Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistor (Mosfet) Temperatur


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von John P. (brushlesspower)


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Hallo,

ich habe eine Frage bezüglich der Temperaturen am und im Mosfet.

aktueller Aufbau:
Mosfet(SPP80N06S2L-07) angeschraubt an einen großen Kühlkörper linear 
betrieben als Stromsenke.
Derzeit werden 50W (9V/5,5A) umgesetzt in Wärme.

Jetzt die eigentliche Frage:
Der junction-Case Widerstand liegt bei 0,5 bis 0,7K/W
D.h. wenn ich 85° am Case habe liegt meine aktuelle Junction Temperatur 
bei 110°C bis 120°C?

Wö wäre der ideale Punkt zum messen der Case Temperatur (TO-220)?
aktuell messe ich am schwarzen gehäuse mit einem TK Sensor

Zur Berwachung der Temperatur brauche ich also nur die Case Temperatur 
im Auge behalten? Die des Kühlkörpers ist zweitraging, weil mit 
steigender KK Temperatur auch die Case Temperatur steigen wird?

Was sind Erfahrungsgemäß sichere Temperaturen?
ter Mosfet hat eine maximale Junction Temperatur von 170°C. Sind 150°C 
ok? Oder lieber bei 125°C bleiben?

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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John P. schrieb:
> Die des Kühlkörpers ist zweitraging, weil mit
> steigender KK Temperatur auch die Case Temperatur steigen wird?

Ich messe die gerne Unten am mittleren Pin grad am Gehäuse mit einer 
kleinen Temperatur perle. Reagiert meist schneller wie am Plastik oder 
Kühlkörper(Sehr träge) angebracht.

von H. H. (Gast)


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John P. schrieb:
> Wö wäre der ideale Punkt zum messen der Case Temperatur (TO-220)?

An der Kühlfläche des Transistors, dort wo das Die sitzt. Dazu bohrt man 
ein winziges Loch in den Kühlkörper und führt ein Thermoelement ein, 
dabei etwas Wärmeleitpaste nicht vergessen.

John P. schrieb:
> Was sind Erfahrungsgemäß sichere Temperaturen?
> ter Mosfet hat eine maximale Junction Temperatur von 170°C. Sind 150°C
> ok? Oder lieber bei 125°C bleiben?

Innerhalb der SOA bleiben! Dabei das Derating bei Die-Temperaturen über 
25°C nicht vergessen!

von Markus E. (markus_e176)


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Case bezieht sich normalerweise (tm) auf die metallische Rückseite.

Für statische Betriebsfälle reicht die Temperaturüberwachung, bei sehr 
kurzen Leistungspeaks ist der Mosfet möglicherweise schneller zu heiß, 
als du das über den Temperatursensor mitbekommst.

Zulässige Temperatur kommt auf die gewünschte Lebensdauer an.
Wenn du das Gerät in großen Stückzahlen verkaufen willst und keine 
Retouren möchtest, lieber mehr Reserve. Das gleiche, wenn das Teil lange 
zuverlässig in einem Prüfstand laufen soll und bei einem Fehler 400h 
Dauertest für die Katz sind. Für reinen Privatgebrauch wird der Chip 
nicht sofort schlagartig garantiert bei 171°C kaputtgehen, also mit 
gutem Gewissen bis locker 150°C ausnutzen...

von John P. (brushlesspower)


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Patrick L. schrieb:
> Ich messe die gerne Unten am mittleren Pin grad am Gehäuse mit einer
> kleinen Temperatur perle. Reagiert meist schneller wie am Plastik oder
> Kühlkörper(Sehr träge) angebracht.

Das werde ich mal probieren.
Was meinst du mit Temperatur Perle? NTC/PTC?
sollte mit einem TK Sensor ja genauso gut gehen?

H. H. schrieb:
> An der Kühlfläche des Transistors, dort wo das Die sitzt. Dazu bohrt man
> ein winziges Loch in den Kühlkörper und führt ein Thermoelement ein,
> dabei etwas Wärmeleitpaste nicht vergessen.

Das geht in meinem Fall leider nicht (nur schwer). Der Kühlkörper ist 
12cm dick. Davon 2cm massives Alu.

