (>3A)
> abschalten, dies ist gewährleistet (der Strom wird über einen
> Messwiderstand permanent überwacht).

1ms Überlast ist für einen Transistor eine elend lange Zeit.
Der Trick ist, Du mußt den Strom so schnell wie möglich begrenzen. 
Bewährt hat sich dafür ein npn, der bei >0,7V am Sensewiderstand direkt 
das Gate runter zieht.

von 2 Cent (Gast)


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Michael schrieb:
> Ich betreibe das Teil doch
> nicht im Linearbetrieb wenn ich 10V GS habe, oder?
Das die Zeit zwischen 0Vgs und 10Vgs nicht =NULL ist haste inswischen 
sicherlich verstanden, selbiges für den zeitlichen 
strom/spannungsseitigen Anstieg auf der Lastseite.


Michael schrieb:
> Nach meinem Verständnis sind 30V mal 60A genau 1800W (wenn alle Spannung
> über den N-MOSFET) abfallen würde. Das für 1ms ist doch so gut wie
> nichts.
Für ein Kilogramm Wasser ist das thermisch sicherlich "so gut wie 
nichts".

Aber für das ultrakleine Si-Die deines Transistors ist es kaputtlich,
weil sich die wirksame thermische Masse (Wärmekapazität) deines Dies bei 
hohen Verlustleistungen (paralellschaltung von Halbleitern mit negativen 
TK) auf "einen Punkt" konzentriert, der selbst die ganze Verlustleistung 
"ansaugt".

Und für einen "Punkt" sind 1800W inerhalb 1ms kaputtlich.


Michael schrieb:
> Der RDSon darf doch größer werden, wenn durch den
> größeren RDSon der maximale Kurzschlussstrom geringer würde, wäre es
> auch kein Problem. In diesem Zustand muss der Transistor aber 1ms
> verbleiben können.
Ein möglicher Lösungsansatz: (Ohmscher-) Vorwiderstand vor die Last, der 
verträgt jedwede Verlustleistung besser.. Früher (TM) hat man für so 
etwas Köhlemassewiderstände* vorgeschaltet.

*EDIT
Das war zu einer Zeit als man Kohle noch Köhle geschreiben hat.
Tippfehler erfolgreich relativiert :D

HTH

von Gerald K. (geku)


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Volker schrieb:
> Wenn man hier in Summe von 50mOhm ausgeht wären das zu Beginn (Entladen
> der Elkos) mit I=U/R I=24V/50mR= 480A und die fliessen dann auch
> tatsächlich, habe ich selbst schon nachgemessen.

Wo liegt der Punkt mit 480A im SOA? Wie lange hält der MOS-FET diesen 
Spitzenstrom aus?
Es reicht auch nicht aus die Zeit des Spitzenstromes zu betrachen, 
sondern man muss die gesamte Zeit bis zum Ende des Stromflusses 
berachten.

von Gerald K. (geku)


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Bauform B. schrieb:
> 1800 Watt passen einfach nicht in ein so kleines Gehäuse (DPAK).
> Nexperia hat den PSMN4R8-100PSE im TO-220, der das auch nicht schafft,
> aber immerhin 20A/10ms bis 60A/1ms.

Vor allem dauert es Zeit bis die Energie von der Sperrschicht bis zum 
Gehäuse gelangt. Es gibt dann gewaltige Temperaturgefälle im Kristall.
Der statische Betrieb 20W bei 100°C am Gehäuse ist dagegen harmlos.

von Volker (Gast)


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Hinz schrieb
>Volker schrieb:
>> Roland schrieb
>>>Male dir mal deinen Schaltplan vereinfacht im Kurzschlussfall.
>>>Spätestens dann solltest du sehen, warum da 24V bei vollem Strom über
>>>dem FET stehen.
>>
>> Ja, aber dann fliesen keine 30A sondern mehr. Um bei 14mR 24V zu
>> bekommen müssen theoretisch über 1700A fliessen.

>Der Kanal ist aber kein ohmscher Widerstand.

Ich glaube es liegt ein Missverstännis vor, ich rede nicht vom 
Schaltvorgang des Transistors, sondern vom Zustand des voll 
durchschalteten Transistors, wenn ich da 10A durchliessen lasse fallen 
ca. 140mV ab, bei 30A halt 0,42V.

