Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET - Zu Hoher Spannungsabfall - Bin ich blöd?


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von Horst R. (ramsam)


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Ich Grüße euch.

Vorab, ich beschäfte mich seit langen mal wieder mit Schaltungen, 
(Wieder Anfänger)...

Ich habe einen N-MOSFET (TOSHIBA K3878) mit dem ich einfach eine 
Halogenlampe (12V/20W) schalten will. Das Ganze als Low Side.
(Siehe Foto)

Also: 12V ---> Lampe ---> Drain->Source--->Ground

Wenn ich Gate an +12V halte leuchtet die Lampe, auf Ground geht sie 
wieder aus. So weit ok. Jedoch messe ich zwischen Drain und Source über 
2V. Die Lampe läuft also < 10V Volt und der Mosfet wird heiß.
Das ist doch viel zu hoch oder?

Habe das Ganze auch schon als High Side probiert, mit zweiter 
Spannungsquelle (17V für den Gate)

-> Spannunsabfall kommt auf das Gleiche raus.

Was mache ich falsch?


Viele Grüße

Horst

von Veit D. (devil-elec)


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Hallo,

der Mosfet hat einen RDS von 1 bis 1,3 Ohm.
20W / 12V = 1,7A
1,3 Ohm * 1,7A = 2,2V
Kommt hin.
Aktuelle Mosfets liegen im mOhm Bereich.

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


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Horst R. schrieb:
> Wenn ich Gate an +12V halte leuchtet die Lampe, auf Ground geht sie
> wieder aus. So weit ok. Jedoch messe ich zwischen Drain und Source über
> 2V. Die Lampe läuft also < 10V Volt und der Mosfet wird heiß.
> Das ist doch viel zu hoch oder?

Nö, das passt zu den Angaben im Datenblatt:

  Rds(on) = 1,0 Ohm (typisch)

https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=2259&prodName=2SK3878

von blup (Gast)


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Nun,
der Strom durch Lampe und MOSFET beträgt ca. 20W / 12V = ca. 1,7A.

Nachdem der MOSFET 1 Ohm typ. beim Raumtemperatur hat, fallen da 
schonmal 1,7V ab => nachdem er sich aber ordentlich aufheizt, wird der 
rDS_on höher.

Bedeutet: du kannst über die Spannungsmessung die Junction-Temperatur 
vom MOSFET abschätzen ;)

Lg

von Teo D. (teoderix)


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Horst R. schrieb:
> Was mache ich falsch?

Nix, laut DABLA paßt das!
(wtf is der Link dazu?!)

von Horst R. (ramsam)


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OK Danke, dachte wäre zu hoch...
Der ist aus einem ATX Schaltnetzteil. Konnte mir irgendwie nicht 
vorstellen, dass man so viel Energie verschwendet...

von Karadur (Gast)


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Das ist ein Hochvolt FET mit RDSon von ca 1R. Bei ca. 2A gibt das 2V Vds
und damit 4W Verlust.

von Jens G. (jensig)


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>Was mache ich falsch?

Erstens, daß Du das Batterie-leer-Symbol des Multimeters ignorierst. 
Denn wenn die Batterie nicht mehr genug Spannung liefert, fangen manche 
Multimeter recht schnell an, Mondwerte anzuzeigen.
Aber in dem Falle scheint die Anzeige noch ok zu sein, wie die anderen 
beiden schon vorgerechnet haben.
Und zweitens, daß Du einen 900V-Mosfet für eine 12V-Anwendung benutzt - 
die Dinger sind von haus aus rel. hochohmig. Das Ergebnis siehst Du ja 
auch.
Nimm also einen 50V-Typen o.ä. mit niedrigem Rds_on.

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Der FET ist für bis zu 900 V spezifiziert, außerdem nicht mehr das 
neueste Modell. In dem Bereich waren etwas über 1 Ohm nicht unüblich.