H. H. schrieb:
> Innerhalb der SOA bleiben! Dabei das Derating bei Die-Temperaturen über
> 25°C nicht vergessen!

Das muss ich mich unbedingt noch reinlesen.
Wenn ich das SOA aus dem Datenblatt des SPP80N06S2L-07 richtig verstehe 
kann ich bei 10V ca. 60A verheizen.
Finde das nur ziemlich viel? Kann doch nicht stimmen? (25°C Derating mal 
noch nicht beachtet)

Markus E. schrieb:
> Für reinen Privatgebrauch wird der Chip
> nicht sofort schlagartig garantiert bei 171°C kaputtgehen, also mit
> gutem Gewissen bis locker 150°C ausnutzen...

Alles klar, danke dir.

von MaWin (Gast)


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John P. schrieb:
> Jetzt die eigentliche Frage:
> Der junction-Case Widerstand liegt bei 0,5 bis 0,7K/W
> D.h. wenn ich 85° am Case habe liegt meine aktuelle Junction Temperatur
> bei 110°C bis 120°C?

Ungefähr.

> Wö wäre der ideale Punkt zum messen der Case Temperatur (TO-220)?
> aktuell messe ich am schwarzen gehäuse mit einem TK Sensor

Sicher nicht am schwarzen Epoxy-Gehause, sondern am blanken Metall-Tab, 
und zwar auf der Unterseite so es auf dem Kühlkörper aufliegt.
Dazu bohrt man ein weiteres entgratetes Loch durch den Kühlkörper oder 
das Plastikgehäuse und steckt ein Thermoelement durch.

http://www.elenota.pl/datasheet_download/30410/DL111
Seite 772.

von H. H. (Gast)


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John P. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> An der Kühlfläche des Transistors, dort wo das Die sitzt. Dazu bohrt man
>> ein winziges Loch in den Kühlkörper und führt ein Thermoelement ein,
>> dabei etwas Wärmeleitpaste nicht vergessen.
>
> Das geht in meinem Fall leider nicht (nur schwer). Der Kühlkörper ist
> 12cm dick. Davon 2cm massives Alu.

Dann fräst man einen winzigen Kanal in den Kühlkörper, und geht parallel 
zur Kühlfläche ran.

John P. schrieb:
> Wenn ich das SOA aus dem Datenblatt des SPP80N06S2L-07 richtig verstehe
> kann ich bei 10V ca. 60A verheizen.

Du verstehst das ganz sicher falsch.


Und richtig lustig wirds eh wenn der Spirito-Effekt zuschlägt...

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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Solche verwende ich gerne (Gibt es auch ohne stecker) siehe Link:
https://de.rs-online.com/web/p/temperaturfuhler/2048392/?cm_mmc=DE-PLA-DS3A-_-google-_-CSS_DE_DE_Mess-_und_Prüftechnik_Whoop-_-(DE:Whoop!)+Temperaturfühler-_-2048392&matchtype=&pla-329555933176&gclid=EAIaIQobChMIkJnupv7f8QIVBOJ3Ch1hLg0OEAQYByABEgIwW_D_BwE&gclsrc=aw.ds

John P. schrieb:
> Was meinst du mit Temperatur Perle? NTC/PTC?
> sollte mit einem TK Sensor ja genauso gut gehen?

Er sollte einfach möglichst klein sein :-)
und aufpassen diese Perlen sind meist nicht isoliert!

von H. H. (Gast)


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von H. H. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Dazu bohrt man ein weiteres entgratetes Loch durch den Kühlkörper oder
> das Plastikgehäuse und steckt ein Thermoelement durch.

Stimmt, bei TO-220 gehts auch gut von oben. Man muss halt aufpassen 
nicht das Die zu treffen.

von John P. (brushlesspower)


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H. H. schrieb:
>> Wenn ich das SOA aus dem Datenblatt des SPP80N06S2L-07 richtig verstehe
>> kann ich bei 10V ca. 60A verheizen.
>
> Du verstehst das ganz sicher falsch.

Da bin ich mir sicher.
Ich fürchte der Mosfet ist ungeeigent/nicht dafür gedacht. Bei anderen 
Mosfets wird wenigstens eine DC Kennlinie vorgegeben.
Bei meinem gibts die garnicht.

