Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Parallelschaltung MOSFETS im Wechselrichter - warum ?


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von D.H. T. (david_t721)


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Hallo,

habe festgestellt, dass mein Wechselrichter (24 V DC --> 230V AC, max.
2KW Spitzenleistung, 1,2KW Dauerleistung) zur Umwandlung der Eingangs DC 
Spannung 10 MOSFETS (n-Kanal)
parallel geschaltet hat, um mittels Umsetzsteller eine
Gleichspannungswandlung (24V DC auf ca.300V DC) zu realisieren. Soweit
so gut. Aber jeder einzelne MOSFET hat eine zulässige DS-Stromstärke
(IDS) von 120A; die zulässige DC Eingangsstromstärke des Wechselrichters
ist jedoch "nur" 50A. Also würde jeder einzelne MOSFET für sich allein
schon die max. zulässige Last stemmen können -
Warum dann noch 10 Stück parallel ??

Für jede Info und Belehrung dankbar !

David

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von ACDC (Gast)


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David T. schrieb:
> Für jede Info und Belehrung dankbar !

Anfänger....
Aber der Weg ist das Ziel....

von Mofset (Gast)


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Der Mosfet hat 24mR RDSon. Das sind bei 50A immerhin 60Watt 
Verlustleistung am Mosfet. Das ist zu viel.

von S.G (Gast)


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Hallo,

dies liegt vermutlich am dadurch resultierenden erhöhten Wirkungsgrad. 
Durch die Parallelschaltung der FETs reduziert sich der RDS,on und somit 
die Verlustleistung im geschaltetem Zustand.

Grüße Simon

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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D.H. T. schrieb:
> jeder einzelne MOSFET hat eine zulässige DS-Stromstärke (IDS) von 120A
Ich rate mal: diese Zahl steht im Datenblatt der geheimen Mosfets bei 
den "Absolute Maximum Ratings".

> Also würde jeder einzelne MOSFET für sich allein schon die max.
> zulässige Last stemmen können -
Aber nur ganz, ganz kurz...

> Für jede Info und Belehrung dankbar !
Die Stichworte heißen "Verlustleistung" und "Kühlung".

von m.v. (Gast)


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120A bei 25°C am Case - das sind immer Verkaufs-Argument-Werte, die
mit der realen Anwendung (da wird dieser 3-, 5- oder sogar 10fach
unterschritten werden müssen). Also: Zur Verlustminimierung, und
weil Wasser- oder Stickstoffkühlung keine echte Otion ist.

2000W kurzzeitige Spitzenlast vs. 50A erlaubtem Dauereingangsstrom.
Kurzzeitig wird dieser eher um 100A liegen - der Kurzzeit-Überlast-
Schutz muß auf "diesem erhöhten Strom noch überlagerte Stromspitzen"
reagieren - das dauert gewisse Zeit, und der Wert geht evtl. bis zum
5- oder 10fachen (für Milliekunden). Und dann: Halbleiter haben kaum
therm. Masse, gehen bei Überlast schnell hopps.


Nebenbei, was ist denn ein "Umsetzsteller"? Da dürfte sicher ein
geregelter Gegentakt-Flußwandler drinsitzen...

von m.v. (Gast)


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m.v. schrieb:
> mit der realen Anwendung

...wenig zu tun haben.

von m.v. (Gast)


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m.v. schrieb:
> Kurzzeitig wird dieser eher um 100A liegen

Datenblatt des WR, 2000W kurzzeit/minimale Eingangsspannung

von D.H. T. (david_t721)


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Lothar M. schrieb:
> D.H. T. schrieb:
>> jeder einzelne MOSFET hat eine zulässige DS-Stromstärke (IDS) von 120A
> Ich rate mal: diese Zahl steht im Datenblatt der geheimen Mosfets bei
> den "Absolute Maximum Ratings".
Nein, der geheime MOSFET lautet IRFB4110, dort steht im Datenblatt unter
"Absolute Maximum Ratings": Continuous Drain Current, VGS @ 10V  = 120A, 
was meines Wissens eine Dauerlast von max. 120A ermöglicht

: Bearbeitet durch User
von m.v. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> D.H. T. schrieb:
>> jeder einzelne MOSFET hat eine zulässige DS-Stromstärke (IDS) von 120A
> Ich rate mal: diese Zahl steht im Datenblatt der geheimen Mosfets bei
> den "Absolute Maximum Ratings".