Zeige mir bitte wie im statischen Betrieb bei 30A 24V zwischen Drain und 
Source abfallen sollen.
Wie gesagt, ich rede nicht von der Situation wenn der Fet schaltet, 
deshalb stellte ich oben auch die Frage, ob der Fet auf den Kurzschluss 
zugeschaltet wird, oder ob der Kurzschluss entsteht, wenn der Fet schon 
durchgeschaltet ist, das ist halt ein großer Unterschied für den Fet.

Ansonsten empfinde ich es wie Achim nicht in Ordnung in der Simulation 
10mR einzuzeichnen und später dann mit 2x330mR zu kommen.

von Philipp K. (philipp_k59)


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Wieso wählst du nicht einen Kurzschlusssicheren aus?

Kurzschluss ist Kurzschluss.. bzw. da gibt es Schaltungen ohne Shunt die 
das schneller können.

von MaWin (Gast)


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Volker schrieb:
> Zeige mir bitte wie im statischen Betrieb bei 30A 24V zwischen Drain und
> Source abfallen sollen.

Das würde passieren, wenn der MOSFET in Abschnürbetrieb geht  also bei 
gegebener Gate-Spannung einfach nicht mehr Strom durchlässt, sondern 
seinen RDS erhöht.

Das ist bei 10V UGS und 30A bei seinem MOSFET laut Datenblatt nicht zu 
erwarten, daher muss man vermuten dass eine Zahl die er angibt nicht so 
ist wie er glaubt.

Welche, wissen wir nicht, und wird auch aus LTSpice-Spielereien nicht 
geklärt

von Carlo (Gast)


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was genau schaltet dieser Mosfet ?!
Wie genau sieht der Kurzschlußfall aus,
wäre auch interesannt den Testaufbau zu begutachten ...

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Achim S. schrieb:
> Oh man: du zeichnest hypothetische Schaltpläne, die keinen Rückschluss
> auf die echte Schaltfunktion zulassen. Du zeigst uns 10mOhm, die aber
> real nicht da sind. Stattdessen gibt es aber real 2*0,33Ohm Widerstände,
> die du aber nicht einzeichnest. Das grenzt schon an eine bewusste
> Irreführung.

Das ist keine Irreführung, sondern bodenlose Dummheit.
Der TO sucht Rat, ist aber nicht bereit, sein Problem zu schildern.
Und das Problem ist eben nicht der Mosfet, sondern die Schaltung.

von Gerald K. (geku)


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Sven S. schrieb:
> Der TO sucht Rat, ist aber nicht bereit, sein Problem zu schildern.

oder kann er es nicht?

Am einfachsten wäre es über die Schaltung zu diskutieren.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Gerald K. schrieb:
> Am einfachsten wäre es über die Schaltung zu diskutieren.

Stimmt.
Nur um den heißen Brei macht keinen Spaß.

Anbei mal eine einfache elektronische Sicherung.
T24 macht die Strombegrenzung, damit T23 nicht durchbrennt und die Last 
dahinter.
Bei Überstrom leitet auch T19, d.h. C84 wird über R178 entladen, bis der 
555 ganz abschaltet. R180 bestimmt die Zeit bis zum nächsten Anlauf. Die 
Pause ist so lang, daß T23 nicht gekühlt werden muß.
Für >15V kann man die Spannung über dem 555 mit Z-Diode 15V und 
Vorwiderstand reduzieren.

von Gerald K. (geku)


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Wenn ich die Schaltung richtig versteht, dann wird der Strom auf 1,4A 
begrenzt. Bei Daueransteuerung können knapp 20W Verlustleistung im FET 
entstehen.

Ohne Kühlkörper verträgt der FET den Kurzschluss auf Dauer nicht. Der 
Wärmewiderstand Rk müsst bei 25°C Umgebungstempertur kleiner 3°C/W sein!

So ein Kühlkörper ist schon relativ groß :
https://www.conrad.at/de/p/pada-engineering-8310-200-n-profilkuehlkoerper-2-33-k-w-l-x-b-x-h-200-x-40-x-35-188007.html

Besser wäre es ein Foldback einzubauen und nach Möglichkeit auf den 
Kühlkörper zu verzichten:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Foldback_(power_supply_design)

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Michael schrieb:
> Wenn ich einen Kurzschluss direkt an den Anschlussklemmen herbeiführe,
> fließen über den Messwiderstand etwa 30A.
>
> Laut Datenblatt unterstützt der Transistor einen "Pulsed Drain Current"
> von 170A für maximal 400µs - davon bin ich weit entfernt.

