Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET parallel schalten


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von Gurh (Gast)


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Hi, es gibt zwar schon Threads mit dem Thema, die aber meine Frage nicht 
beantworten. Ich möchte einen 100 Ampere Verbraucher an einer 24V 
Batterie mit diesem MOSFET schalten:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/DS_IRFB7430.pdf
Geschaltet wird nur selten, maxinal 3 mal aus und an binnen fünf 
Sekunden und dann mindestens eine Minute Pause. Von einem PWM Betrieb 
kann  man da nicht sprechen.

Der Transistor hat mit einer Spannungsfestigkeit von 55V eine gute 
Reserve zu den zu schaltenden 24V. Das Gate wird mit 12V über 470 Ohm 
angesteuert. Das sollte die Eingangskapazität von 15 nF in 7µsec 
aufladen. Der R-on mit 1,3 mOhm verursacht bei 100A einen 
Spannungsabfall von 0,13V und eine Verlustleistung von 13W. Mit einem 
6K/W Kühlkörper + 0,5K/W für das Transistorgehäuse ergäbe daa eine 
Erwärmung von ca. 90 Grad über Umgebungstemperatur. Da bei dieser 
Temperatur auch der R-on steigt, schaukelt sich das noch höher. Außerdem 
sind mir die Beinchen für 100A angesichts der vorgesehenen 35 mm^2 
Leitung doch recht dünn, wenngleich der Weg im Transistor sehr kurz ist. 
Von daher würde ich vier Transistoren parallel schalten, jedes Gate über 
470 Ohm, so dass der Temperaturanstieg nur bei ca. 22 Grad liegen würde.

Dabei könnte eine Schaltverzögerung zwischen den Transistoren geben. Da 
die auf keinen Fall länger als die Schaltzeit von 7µs sein kann, reicht 
das nicht, um den ersten schaltenden Transistor, der die Last kurz 
allein tragen muss, spürbar zu erwärmen. Grundsätzlich ist er ja 
geeignet, 195A also fast das Doppelte von 100A allein zu schalten.

Womit ich im Datenblatt nicht so richtig etwas anfangen kann, ist das 
Total Gate Charge von 460nC. Wie muss das bei einem bzw. bei vier 
parallelen Transistoren eingerechnet werden? Gibt es noch ein anderes 
Datum im Datenblatt, das mir einen Strich durch die Rechnung macht?

von Ingo Less (Gast)


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Gurh schrieb:
> Womit ich im Datenblatt nicht so richtig etwas anfangen kann, ist das
> Total Gate Charge von 460nC. Wie muss das bei einem bzw. bei vier
> parallelen Transistoren eingerechnet werden?
Das ist halt die Ladung, die pro V ins Gate geht. Wenn du mehrere 
MOSFETs parallel Schaltest, erhöht sich diese Ladung natürlich. Aber da 
du relativ hochohmig angebunden bist mit deinen 470R spielt das für den 
Treiber aber keine Rolle. Kannst du also so machen

von und jetzt (Gast)


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Vergiss diese Ladung. Einfach mit 10 Ohm ansteuern. Und fuer 100A nicht 
4 Stueck parallel, sondern vielleicht 10 Stueck. Was willst du heizen,.. 
bringt ja nichts.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Gurh schrieb:
> Das Gate wird mit 12V über 470 Ohm
> angesteuert.

Bei so einer hochohmigen Ansteuerung muss man den Miller-Effekt im Auge 
behalten, der beim Anschalten des MOSFets gegensteuert. Normalerweise 
macht man deswegen die Ansteuerung niederohmig, um den MOSFet zügig über 
den Effekt hinwegzubringen und durchzusteuern.
Da es aufbautechnisch so gut wie nicht möglich ist, 100A durch einen 
Halbleiter zuschicken, tendiere ich dazu, so eine Last auf 3-4 MOSFets 
zu verteilen.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Ingo Less schrieb:
> Gurh schrieb:
>> Womit ich im Datenblatt nicht so richtig etwas anfangen kann, ist das
>> Total Gate Charge von 460nC. Wie muss das bei einem bzw. bei vier
>> parallelen Transistoren eingerechnet werden?

> Das ist halt die Ladung, die pro V ins Gate geht.

Nein, nicht pro Volt! Die Messbedingungen stehen im Datenblatt in der 
letzten Spalte. Und Bild 7+8 gilt es noch zu beachten.

von M. K. (sylaina)


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und jetzt schrieb:
> Vergiss diese Ladung. Einfach mit 10 Ohm ansteuern. Und fuer 100A nicht
> 4 Stueck parallel, sondern vielleicht 10 Stueck. Was willst du heizen,..
> bringt ja nichts.

Nehmen wir mal an er schaltet den Transistor voll durch: 1mΩ * (100A)^2 
macht so Pi mal Daumen 10W...das ist jetzt eigentlich nix für nen 
TO220AB-Gehäuse, das kann man sogar recht brauchbar mit nem passiven 
Kühlkörper weg bringen.
Und das war jetzt nur mit einem Transistor berücksichtigt, der TE will 4 
parallel schalten. Das genügt völlig, da braucht man nicht mal nen 
besonders guten Kühlkörper auf den Transistoren, da genügt ein größeres 
Stück Blech.

von Jens G. (jensig)


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>Der Transistor hat mit einer Spannungsfestigkeit von 55V eine gute

Also der verlinkte T meint, daß er nur 40V aushält. Ergibt aber trotzdem 
genügend Reserve für eine 24V-Anwendung. Also egal ...