Das muß nicht zwingend sein - bei einem Qualitätsgerät könnte das
das Dauerstromrating (aber halt bei unrealistischen 25°C am Case)
sein, bei Billigteilen trifft wohl Deine Annahme den Punkt.

von m.v. (Gast)


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Ich sollte wohl mal lernen, mein 1FingerSuchSystem zu verbessern,
wenn ich schon so lange Posts schreibe - macht ja fast den Eindruck
als würde ich bei anderen Posts abschreiben. :)

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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D.H. T. schrieb:
> Der geheime MOSFET lautet IRFB4110, dort steht im Datenblatt unter
> "Absolute Maximum Ratings": Continuous Drain Current, VGS @ 10V  = 120A,
> was meines Wissens eine Dauerlast von max. 120A ermöglicht

Ja, dauerhaft, sofern dein Gehäuse auf 25°C gehalten wird. Genau daran 
wird es scheitern.

Bei 120A fallen an seinen (bis zu) 4,5mΩ immerhin 540mV bzw. 64,8 Watt 
ab. Damit kannst du drei Lötkolben betreiben!

Der Hersteller gibt einen Wärmewiderstand von 0,5°C/W zwischen Gehäuse 
und Kühlkörper an. Das macht bei 120W also eine Temperaturdifferenz von 
60°C alleine an dieser Übergangsstelle. Da der Chip nur bei 25°C so hoch 
belastbar ist, muss der Kühlkörper 60°C weniger haben, als -35°C.

Das ist unter normalen Bedingungen nicht erreichbar. Aber ich weiß schon 
wer sich gleich meldet, um zu behaupten dass er die 0,5°C/W durch 
Polieren weitgehend eliminieren kann. Den Beweis ist er uns seit Tagen 
Schuldig.

Noch ein Aspekt der hier eine Rolle spielt: Wenn sich der Transistor zu 
plötzlich erwärmt, dann platzt er. Auch deswegen muss man die Wärme auf 
mehrere Bauteile verteilen.

: Bearbeitet durch User
von D.H. T. (david_t721)


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Hallo,
Danke an alle mit den lesenswerten Antworten für die schnelle Hilfe. An 
die Effekte mit dem (wen auch kleinen) Innenwiderstand und den damit 
verbundenen Wärmeverlusten hatte ich nicht gedacht - aus der 
Leistungselektronik bin ich schon zu lange draußen :-)

Vielen Dank nochmals
David

von Jens G. (jensig)


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Stefan ⛄ F. (stefanus)

>Noch ein Aspekt der hier eine Rolle spielt: Wenn sich der Transistor zu
>plötzlich erwärmt, dann platzt er.

Wo kommt denn diese Weisheit her?

von Röhrentrafo (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Stefan ⛄ F. (stefanus)
>
>>Noch ein Aspekt der hier eine Rolle spielt: Wenn sich der Transistor zu
>>plötzlich erwärmt, dann platzt er.
>
> Wo kommt denn diese Weisheit her?

Der Hund heißt Transistor

https://www.youtube.com/watch?v=oSkJ-Qk0KbQ

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Jens G. schrieb:
> Wo kommt denn diese Weisheit her?

Eigene Erfahrung. Ich hatte Glück, dass das Bruchstück knapp neben 
meinem Auge einschlug.

: Bearbeitet durch User
von Tany (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> um zu behaupten dass er die 0,5°C/W durch Polieren weitgehend
> eliminieren kann. Den Beweis ist er uns seit Tagen Schuldig.
Ich weiß nicht, wer das behauptet hat. Aber selbst wenn der R_cs 1.0 
°C/W, die Kühlkörpertemperatur 50 °C beträgt, und wenn wir von einer 
max. zulässigen Sperrschichtstemperatur von 150 °C ausgehen, kann der 
Chip lt. Datenblatt immer noch eine Leistung von:
(150-50)/(1+0,4)=~71 W
verbraten.
Schön Abend

von Martin (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:

> ... dass das Bruchstück knapp neben meinem Auge einschlug.

Das erklärt doch einiges.

von ACDC (Gast)


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Wenn der wirklich nur 2kW könnte und bei 2,001kW Abschalten würde, dann 
könnte man noch nicht mal einen Toaster mit 700Watt dran betreiben.
Einschaltimpuls kann der sicher noch ein Stück mehr und dann sinkt die 
24V ziemlich ab und der Strom steigt.
usw...usw..

Was für Wechselrichter ist das?

von rocket launcher (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wenn sich der Transistor zu plötzlich erwärmt, dann platzt er.

