Hallo Zusammen, Ich möchte einn Konstantstomverbraucher (Current Sink) mit einem Mosfet bauen. Dieser soll per Op-Amp und DAC von 0-1A geregelt werden können. Ich denke die Schaltung dazu ist fast jedem bekannt. Angeschlossen werden, soll ein LiPo Akku (2.7-4.2V) Nun habe ich eine Frage dazu: Wie kann ich ermitteln wie heiss der Mosfet wird, bzw. ob ein Kühler verbaut werden muss? Bzw. Wie warm dieser wird?
Du wirst sicher einen Kühler brauchen! Berechnen kannst du das über die Verlustleistung am MOSFET.
Diese multiplizierst du mit dem thermischen Widerstand des MOSFETs um die Temperaturerhöhung auszurechnen:
wobei der oben genannte th. Widerstand die Summe aller th. Widerstände ist: [Junction-Case (im Datenblatt) plus entweder Case-Ambient (Datenblatt, wenn ohne Kühler) oder plus des th. Widerstands des Kühlkörpers] Rechenbeispiel: der IRFP240, ein großer MOSFET im TO-247 Gehäuse hat
das macht allein über dem Gehäuse ohne Kühlkörper
das macht dir kein Halbleiter mit. Du musst daher den th. Widerstand mit einem kleinen Kühlkörper reduzuieren.
Sieh unbedingt noch eine Sicherung vor! Wenn der MOSFET mal den Löffel streckt, dann macht der das mit einem Kurzschluss, und den mag der Akku ehr nicht.
Ohne zu wissen mit welcher Spannung du deine Stromquelle betreibst können wir das nicht sagen. Der entscheidende Faktor für die Verlustleistung ist ja die Versorgungsspannung
Die Frage wird aber nicht lauten ob, sondern welchem kühlkörper du brauchst
Lukas K. schrieb: > Ohne zu wissen mit welcher Spannung du deine Stromquelle betreibst > können wir das nicht sagen. Du hast dich verlesen. Er baut eine Stromsenke, keine Stromquelle. Wie es scheint zum Testen von LiIon Akkus.
Sorry hab mich wohl wirklich verlesen Für TO247 gehäuse findet man leicht Kühlkörper mit ca 10K/W für ein paar euro Z.b. WA-T247-101E Damit wärst du rechnerrisch auf ca 70°C Das heißt du hättest noch reserven falls der strom doch mal etwas mehr wird, die finger kannst du dir aber schon verbrennen Eine Sicherung solltest du aber trotzdem unbedingt einbauen wie Hinz bereits geschrieben hat.
Daniel S. schrieb: > das macht allein über dem Gehäuse ohne > KühlkörperΔT=4.2W∗40K/W=168°C\Delta T = 4.2W * 40 K/W = 168°C Lukas K. schrieb: > Damit wärst du rechnerrisch auf ca 70°C > Das heißt du hättest noch reserven falls der strom doch mal etwas mehr > wird, die finger kannst du dir aber schon verbrennen habt ihr nicht die Addition der Umgebungstemperatur vergessen? Nur das delta interessiert doch nicht! Das können also zusätzlich +20°C bis + 40°C sein, je nachdem wie warm es ist!
Doch das hab ich mit ca 25°C angenommen Und es sind ja noch genug reserven vorhanden, 40°C wären also auch kein problem, gehe aber bei der problemstellung stark von privater indoor anwendung aus
Daniel S. schrieb: > Du wirst sicher einen Kühler brauchen! > Berechnen kannst du das über die Verlustleistung am MOSFET. >
>
Sicher das das so korrekt ist? Wenn man das gezeichte Mosfet nimmt, und
an seinen Grenzen betreiben würde ergäbe dies ja
200V * 20A = 4kW was eine Temperatur von 160'000 Grad ergeben würde.
Kommt mir irgendwie komisch vor, das ein Mosfet weit mehr wärme als eine
pure Drahtheizung erzeugen kann.
Umax = 4,2V ... maximale akkuspannung Imax = 1A ... stärker will der TE den Akku nicht belasten Wobei ich bei der aussage gerade eher an einen troll denke
Lukas K. schrieb: > Wobei ich bei der aussage gerade eher an einen troll denke Nein ich vestehe es nur nicht ganz. Das die 1A durch den Mosfet solch eine riesige Hitze erzeugen sollen. Beispielsweise habe ich eine elektrische Bratpfanne mit einem Mosfetmodul angesteuert um damit löten zu können. Diese Pfanne hat rund 8A bei 230V und das Mosfetmodul ist zwar gross, aber nicht riesig, und wird nicht sehr warm. Nach der gezeigten Rechnung müsste das Mosfetmodul ja zumindestens sehr warm werden?
Johnny S. schrieb: > Wie kann ich ermitteln wie heiss der Mosfet wird, bzw. ob ein Kühler > verbaut werden muss? > Bzw. Wie warm dieser wird? 4.2V bei 1A wäre 4.2W, das schafft nichtmal ein TO220 ohne Kühler, so 23K/W sollte er unterschreiten. Legt man den shunt auf 2.5V/1A aus, wären es 2.5W weniger, für 1.7W tut es Montage auf Platine.