Patrick L. schrieb:
> Solche verwende ich gerne (Gibt es auch ohne stecker) siehe Link:
> 
https://de.rs-online.com/web/p/temperaturfuhler/2048392/?cm_mmc=DE-PLA-DS3A-_-google-_-CSS_DE_DE_Mess-_und_Prüftechnik_Whoop-_-(DE:Whoop!)+Temperaturfühler-_-2048392&matchtype=&pla-329555933176&gclid=EAIaIQobChMIkJnupv7f8QIVBOJ3Ch1hLg0OEAQYByABEgIwW_D_BwE&gclsrc=aw.ds

Super, genau den verwende ich. Nur anscheinend an der falschen Stelle.

Patrick L. schrieb:
> und aufpassen diese Perlen sind meist nicht isoliert!

Irgendwelche Tipps zum isolieren?
Ich hätte jetzt versucht Kapton zwischen Pin und Sensor zu kleben und 
dann Schrumpfschlauch drum.

von H. H. (Gast)


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John P. schrieb:
> Irgendwelche Tipps zum isolieren?

2K-PU-Lack, und nicht den auf Wasserbasis.

von H. H. (Gast)


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John P. schrieb:
> Bei anderen
> Mosfets wird wenigstens eine DC Kennlinie vorgegeben.
> Bei meinem gibts die garnicht.

Ich kann die deutlich sehen.

Welches Datenblatt hast du da?

von John P. (brushlesspower)


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H. H. schrieb:
> Stimmt, bei TO-220 gehts auch gut von oben. Man muss halt aufpassen
> nicht das Die zu treffen.

hast du dazu ein Beispiel an welchen Punkten/Maßen man sich orientieren 
sollte?

von John P. (brushlesspower)


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H. H. schrieb:
> John P. schrieb:
>> Bei anderen
>> Mosfets wird wenigstens eine DC Kennlinie vorgegeben.
>> Bei meinem gibts die garnicht.
>
> Ich kann die deutlich sehen.
>
> Welches Datenblatt hast du da?

https://www.micro-semiconductor.de/datasheet/24-SPP80N06S2L-07.pdf

von H. H. (Gast)


Angehängte Dateien:

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John P. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Stimmt, bei TO-220 gehts auch gut von oben. Man muss halt aufpassen
>> nicht das Die zu treffen.
>
> hast du dazu ein Beispiel an welchen Punkten/Maßen man sich orientieren
> sollte?

Nimm einen einfachen HSS-Bohrer, dann merkst du gleich wenn du das Die 
erwischt hast...

von H. H. (Gast)


Angehängte Dateien:

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John P. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> John P. schrieb:
>>> Bei anderen
>>> Mosfets wird wenigstens eine DC Kennlinie vorgegeben.
>>> Bei meinem gibts die garnicht.
>>
>> Ich kann die deutlich sehen.
>>
>> Welches Datenblatt hast du da?
>
> https://www.micro-semiconductor.de/datasheet/24-SPP80N06S2L-07.pdf

Siehe Anhang.

von John P. (brushlesspower)


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H. H. schrieb:
> Nimm einen einfachen HSS-Bohrer, dann merkst du gleich wenn du das Die
> erwischt hast...

Auch wenn die Frage blöd klingt....und dann?

Wenn ich das Die erwische ist alles ok, aufhören zu bohren und Sensor 
rein?
Oder wenn ich das Die erwische ab in die Tonne?

Hab noch nie in ein TO-220 gebohrt. werds mal an einem anderen Typen 
testen.

H. H. schrieb:
> Siehe Anhang.

Super, 20A bei 10Volt klingen schon besser.

Aber Spirito Effekt nicht eingezeichnet, richtig?
Die Derating nicht berücksichtigt -> kann man dies Anhand des DB 
abschätzen/berechnen?

von MaWin (Gast)


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John P. schrieb:
> Bei anderen
> Mosfets wird wenigstens eine DC Kennlinie vorgegeben.
> Bei meinem gibts die garnicht
> Ich fürchte der Mosfet ist ungeeigent/nicht dafür gedacht

Richtig.

(Für ältere IRF MOSFETs wurde die mal in einem extra-Datenblatt 
nachgeliefert, weil man die schlechte Kurve im Originaldatenblatt nicht 
zeigen wollte)

von H. H. (Gast)


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John P. schrieb:
> Oder wenn ich das Die erwische ab in die Tonne?

Ja.