So formuliert  nicht vollständig dargelegt  ein wenig unpräzise
- gerade deswegen aber weder völlig richtig noch falsch zu nennen.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> ...Glück, dass das Bruchstück knapp neben meinem Auge einschlug.

Please wear protective glasses at experimenting. The eyes are weak,
easy to penetrate parts of your beloved body - don't hurt them.

von rocket launcher (Gast)


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ACDC schrieb:
> Wenn der wirklich nur 2kW könnte und bei 2,001kW Abschalten würde

Nobody claimed something like that.

von Frank O. (frank_o)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Eigene Erfahrung. Ich hatte Glück, dass das Bruchstück knapp neben
> meinem Auge einschlug.

Merkwürdige Erfahrungen macht man so, wenn man alles ausprobieren muss.
Und das Böde daran, so schnell kann man nicht ausschalten oder ein Kabel 
abziehen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Frank O. schrieb:
>> Eigene Erfahrung. Ich hatte Glück, dass das Bruchstück knapp neben
>> meinem Auge einschlug.

> Merkwürdige Erfahrungen macht man so, wenn man alles ausprobieren muss.
> Und das Böde daran, so schnell kann man nicht ausschalten oder ein Kabel
> abziehen.

Ich wollte damals den rundum-sorglos Überlastungsschutz eines 
Spannungsregler testen. Naiv wie man so als Teenager ist, habe ich den 
mal eben schnell ohne Kühlkörper an eine Moped-Batterie angeschlossen 
und kurzgeschlossen.

War keine gute Idee.

von thomas_at (Gast)


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Abend!

Stefan ⛄ F. schrieb:
> D.H. T. schrieb:
>> Der geheime MOSFET lautet IRFB4110, dort steht im Datenblatt unter
>> "Absolute Maximum Ratings": Continuous Drain Current, VGS @ 10V  = 120A,
>> was meines Wissens eine Dauerlast von max. 120A ermöglicht
>
> Ja, dauerhaft, sofern dein Gehäuse auf 25°C gehalten wird. Genau daran
> wird es scheitern.

Da irrst du dich leider beim IRFB4110, das Datenblatt macht etwas 
Hoffnung:
https://www.infineon.com/dgdl/irfb4110pbf.pdf?fileId=5546d462533600a401535615a9571e0b


mfG Thomas

von Jens G. (jensig)


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Stefan ⛄ F. (stefanus)

>Ich wollte damals den rundum-sorglos Überlastungsschutz eines
>Spannungsregler testen. Naiv wie man so als Teenager ist, habe ich den
>mal eben schnell ohne Kühlkörper an eine Moped-Batterie angeschlossen
>und kurzgeschlossen.

Und woran sieht man jetzt an Deinen Darlegungen, daß er angeblich nur 
wegen des zu schnellen Anheizens gestorben ist, und nicht einfach nur 
durch Überschreitung gewisser SOA-Grenzen?

von Veit D. (devil-elec)


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Stefan ⛄ F. schrieb:

> Noch ein Aspekt der hier eine Rolle spielt: Wenn sich der Transistor zu
> plötzlich erwärmt, dann platzt er. Auch deswegen muss man die Wärme auf
> mehrere Bauteile verteilen.

Mit Verlaub. Die Aussage ist einfach nur Unsinn. Das Gehäuse kann 
platzen wenn man ihn weit außerhalb seiner Spezifikation betreibt. Für 
den normalen Betrieb muss man ihn nicht vorheizen. Da ist kein Öl drin 
was auf Betriebstemperatur gebracht werden muss.  ;-)

von rocket launcher (Gast)


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Veit D. schrieb:
> Für
> den normalen Betrieb muss man ihn nicht vorheizen. Da ist kein Öl drin
> was auf Betriebstemperatur gebracht werden muss.

Aber nein - und wiederum: Das hat er nicht (niemand hier) gesagt.
Doch trotzdem hat Stefan gar nicht Unrecht mit der Aussage, denn:

Ein langsamer ansteigender Innendruck könnte für eine Anhebung des
Kunststoffoberteiles, oder auch Risse darin, sorgen, so daß vor der
maximalen Belastung die Struktur geschwächt ist. Und es folglich
vielleicht nicht zur "Explosion" kommen muß.

(Obwohl natürlich vor allem Risse in wärmerem Kunststoff schwerer
zu verursachen sind - die Anhebung aber wird durch eine leichtere
Verformbarkeit sogar begünstigt.)

Steigt er schneller, besteht (schon rein statistisch, und sicher
auch real) halt weniger Gefahr - das ist hier der Knackpunkt.