Es geht immer um den Strom dder durch den Mosfet fließt und Spannung die gleichzeitig anliegt Das von dir gerade beschriebene ist die klassische Anwendung Tansistor als Schalter Ausgeschaltet: hohe Spannung aber kein Strom : P=0W Eingeschaltet: hoher Strom, aber sehr geringe Spannung (im Falle der Bratpfanne vermutlich ca 0,1V) und ergibt 1W Hier würden wir den Mosfet aber als Last verwenden. Es würde Gleichzeitig der hohe Strom (1A) und die hohe Spannung (4,2V) anliegen
Johnny S. schrieb: > 200V * 20A = 4kW Die 200V liegen aber nicht über dem Mosfet an, während gleichzeitig 20 Ampere fließen. Nehmen wir den IRFP 240 fällt bei 20A eine Verlustleistung von 20A x 20A x 0,18Ohm = 72 Watt an. Gut, immer noch eine Menge und wahrscheinlich zu viel ohne aktive Kühlung - aber das Ding toppt wenigstens nicht mehr die Sonne um so knapp Faktor 30.
Lukas K. schrieb: > Doch das hab ich mit ca 25°C angenommen du ja deswegen deine ca. 70°C aber es elegant nicht geschrieben. Wobei bei Umgebung, heisser Sommer mit 40°C aus 70°c auch 85°C werden die an den Fingern deutlich aua machen! Die 168°C waren OHNE Umgebungstemperatur
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Bearbeitet durch User
Daniel S. schrieb: > [Junction-Case (im Datenblatt) plus entweder Case-Ambient (Datenblatt, > wenn ohne Kühler) oder plus des th. Widerstands des Kühlkörpers] Plus Case-Kühlkörper. Nicht viel, aber im Grenzbereich nicht vernachlässigbar.
Hallo, nimm einen ansehnlichen Ķühlkörper für ein paar Euro, sowas mit 5...10 K/W und es bleiben noch Reserven für weitere Ideen. MfG
Johnny S. schrieb: > Dieser soll per Op-Amp und DAC von 0-1A geregelt werden können. > Ich denke die Schaltung dazu ist fast jedem bekannt. > Wie kann ich ermitteln wie heiss der Mosfet wird, bzw. ob ein Kühler > verbaut werden muss? Nimm noch eine Spule dazu. Dann erwärmt sich der FET erheblich weniger. Die Schaltung kennst du sicherlich.
Wolfgang (Gast) >> Wie kann ich ermitteln wie heiss der Mosfet wird, bzw. ob ein Kühler >> verbaut werden muss? >Nimm noch eine Spule dazu. Dann erwärmt sich der FET erheblich weniger. >Die Schaltung kennst du sicherlich. Und was soll die Spule bewirken?
Jens G. schrieb: > Und was soll die Spule bewirken? Ansteuern der FETs per PWM und Spule zum Glätten des Stromes
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Lukas K. schrieb: > Für TO247 gehäuse findet man leicht Kühlkörper mit ca 10K/W für ein paar > euro Diese albernen 4 Watt bekomme ich auch aus einem TO-220 klaglos weg - natürlich mit Kühlkörper. Man darf natürlich etwas nachdenken: Die Untergrenze sind 2,7 Volt, also würde ich den Source-Widerstand auf 2 Ohm setzen und dem schon einmal 2 Watt überlassen. Bleiben 2,2 Watt am FET. Mit allen weiteren Verlusten würde ein KK mit 15K/W locker genügen, zumal die 4,2 Volt eh nicht lange anstehen. Im Anhang eine kleine Last, die ich mal für diesen Zweck gebaut habe. Ich muß immer gucken, was gerade noch im Bestand vorhanden ist ... etwas kleiner als KL153 hätte auch genügt. Johnny S. schrieb: > was eine Temperatur von 160'000 Relevant ist, welche Spannung über den Transistor abfällt, in Deinem Fall maximal 4,2 Volt. Mal den Strom, gibt das 4,2 Watt. Die Angebe "K/W", nicht "kw", sagt, wie weit sich der KK bei einem Watt Leistungsabgabe über die Umgebungstemperatur erwärmt. Nehmen wir jetzt 4 Watt und einen KK mit 10K/W, gibt das 40 K (Grad). Bei Umgebung 25°C würde sich der Kühlkörper also auf 65°C erwärmen. Die Bedenken von Joachim sind gerechtfertigt, im Hochsommer und / oder bei mangelnder Lufbewegung kann man auch mal 40°C haben - dann käme der KK auf 40+40 = 80°C. Dazu kommen noch die Wärmeübergänge, im Inneren wird der Transistor natürlich wärmer als der Kühlkörper. Guckst Du auf einen Nennwert um 10K/W, sind keine Probleme zu erwarten. --------- Zu Deinen 160.000 Grad: Ich habe eine Triacsteuerung aufgebaut, die an 230V rund 9 Ampere schaltet, 2100 Watt Last. Die 230 Volt interessieren nicht, die liegen über dem Triac, wenn es aus ist und kein Strom fließt. Wenn Strom fließt, fallen am Triac (gemessene) 1,3 Volt ab - das ist meine Verlustleistung: 1,3V mal 9A = 12 Watt. Wenn ich bei 30°C Umgebung 70°C am Kühlkörper zulassen will, brauche ich (70-30) durch 12 = 3,3K/W. Geholfen, verstanden?
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Also ich habe mal zur Hilfe die Schaltung angehängt. Der Mosfet welchen ich gerne einsetzen würde, ist ein SMD-Modell, wäre hier also allenfalls eine Option einen Mainboard-Kühler oder ähnlich zu verwenden? Nach der Rechnung von Daniel wären es ja in meinem Fall: 4.2V * 1A = 4.2W * 55C/W = 231° Wie kann ich herausfinden wie gross der Kühlkörper sein müsste? Könnte man alternativ auch einen kleinen Lüfter (20x20) einsetzen?
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