John P. schrieb:
> Aber Spirito Effekt nicht eingezeichnet, richtig?

Nein.


> Die Derating nicht berücksichtigt -> kann man dies Anhand des DB
> abschätzen/berechnen?

Ja, etwa 0,8%/K.

von Helge (Gast)


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Über den Daumen: Für linearen Betrieb Rth(jc) mindestens verdoppeln in 
der Rechnung. Diese Chips werden nicht genau gleichmäßig heiß.

Dazu kommt in die Rechnung noch der thermische Widerstand case -> 
Kühlkörper. Je nach Methode ca. 0,2..2K/W.

t(c) ist überschlägig am mittleren Pin brauchbar zu messen, ohne den 
Chip durchzubohren :-) Jedenfalls wenn nicht ganz kurz eingelötet ist.

Ich nehme Kühlkörper, die noch ohne Verbrennung berührbar sind.

von Tany (Gast)


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Helge schrieb:
> Je nach Methode ca. 0,2..2K/W.
Ohne Isolierscheibe beträgt Rth_cs bei TO-220 ca. 0,5 K/W.  0,2K/W wäre 
unrealistisch.
Mit einer gängigen 0,2 mm  Isolierscheibe und derer Wärmeleitweit von 
1.3 W/m.K steigt Rth_cs auf ca. 1,5 K/W

von 2aggressive (Gast)


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H. H. hing an im Beitrag #6756011:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/524244/SPP80N06S2L-07.pdf
"Preliminary data" (zu Deutsch: Vorläufig) -- Stand 2000-05-12

Da schau mal einer an: ein aktuelleres Infineon Dabla --Stand 
2003-05-09-- zeigt überhaupt keine DC-SOA mehr. Möglicherweise wird also 
nicht einmal der "Vorläufige" Wert sicher eingehalten.


John P. schrieb:
> Ich fürchte der Mosfet ist ungeeigent/nicht dafür gedacht.
Ich fürchte das trifft für praktisch jeden Logic Level Mosfet zu. Die 
Dinger sind zum Schaltbetrieb auf einen kleinen Rdson bei kleiner 
Gatespanung hochgezüchtet. Linearbetrieb als Stromsenke können die ollen 
Kamellen idR gut, allerdings brauchten die für hohe Ströme deutlich 
höhere Gatespannungen. Ein Klassiker als Beispiel:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BUZ11-D.PDF

von John P. (brushlesspower)


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Ich habe heute mal die Methode "Sensor an mittleren Pin" so nah wie 
möglich am gehäuse ausprobiert.

Zeigte keine drastischen Unterschiede zur Messung direkt am schwarzen 
Gehäuse.
habe auch versucht ein Loch zu bohren, empfand das aber irgendwie nicht 
sonderlich schön.

2aggressive schrieb:
> Ich fürchte das trifft für praktisch jeden Logic Level Mosfet zu. Die
> Dinger sind zum Schaltbetrieb auf einen kleinen Rdson bei kleiner
> Gatespanung hochgezüchtet. Linearbetrieb als Stromsenke können die ollen
> Kamellen idR gut, allerdings brauchten die für hohe Ströme deutlich
> höhere Gatespannungen. Ein Klassiker als Beispiel:
> https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BUZ11-D.PDF

Der verwendete Transistor wurde so aus der Beispielschaltung/Layout 
übernommen um erste test's zu machen.

Allerdings bin ich damit so oder so nicht zufrieden. 0,7K/W ist mir 
definitiv zu viel. Der Trnsistor geht binnen Sekunden auf 90 Grad obwohl 
der Kühlkörper kalt bleibt.

Daher kommen morgen Linear Mosfets IXTK90N25L2 zu mir. Damit sollte ich 
bestens gerüstet sein.

von Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)


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John P. schrieb:
> Daher kommen morgen Linear Mosfets IXTK90N25L2 zu mir. Damit sollte ich
> bestens gerüstet sein.

Alternative PWM um die Last zu regeln?