Nimm Dir lieber einen aktuellen FET der für max. 30 V oder so gedacht 
ist, da landest Du dann im Bereich von wenigen Milliohm.

von Horst R. (ramsam)


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Batterie werden ich kaufen;)

Danke für Eure Hilfe!

von oszi40 (Gast)


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Horst R. schrieb:
> N-MOSFET (TOSHIBA K3878) mit dem ich einfach eine
> Halogenlampe (12V/20W) schalten will.

gefundener Hochspannungs-N-MOSFET (TOSHIBA K3878)
drain-source ON-resistance: RDS(ON)= 1.0Ω
Datenblatt:https://datasheetspdf.com/pdf-file/769609/Toshiba/K3878/1
Der RDS scheint mir für Deine Anwendung etwas hoch und Dein Kühlkörper?
https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht

von Horst G. (horst_g532)


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Horst R. schrieb:
> Konnte mir irgendwie nicht vorstellen, dass man so viel Energie
> verschwendet...

Tja, das mit der Vorstellung (landläufig Fantasie) ist eben so eine 
Sache...
Das Ding ist über zehn Jahre alt – das ist eine sehr lange Zeit für 
damals noch recht neue Technologien wie Hochvolt-FETs. Nicht umsonst 
waren damals IGBTs noch angesagt.
Zum anderen: Ja, damals gab es eben noch keine 80+-zertifizierten 
Schaltnetzteile, und von lüfterlos konnte man auch nur träumen. 
Insgesamt waren die Hersteller aber sicher nicht doof und setzten das 
damals geeignetste Bauteil für den Anwendungszweck ein – in diesem Fall 
ein preisgünstiges Bauteil für ein preisgünstiges Netzteil – hochwertige 
Markennetzteile hatten auch damals schon Besseres.
Warum machst du daher keine kurze Recherche und setzt das für deine 
Anwendung geeignetste Bauteil ein und nicht einen uralten 
900V-Switching-FET?

von Jörg R. (solar77)


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Kann man das auf dem Foto nur nicht richtig erkennen...oder sind Drain 
und Source verbunden? Jedenfalls sieht es für mich so aus als ob von den 
Anschlüssen je ein Draht in den Stecker von der schwarzen Laborleitung 
geht.

von oszi40 (Gast)


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Horst R. schrieb:
> Halogenlampe (12V/20W) schalten will

Man sollte auch nicht vergessen, dass eine Halogenlampe einen 16-fachen 
Einschaltstrooom haben könnte.... Dein MOSFET könnte schwitzen.

von Manfred (Gast)


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Horst R. schrieb:
> Ich habe einen N-MOSFET (TOSHIBA K3878) mit dem ich einfach eine
> Halogenlampe (12V/20W) schalten will.

Es macht natürlich Sinn, für 12V einen FET mit 900V Spannungsfestigkeit 
verwenden zu wollen - oder eher nicht?

Gucke Dir IRLZ34, IRLZ44 und IRF3708 an, die bleiben bei 10V am Gate 
deutlich unter 100mV UDS.

Letzteren kannst Du sogar mit 3,3V aus einen Raspberry sauber 
durchsteuern!

von Egon D. (egon_d)


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Horst R. schrieb:

> OK Danke, dachte wäre zu hoch...
> Der ist aus einem ATX Schaltnetzteil. Konnte mir
> irgendwie nicht vorstellen, dass man so viel Energie
> verschwendet...

???

Bei 230V und angenommenen 4A Wandern 920W durch das
ATX-Netzteil, im FET bleiben (4A)^2 * 1 Ohm = 16W
hängen; der Wirkungsgrad beträgt 904W/920W = 98.3%

Bei 12V und 1.7A wandern 20.4W durch den FET, er
setzt (1.7A)^2 * 1Ohm = 2.9W in Wärme um. Der
Wirkungsgrad beträgt 17.5W/20.4W = 85.8%


Ein Bauteil, das für 230V vorgesehen ist, liefert nicht
automatisch gleich gute Ergebnisse bei 12V. Eigentlich
logisch.

von Horst R. (ramsam)


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Ich hatte hier gerade keine anderen zu Hand. Muss ich bestellten. Das 
Foto ist was verwirrend wegen den Schatten der Kabel.
Das sich in der Entwicklung so viel getan hat wusst ich nicht. Habe mich 
lange nicht mehr mit dem Thema beschäftig und will jetzt wieder 
anfangen.