Wie schaffst du es denn, deinen Kurzschluss weit unter 400µs dauern zu 
lassen?

30V * 3A sind 90W. Um so viel Energie zu verheizen hatte mein altes 
Labornetzteil zwei fette 2N3055 Transistoren im TO-3 Format und einen 
Kühlkörper mit etwa 10x10x7cm. Kannst ja mal danach googeln, falls du 
die nicht kennst.

: Bearbeitet durch User
von Gerald K. (geku)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> zwei fette 2N3055 Transistoren im TO-3 Format und einen Kühlkörper mit
> etwa 10x10x7cm.

Der 2N3055 bringt mit 1,52°C/W  Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum 
Gehäuse die Energie doppelt so gut weg. Man müsste daher die 
Gehäusetemperatur beim FET wesentlich niedriger halten als beim 
Transistor im TO-3 Gehäuse. Das bedeutet einen größeren Kühlkörper.

Ziel sollte sein diese Energie gar nicht auftreten zu lassen .

: Bearbeitet durch User
von Philipp K. (philipp_k59)


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Michael schrieb:
> Wenn ich einen Kurzschluss direkt an den Anschlussklemmen herbeiführe,
> fließen über den Messwiderstand etwa 30A.

Die Kurzschlußgröße bestimmt ja die Spannungsquelle,Eintritt in 
Lichtgeschwindigkeit dazu wird ein ADC wird den Kurzschluß niemals 
einfach so "messen" können.. da gehören ganz andere Sachen zu.

Was man halt machen kann ist:

1. z.B. einen Fet mit kompletter Protection einsetzen, gibt sogar 
Modelle die haben noch 3 Error-Pins für Overload, Shorten und Coil Open 
(Kabelbruch).

2. Einfache überall zu ergogelnde Schutzschaltung bei Kurzschluss -> 
Mosfet  Direkt aus .. (Beispiel wurde schon gepostet)

von Murmeltier (Gast)


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Guck mal hier:

https://www.analog.com/en/products/lt1910.html

Damit lösten wir früher solche Probleme.

von Peter D. (peda)


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Gerald K. schrieb:
> Bei Daueransteuerung können knapp 20W Verlustleistung im FET
> entstehen.

R180, R178 bestimmen den Tastgrad und der ist <5%, d.h. die mittlere 
Leistung ist <1W, das führt die Platine ab.
Bei Dauerkurzschluß kann man T23 noch anfassen, habs selber getestet.

von Gerald K. (geku)


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Gerald K. schrieb:
> 1,4A begrenzt. Bei Daueransteuerung können knapp 20W Verlustleistung im
> FET entstehen

Da ich das Impulsverhältnis nicht kannte, ging im vom "Worse Case" aus. 
Daher "Daueransteuerung "=100%.

von Peter D. (peda)


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Murmeltier schrieb:
> Guck mal hier:
>
> https://www.analog.com/en/products/lt1910.html
>
> Damit lösten wir früher solche Probleme.

Die Schaltung ist schon recht alt (<2k). Ich habe sie nachgerüstet, weil 
aus den alten L293 immer Qualmwölkchen aufstiegen. In neueren Projekten 
benutze ich einen 8-fach High-Side Schalter mit internem Schutz.

von Philipp K. (philipp_k59)


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Nur mal als Beispiel ein netter aber uralter Highside Profet, habe den 
gerade in der Werkstatt gefunden..

https://www.digchip.com/datasheets/parts/datasheet/216/BTS412-A-pdf.php
PROFET®  BTS 412B2

Semiconductor Group103.97
Smart Highside Power SwitchFeatures
• Overload protection
• Current limitation
• Short circuit protection
• Thermal shutdown
• Overvoltage protection (including load dump)
• Fast demagnetization of inductive loads
• Reverse battery protection1)
• Undervoltage and overvoltage shutdown withauto-restart and hysteresis
• CMOS diagnostic output
• Open load detection in OFF-state
• CMOS compatible input
• Loss of ground and loss of Vbb protection•Electrostatic discharge 
(ESD) protection

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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