Und genau darum war es auch in meiner Stellungnahme gegangen:

rocket launcher hatte im Beitrag #6486256 sagen wollen:
> (Stefan hatte das ... "falsch") formuliert -
> nicht vollständig dargelegt - er war dabei ein wenig unpräzise


Sollte jetzt nachvollziehbar(er) sein - hoffe ich wenigstens.

von rocket launcher (Gast)


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rocket launcher schrieb:
> Steigt er schneller, besteht (schon rein statistisch, und sicher
> auch real) halt weniger Gefahr - das ist hier der Knackpunkt.

Höhere Gefahr natürlich.

von Tany (Gast)


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Tany schrieb:
>> um zu behaupten dass er die 0,5°C/W durch Polieren weitgehend
>> eliminieren kann. Den Beweis ist er uns seit Tagen Schuldig.
> Ich weiß nicht, wer das behauptet hat.

Jetzt weiß ich, wer das behauptet hat.

rocket launcher schrieb:
> Sollte jetzt nachvollziehbar(er) sein - hoffe ich wenigstens.

ähmmm...NEIN.

Mal behauptet er (Stefan), zumindest lt. seinem Faustregel, dass TO220 
max. 20W abführen kann.
Beitrag "Re: BUZ11 stirbt in dieser einfachen Regelschaltung von 30V auf 6V, warum?"

und mal doch mehr als 20W nach paar Stunden:
Beitrag "Re: BUZ11 stirbt in dieser einfachen Regelschaltung von 30V auf 6V, warum?"

und gestern:

> Ja, dauerhaft, sofern dein Gehäuse auf 25°C gehalten wird. Genau daran
> wird es scheitern.
>
> Bei 120A fallen an seinen (bis zu) 4,5mΩ immerhin 540mV bzw. 64,8 Watt
> ab
....
> Wenn sich der Transistor zu plötzlich erwärmt, dann platzt er...

Weiß er überhaupt, wovon er redet?

von rocket launcher (Gast)


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Tany schrieb:
> Mal behauptet er...
> und mal doch...

Nun ja... was soll's. "experimenting" versteht offenbar auch keiner.
Und trotzalledem ist obiger Beitrag großteils brauchbar/hilfreich.
Es würde nichts bringen, sich an Imperfektionen festzubeißen.

von oszi40 (Gast)


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Veit D. schrieb:
> Die Aussage ist einfach nur Unsinn. Das Gehäuse kann
> platzen wenn man ihn weit außerhalb seiner Spezifikation betreibt.

Sagen wir mal der Klügere gibt nach. In diesen Fall war es ein 
Transistor. Wer noch keine TO220 mit offen Deckel erlebt hat, ist noch 
Optimist. Erst wird das Bauelement heiß, dann schmilzt das Silizium und 
in Phase 3 geht der Deckel auf damit der UNgläubige nachsehen kann, was 
defekt ist. :-) Da man Überhitzung vermeiden sollte, wird 
sinnvollerweise die thermische Last auf viele Transistoren möglichst 
gleichmäßig verteilt wie oben im Beispiel Wechselrichter. Außerdem sind 
Chiptemeratur und Gehäusetemperatur oft höher als 25 Grad! Am Auto 
gemessen >70 Grad. Kannst Du gerne selbst bei Sommersonne nachmessen. 
Deshalb sind Reserven nötig!

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Jens G. schrieb:
> Stefan ⛄ F. (stefanus)
>
>>Ich wollte damals den rundum-sorglos Überlastungsschutz eines
>>Spannungsregler testen. Naiv wie man so als Teenager ist, habe ich den
>>mal eben schnell ohne Kühlkörper an eine Moped-Batterie angeschlossen
>>und kurzgeschlossen.

> Und woran sieht man jetzt an Deinen Darlegungen, daß er angeblich nur
> wegen des zu schnellen Anheizens gestorben ist, und nicht einfach nur
> durch Überschreitung gewisser SOA-Grenzen?

Das hat der Hersteller mir auf Anfrage mitgeteilt. Alle anderen 
möglichen Überlastungen hätte der Spannungsregler erkannt und 
verhindert.

Zwischenzeitlich habe ich hier mal gelesen, dass die Kunststoffgehäuse 
manchmal beim Löten kaputt gehen, wenn sie Feuchtigkeit gezogen haben. 
Vielleicht spielt das hier bei auch eine Rolle - keine Ahnung.

: Bearbeitet durch User

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