Wir haben hier Solarmodul I/U Tracer die machen das so.

von HildeK (Gast)


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John P. schrieb:
> Wö wäre der ideale Punkt zum messen der Case Temperatur (TO-220)?
> aktuell messe ich am schwarzen gehäuse mit einem TK Sensor

Eigentlich braucht man nicht den 'idealen' Punkt zum messen, es reicht 
einfach einer an dem man den Sensor günstig anbringen kann.
Das gibt zwar ein Delta zur echten Gehäusetemperatur, aber erstens kommt 
es meist nicht auf wenige Grad Unterschied an und zweitens kann man mit 
einem Versuchsaufbau die entstehende Differenz zum 'idealen' Punkt 
(Mitte der Kühlfahne) ermitteln und das als Korrekturwert einfließen 
lassen. Es ist in erster Näherung ein fester Offset.

von H. H. (Gast)


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H. H. schrieb:
> John P. schrieb:
>> H. H. schrieb:
>>> Stimmt, bei TO-220 gehts auch gut von oben. Man muss halt aufpassen
>>> nicht das Die zu treffen.
>>
>> hast du dazu ein Beispiel an welchen Punkten/Maßen man sich orientieren
>> sollte?
>
> Nimm einen einfachen HSS-Bohrer, dann merkst du gleich wenn du das Die
> erwischt hast...

Hier noch ein Bild wie es in einem TO-220 so aussieht:

https://www.digikey.de/-/media/Images/Article%20Library/TechZone%20Articles/2019/January/Heat%20Sinks%20A%20Step-by-Step%20Guide/article-2019january-heat-sinks-a-step-fig1.jpg?ts=2923cb81-e1e2-4a2f-8bcf-2a1f391890b0&la=de-DE

von Tany (Gast)


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John P. schrieb:
> Daher kommen morgen Linear Mosfets IXTK90N25L2 zu mir. Damit sollte ich
> bestens gerüstet sein.
Ja, der kostet etwas...
Der SPP80N06S2L-07  verträgt doch locker 50W (Last 9V/5,5A), warum mehr 
ausgeben?
Alternativ geht's auch mit IRFP250.

von John P. (brushlesspower)


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Tany schrieb:
> Ja, der kostet etwas...
> Der SPP80N06S2L-07  verträgt doch locker 50W (Last 9V/5,5A), warum mehr
> ausgeben?
> Alternativ geht's auch mit IRFP250.

er verträgt auch Problemlos die 50W, wird dann aber bereits 90° heiß 
(bei 25° KK Temperatur)

Da ich ein "bisschen" mehr Leistung haben will und die IXTK90N25L2 
empfohlen wurden teste ich die mal.

Da ich sonst eher im µA Bereich unterwegs bin, ist es für mich auch ein 
Projekt zum ausprobieren und austoben.

von John P. (brushlesspower)


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So der IXTK90N25L2 ist grade angekommen.

Ich habe ihn natürlich gleich ausprobiert.

Gleiche Schaltung wie zuvor. Musste die Versorgung des OPV ändern. Der 
wurde vorher direkt von der USB Spannung der Steuerplatine mit 4,5V 
versorgt.
Das war zu wenig.
Leider kann der OPV nur bis 5,5V betrieben werden, reicht aber aus.


Bei 50W liegt die Gehäuse Temperatur bei ca. 70°
Wenn ich mit 0,13K/W rechne komme ich somit auf ca. 80°C Junction 
Temperatur.

Somit ist noch Luft nach oben. Leider geht mir jetzt die Leistung vom 
Labornetzteil aus :(

von Tany (Gast)


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John P. schrieb:
> Bei 50W liegt die Gehäuse Temperatur bei ca. 70°
> Wenn ich mit 0,13K/W rechne komme ich somit auf ca. 80°C Junction
> Temperatur.
>
> Somit ist noch Luft nach oben. Leider geht mir jetzt die Leistung vom
> Labornetzteil aus :(

Den kannst du problemlos mindestens 150W belasten, wenn du nen richtigen 
KK hast.

von John P. (brushlesspower)


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Tany schrieb:
> Den kannst du problemlos mindestens 150W belasten, wenn du nen richtigen
> KK hast.

Super.
Kühlkörper ist von Fischer Typ: LA 15 300 24

Mein Ziel ist es 4 von den Tranistoren an dem Kühlkörper zu betreiben.

von H. H. (Gast)


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John P. schrieb:
> Kühlkörper ist von Fischer Typ: LA 15 300 24
>
> Mein Ziel ist es 4 von den Tranistoren an dem Kühlkörper zu betreiben.

Das schafft das Lüfteraggregat mit Axiallüfter locker.

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