IRFB3006 zum Schutz eines Makita-Akkus von PLA umgeben möglich?

[Dietmar M. (dietmarhg_m)]

Für die sporadische kurzzeitige Spannungsversorgung des Warnblinkers und 
der Begrenzungsleuchten eines Fahrzeuganhängers verwende ich einen 
ohnehin mitgeführten 18V Akku von Makita (mit einem DC-DC-Wandlermodul 
und einem Blinkrelais).

Als simplen Schutz des Akkus vor Tiefentladen, Übertemperatur etc. habe 
ich dabei einen MOSFET IRFB3006 hergenommen, der auch in manchen 
Makita-Geräten am Einschalter verbaut ist (3. Pin des Akkus am Gate, 
Minuspol des Akkus an Source des Transistors, Last zwischen Pluspol des 
Akkus und Drain des Transistors).

Das tut's erst einmal einwandfrei und der Umformer ist so groß, dass es 
überhaupt keinen Unterschied für die Gehäusegröße macht, dass ich dem 
MOSFET mit TO220-Gehäuse einfach einen kleinen Alukühlkörper verpasst 
habe.

Nun denke ich über weitere Bastelprojekte unter Einbeziehung des 
Makita-Akkus nach (weil ich den ohnehin oft mitführe und Akkus oder 
Batterien ja immer zu viel wiegen) und frage mich, ob ich den Transistor 
dabei nicht äußerst platzsparend unmittelbar in dem 3D-gedruckten 
Akku-Adapter [2] unterbringen könnte, wenn ich auf einen Kühlkörper mit 
Platz drum herum verzichte.

Ich frage mich allerdings, ob der Transistor das tatsächlich abkann oder 
ob mir mein laienhaftes Verständnis das gerade nur vorgaukelt.

Laut Datenblatt [1] ist der RDSon typ. 2.1 und max. 2.5 mΩ. An der 12 
V-Seite des Umformers hängen bis zu 92 Watt, der Umformer hat einen 
angeblichen Wirkungsgrad von 96 %. 1. Frage: Sind folgende drei Annahmen 
dann korrekt?

- Es fließen bis zu gut 5,3 A auf der 18 V-Seite des Umformers wegen 92 
W / 0,96 / 18 V = 5,32 A
- Es fällt entsprechend lediglich eine Spannung von bis zu 13,3 mV über 
dem Transistor ab wegen 2,5 mΩ * 5,32 A = 13,3 mV
- Es werden demnach nur gut 70 mW in abzuführende Wärme umgesetzt wegen 
13,3 mV * 5,32 A = 71 mW

2. Frage: Falls Obiges nicht bereits unsinnig ist, wie nehme ich dann 
die Angabe aus dem Datenblatt von 62 °C/W zur Umgebung (besser: 
Wärmewiderstand zu einem 1 Quadratzoll großen G10-Platinchen) sowie die 
Tatsache, dass das für den 3D-Druck des Akku-Adapters verwendete PLA 
eine vermutlich 25-fach schlechtere Wärmeleitfähigkeit besitzt als G10, 
zurate um abzuschätzen, ob der Transistor eingebettet in PLA unter 
vergleichbarer Last von etwa 5 A zu heiß (175 °C) werden würde oder 
nicht?

[1] https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/IRFB3006_IR.pdf

[2] https://www.thingiverse.com/thing:4797077

[Helge (Gast)]

Dein Akku und dein 12V-Regler heizen sehr viel mehr als der Transistor.

Hat der Regler keinen enable-Eingang?

[Dietmar M. (dietmarhg_m)]

Helge schrieb:

> Dein Akku und dein 12V-Regler heizen sehr viel mehr als der Transistor.

Beide erhitzen sich bei dieser Last kaum messbar.

> Hat der Regler keinen enable-Eingang?

Nein. Und meine Frage stelle ich auch eher für zukünftige Basteleien und 
für mein Verständnis der Angabe im Datenblatt zu RθJA. :)

[Kastner (Gast)]

Dietmar M. schrieb:
> V-Seite des Umformers hängen bis zu 92 Watt, der Umformer hat einen
> angeblichen Wirkungsgrad von 96 %.

Die 96% kommen nur zustande wenn Ostern und Weihnachten zusammenfallen. 
Solche Wirkungsgrade werden von den Chip Herstellern oft auf der ersten 
Seite des Datenblatts genannt, und weiter hinten im Datenblatt sieht man 
dann, daß dies nur für einen bestimmten Arbeitspunkt bzw. nur im 
Zusammenhang mit genau spezifizierten Bauteilen gilt.

Rechne mit 80%, das ist dann immer noch optimistisch.

[Dietmar M. (dietmarhg_m)]

Kastner schrieb:

> Rechne mit 80%, das ist dann immer noch optimistisch.

Das hab ich fast geahnt und daher "angeblich" geschrieben … nun komme 
ich auch mit 20% höherem Strom Drain-Source nur auf 102 mW abzuführende 
Wärme.

Kann mir vielleicht jemand beschreiben, wie ich diesen Wert dann mit der 
Angabe RθJA = 62 °C/W im Datenblatt verwende?

Multipliziere ich beide Werte, so komme ich auf eine Temperatur, ca. 6,3 
°C – aber ich weiß halt überhaupt nicht, ob das gerade einer 
Temperaturerhöhung ohne weiteren Kühlkörper entsprechen sollte oder doch 
etwas vollkommen anderem … sinnvoll erscheint mir das von der 
Größenordnung her, aber ich würde das gern sicher wissen.

Klar könnte ich das auch in etwa nachmessen, habe aber gerade keinen 
passenden Verbraucher zur Hand.

[Dietmar M. (dietmarhg_m)]

In einem anderen Thread habe ich (zwischen sehr viel OT-Rauschen) einen 
Link auf eine Application Note [1] gefunden und zusammen mit einem 
Artikel in einer beliebten Onlineenzyklopädie [2] scheint mir die Sache 
nun plausibel und ich denke ich habe in etwa verstanden, was dieser Rθ 
denn überhaupt ist. In etwa:

I = sqrt(∆T / (RDSon * Rθ))

=>

∆T = I^2 * RDSon * Rθ
   = (6.4 A)^2 * 2.5 mΩ * 62 °C/W
   = 6.33 °C

Danke für die vorherigen Antworten!


[1] http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1140.pdf

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_resistance