Ich will einen Mosfet mit PWM steuern, jedoch High Side mit Treiber und 
zweiter Treiberspannnungsversorgung. Der soll ca 540 Volt steuern welche 
aus einem B6U Gleichrichter kommt (aus 3-Phasen Dieselgenerator) .... Na 
ja, das wäre jetzt hier zu viel für das Thema. Bald kommt ja der 
Blackout;)

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


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Veit D. schrieb:
> der Mosfet hat einen RDS von 1 bis 1,3 Ohm.
...
> Aktuelle Mosfets liegen im mOhm Bereich.

Aber nicht, wenn sie 900V sperren können. Typischer Fall von falscher 
Bauteilwahl. Ein LKW mit 5 Tonnen Zuladung kommt halt auch nicht auf 
6l/100km Spritverbrauch ...

von Jens G. (jensig)


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

>Veit D. schrieb:
>> der Mosfet hat einen RDS von 1 bis 1,3 Ohm.
>...
>> Aktuelle Mosfets liegen im mOhm Bereich.

>Aber nicht, wenn sie 900V sperren können.

Ooch, die gibt's auch schon seit geraumer Zeit. Sind eben nur nicht ganz 
so billig ...

von Hennes (Gast)


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Hallo

Horst R. schrieb:
> Der ist aus einem ATX Schaltnetzteil. Konnte mir irgendwie nicht
> vorstellen, dass man so viel Energie verschwendet...


Der hat aber auch eine V DSS von 900V - aus technologischen Gründen, 
welche ich aber nicht genauer kenne, haben diese "Hochspannungs" MOSFETs 
immer ein deutlich schlechteres Rds on als "normale" MOSFETs - bezogen 
auf eine ähnliche Entwicklungsperidoe (Technologie).

Horst R. schrieb:
> Vorab, ich beschäfte mich seit langen mal wieder mit Schaltungen,
> (Wieder Anfänger)...

Natürlich weist nur du was für dich eine lange Zeit ist, aber schon 5 
Jahre und erschwerend das  wohl ein gewisses Grundwissen tief im 
Eiweißspeicher vorhanden ist -"wieder Anfänger"- sind eine lange Zeit - 
und gerade wir Hobbyisten nutzen aus mancherleich Gründen meist nicht 
die neuste Technologie in diesen Bereioch, so das dein doch irgendwie 
immer noch vorhandenes Wissen bzw. ehemals genutzte Bauelemente die 
Technolgie und typischen Werte von vor deutlich über 20 jahren 
wiederspiegeln.

Einigermaßen aktuelle "normale" MOSFETs haben Werte beim Rds on die 
einfach nur "genial" sind - mehrere 100mOhm sind da schon die 
"schlechten" mehrere 10mOhm ist "Normalkram" und selbst unter 10mOhm 
(sprich einstelliger mOhm Bereich) gibt es so einiges.
Natürlich nicht gleichzeitig mit anderen extremen Daten (3,3V und 
weniger Low Level) sehr hohen V DSS, geringen Kapazitäten - irgendein 
Tod muss da immer gestorben werden - aber trotzdem es hat sich sehr viel 
getan und wer noch BUZ irgendwas und weitere aus der Generation nutzt 
muss schon sehr gute Gründe haben das zu tun - das Geld ist es zumindest 
im Hobbybereich nicht.