>Womit ich im Datenblatt nicht so richtig etwas anfangen kann, ist das
>Total Gate Charge von 460nC. Wie muss das bei einem bzw. bei vier
>parallelen Transistoren eingerechnet werden? Gibt es noch ein anderes
>Datum im Datenblatt, das mir einen Strich durch die Rechnung macht?

Die vergrößert sich halt mit der Anzahl Mosfets. Also rund 2µC bei 4 
Transistoren.
Aber damit würde ich gar nicht erst anfangen bei der weiteren 
Betrachtung. Viel wichtiger ist die Frage, warum Du über einen 470Ohm 
ansteuern willst. Wenn dadurch etliche µs für die Umschaltung folgt, ist 
das schon eher eine Betrachtung wert, ob das zu einem Problem führen 
kann. Und da kommt man, weil der T damit eine gewisse ZEit in der 
linearen Region verharren muß, zum SOA-Diagramm, welches, evtl. einen 
Strich durch die Rechnung macht. Aber gut, lt. Fig. 10 sind wir wohl mit 
10µs Umschaltzeit weit im sicheren Bereich (selbst wenn wir nur einen 
Mosfet hätten).

Man sollte aber bei der Wärmeberechnung folgendes beachten:
- der Rds_on steigt mit der Temperatur. MAn sollte also nicht mit den 
25°C-Werten rechnen (hast Du aber schon beachtet).
- die Rds_on-Werte gelten nur für den Mosfet-Chip selbst. Hinzu kommen 
noch  die mOhms der Beinchen, Bonddrähte, PCB-Leitungen, die auch ein 
paar mOhm beitragen, und damit zur Heizung in und um den Mosfet. Wieviel 
das so ist, läßt sich auf die Schnelle schlecht sagen, man sollte aber 
die Geschichte nicht mit nur den DB-Werten auf Kante nähen. D.h., wenn 
Deine Wärme- bzw. KK-berechnung anhand der Datenblattwerte eine Tj von 
vielleicht 90°C ergibt, könnte das vielleicht schon zu sehr auf Kante 
genäht sein, wenn man die zusätzlichen Aspekte beachtet ...
Das DB verweist sogar auf 
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1140.pdf - nicht 
uninteressant.

: Bearbeitet durch User
von t+t (Gast)


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Mit den o. a. 10 Fets entstünden in jedem nur rund 100mW Leitverluste
- finde ich übertrieben. Sogar wenn man ohne Kühlkörper oder auch nur
-blech auskommen will, reichte deutlich weniger, das ginge sogar noch
mit 4, theoretisch...

Andererseits wird man evtl. sowieso eine Aluschiene als gemeinsamen
Drain-"KK"-Anschluß vorsehen wollen. Und sourceseitig könnte man den
Strom über eine Aufspaltung der Zu- (bzw. halt "Ab-" ;) leitung in
passende Anzahl Leitungen aufteilen (aka "Anschlußvereinfachung").

Wie sieht die Gewinnung der Ansteuerleistung, und alles weitere:
Wie sieht denn Dein "Gesamt-Aufbauplan" eigentlich bisher aus?

von Gurh (Gast)


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Danke für Eure Antworten. Es wurde dabei Einiges thematisiert, was 
beachtet werden muss. Dessen bin ich mir bewusst. Den Einfluss der 
Miller Kapazität (die im Datenblatt Input Capacitance/Eingangskapazität 
heißt) habe ich im Ursprungsposting schon vorgerechnet. Das Kernanliegen 
war aber, den Einfluss des "Total Gate Charge" von 460nC zu verstehen. 
Es wurde gesagt, dass der in dieser Schaltung nicht problematisch sei. 
Ich möchte in diesem Threat lernen, selbst zu berechnen, dass der nicht 
problematisch ist. Welchen Einfluss kann dieser Charge prinzipiell auf 
den MOSFET Schalter nehmen, wenn von einem Netzteil in nahezu Nullzeit 
geschaltete 12 Volt mit einem 470 Ohm Widerstand auf dem Gate gelegt und 
100A reine Widerstandslast geschaltet werden? In welche Formel muss ich 
den Charge und welche der anderen gegebenen Daten einsetzen, um diesen 
nicht problematischen Einfluss des Charge selbst zu berechnen?

von foobar (Gast)


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> Den Einfluss der Miller Kapazität (die im Datenblatt Input
> Capacitance/Eingangskapazität heißt) habe ich im Ursprungsposting
> schon vorgerechnet.

Nein, das sind zwei Baustellen.  Google mal nach "Miller Plateau".

von oszi40 (Gast)


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foobar schrieb:
>> Den Einfluss der Miller Kapazität
> Nein, das sind zwei Baustellen.  Google mal nach "Miller Plateau".

Evtl, auch 3 Baustellen? Wenn er "zu gemütlich" schaltet, hat er viel 
Wärme. Wenn er zu steil schaltet, sollte man die induktiven Spitzen man 
genauer ansehen bei dem Strom.

von Andrew T. (marsufant)


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oszi40 schrieb:
> foobar schrieb:
> Den Einfluss der Miller Kapazität
>
> Nein, das sind zwei Baustellen.  Google mal nach "Miller Plateau".
>
> Evtl, auch 3 Baustellen? Wenn er "zu gemütlich" schaltet, hat er viel
> Wärme. Wenn er zu steil schaltet, sollte man die induktiven Spitzen man
> genauer ansehen bei dem Strom.

Letzteres ist beim Abschalten relevant.
Denn jeder Aufbau hat unvermeidlich leitungsinduktivitaeten..

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