Hennes

von Veit D. (devil-elec)


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Hallo,

4 Bsp. vom deutschen Hersteller:

N-Channel Vds 900V
IPW90R120C3 120 mOhm
IPA90R340C3 340 mOhm

oder Carbide Mosfet
Vds 1200V
IMBG120R090M1H  140 mOhm
IMBG120R030M1H   30 mOhm

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Veit D. schrieb:
> Hallo,
>
> 4 Bsp. vom deutschen Hersteller:
>
> N-Channel Vds 900V
> IPW90R120C3 120 mOhm
> IPA90R340C3 340 mOhm
>
> oder Carbide Mosfet
> Vds 1200V
> IMBG120R090M1H  140 mOhm
> IMBG120R030M1H   30 mOhm

Für die Anwendung des TO viel zu hohe Spannungsfestigkeit, davon 3 mit 
viel zu hohen Rds(on).

von Teo D. (teoderix)


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Jörg R. schrieb:
> Für die Anwendung des TO viel zu hohe Spannungsfestigkeit, davon 3 mit
> viel zu hohen Rds(on).

Zu hohe Spannungsfestigkeit? Würde mich nich störten, der Preis von 
~8-20€ das Stück, allerdings heftig!

von Veit D. (devil-elec)


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Hallo,

das war nur um zu zeigen das es 900V Typen mit deutlich niedrigeren 
RDSon gibt als mit 1 Ohm. Ja dem TO würde ein IRLZ34N oder IRLZ44N 
reichen. Wenn er den mit Ub ansteuert muss er zusätzlich auf Vgs achten. 
Dann wäre ein IRF3205 vielleicht noch "sicherer". Nur so als Bsp.

von Teo D. (teoderix)


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Veit D. schrieb:
> das war nur um zu zeigen das es 900V Typen mit deutlich niedrigeren
> RDSon gib

Dein Anliegen bezweifelte hier keiner.... Denke ich. ;)

Veit D. schrieb:
> Ja dem TO würde ein IRLZ34N oder IRLZ44N
> reichen.

Ach was, ein IRLML2502 tuts locker! Selbst eine 35W tut dem nich weh.

: Bearbeitet durch User
von Veit D. (devil-elec)


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Hallo Teo,

das klingt zum Tagesausklang sehr beruhigend, nach dem der Tag im Forum 
hier und da etwas aufregend war. Lag vielleicht am "Montag".   :-)
Bei mir ist alles fluschig.   :-)

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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blup schrieb:
...
> der Strom durch Lampe und MOSFET beträgt ca. 20W / 12V = ca. 1,7A.
>
> Nachdem der MOSFET 1 Ohm typ. beim Raumtemperatur hat, fallen da
> schonmal 1,7V ab => nachdem er sich aber ordentlich aufheizt, wird der
> rDS_on höher.
>
> Bedeutet: du kannst über die Spannungsmessung die Junction-Temperatur
> vom MOSFET abschätzen ;)
...
Da gibt es sogar eine Kurve im Datenblatt: Vds über Tcase

Ich habe das gleiche Mulimeter und der Messfehler erhöht sich bei 
sinkender Versorgungsspannung. :D

Ich mag solche Fragen, weil die einem bewusst machen, was beim 
Schaltungsdesign alles beachtet werden muss...

von Teo D. (teoderix)


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Marcus H. schrieb:
> Ich mag solche Fragen, weil die einem bewusst machen, was beim
> Schaltungsdesign alles beachtet werden muss...

Das hier ist doch wie beim Kuchenbacken, Milch oder Mehl zu vergessen 
und es nicht mal zu bemerken.... 8-O

: Bearbeitet durch User
von ACDC (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Erstens, daß Du das Batterie-leer-Symbol des Multimeters ignorierst.

Geil :)
das gleiche Multimeter habe ich als 7. Multimeter :)

von Peter D. (peda)


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Ich nehme gerne die MOSFETs reichlich dimensioniert, d.h. mit kleinem 
On-Widerstand.
Z.B. habe ich für 24V/6A einen mit max 95A genommen, den PSMN4R0-30YLD.
Damit spare ich den Kühlkörper mit Montage ein und kann ihn einfach auf 
die Platine löten (Power-SO-8).
0,004Ω * 6A² = 144mW

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