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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verlsutleistungsabfuhr bei Mosfets


Autor: Ralf (Gast)
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Hallo,
ich habe eine Frage z den Angaben im Datenblatt eines Mosfets. Es steht, 
der Mosfet kann einen kontinuierlichen Drain Strom von 110A. Der RDSon 
liegt bei 4,2mOhm. Das Ergibt eine Verlustleistung von 50,82Watt Der 
Mosfet im D2Pack kann bei Platinenmontage auf einem 1" Quadraht aber nur 
eine Leistung von 3,75W abführen.
Das geht doch so nicht. Bezogen auf die 3,75Watt dürfte der Drainstrom 
nicht größer sein als 30A.
Habt Ihr da eine Idee wieso das so ist?

Gruss Ralf

Autor: fubu1000 (Gast)
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Schon mal was von Kühlung gehört?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ralf wrote:
> Das Ergibt eine Verlustleistung von 50,82Watt Der
> Mosfet im D2Pack kann bei Platinenmontage auf einem 1" Quadraht aber nur
> eine Leistung von 3,75W abführen.

Dann musst du halt dafür sorgen, dass mehr Leistung abgeführt werden 
kann (Metallkernplatine usw.). Oder du nimmst direkt eine Bauform die du 
auf einen Kühlkörper schrauben kannst.

Autor: Ralf (Gast)
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ich interpretiere das anders.
Der Mosfet erzeugt intern eine Verlustleistung. Über sein Gehäuse kann 
er maximal 3,75Watt abführen. Dieser Wert ist bedingt durch den 
Wärmewiederstand des Gehäuses. Sorge ich außerhalb des Gehäuses für 
einen sehr geringen Wärmewiderstand, durch Metallkern etc. kann doch der 
Mosfet trotzdem Gehäusebedingt nicht mehr Leistung abführen wie diese 
3,75Watt.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ralf wrote:
> ich interpretiere das anders.
> Der Mosfet erzeugt intern eine Verlustleistung. Über sein Gehäuse kann
> er maximal 3,75Watt abführen. Dieser Wert ist bedingt durch den
> Wärmewiederstand des Gehäuses.

Mal davon abgesehen, dass 3,75W eher wenig sind, und ich deshalb 
wiedersprechen würde, wäre es vielleicht mal gut wenn du verraten 
würdest um welchen Mosfet es denn überhaupt geht.

Autor: Christian J. (elektroniker1968)
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Hallo,

Das Gehäuse des Mosfets kann beí freier Konvektion 3,xx Watt abführen. 
Die 110A gelten für IDEALE Kühlung, das heisst der einzige 
Wärmewiderstand ist noch die Junction -> Case-> diealer Kühlkörper 
Geschichte, alles andere ist supraleitend. Kann erreicht werden mit 
aktiver Kühlung durch Stickstoff etc.

1. Vorgehen: Wärmewiderstandskette aufzeichnen
2. Rth Werte heraussuchen
3. Berechnung ist T = Tu + (Rth * P)

Diese Stromwerte von 110A sind auch Marketing Augenwischerei. Ausserdem 
hängt es noch wesentlich davon ab, wie schnell der FET schaltet, denn in 
den Scjaltflanken geht eine Verlustleistung ab durch das Durchfahren des 
linearen Bereiches mit endlicher Steigung der Flanken.

Gruss,
Christian

Autor: Ralf (Gast)
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Es ist ein SUM110P04-04L

Meine Kühlung Durckontaktierungen + Wärmeleitfolie + Kühlkörper kann bei 
25°C eine Verlsutleistung von 30W abführen. Sollte also ausreichen. Aber 
nutzt mir das, wenn der Mosfet nur 3,75W abführen kann aber 30W 
verlustleistung erzeugt?
Welche Verlustleitung darf der mosfet also maximal erzeugen...ungetaktet

Autor: Alex Bürgel (Gast)
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Da steht im Datenblatt irgendwo ein Punkt R_thJC das ist der 
Wärmeübergangswiderstand zwischen der Sperrschicht und dem Gehäuse. Wenn 
dein Kühlkörper jetzt perfekt mit dem Gehäuse verbunden ist hast du ein 
R_thCK (zwischen Case & Kühlkörper) von Null. Jetzt noch das R_thKU 
(Wärmeübergang zwischen Kühlkörper und Umgebung) und fertig.

Beispiel:

P_Verlust = 5 W
R_thJC = 10 K/W
R_thCK = 0
R_thKU = 15 K/W
T_U = 25 °C

=> Sperrschichttemperatur T_J = T_U + P_Verlust * (R_thJC + R_thCK + 
R_thKU) = 150 °C

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Alex Bürgel (Gast)
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Edit:
Ich habs mal im Datenblatt rausgesucht:
Junction-to-Case R_thJC 0.4 °C/W

Autor: Ralf (Gast)
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ah okay...und wie würden viele Durchkontatikerungen nehmen wir 14 
einbezogen? Sie sind ja parallel

Autor: Erik D. (dareal)
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Mal ne andere frage:

Fließt in deiner Applikation denn überhaupt diese Drainstrom? 
Kontinuierlich?

Autor: Ralf (Gast)
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effektiv fliessen ca. 35A

Autor: Erik D. (dareal)
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Und was rechnest du dir das denn für den theor. maximalen Dauerstrom 
aus?

Dann nimm die 35A und gut ist, es wird doch immer alles soweit 
dimensioniert wie NÖTIG, nicht wie MÖGLICH!

Zumal diese 110A eh unrealistisch sind als Dauerstrom, das machen die 
Anschlussbeinchen nicht lange mit.

Autor: Ralf (Gast)
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@Erik

eijo, so hab ich die ganze Zeit auch geschafft. Jetzt muss ich   das für 
die Hochschule aber fundiert niederschreiben
"da nimmt man die 35A und gut iss" finger druff, haut bleibt nett kleben 
alles ist gut!! ...so kann ich das dem Herrn Professor nicht schreiben 
;((

Autor: Erik D. (dareal)
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Dann muss man das halt genau aufschlüsseln, berechnen und ne Sicherheit 
zurechnen, dann kann man das auch dem unter die Nase reiben. Willst du 
jetzt mit hängen und brechen versuchen das ganze auf die 110A zu 
berechnen? Nachher kommt dann vom Professor, dass der Mosfet die 110A 
auf dauer gar nicht aushalten würde, weil du ja die Kühlung dafür 
berechnet hast aber die Beinchen innerhalb von Minuten wegglühen :P

Autor: Ralf (Gast)
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nein nein, ich wllte nie 110A habe ich das geschrieben?
Mir ist und war der Zusammenhang zwischen den Angaben maximal abführbare 
Leistung 3,75W und 110A unklar weil 110A eine Verlustleistung von 30W 
verursachen...was erheblich mehr ist wie 3,75. auch meine 35A erzeugen 
schon mehr wie 3,75W.

Dann kam aber irgendwie raus, dass nicht die angegeben 3,75W maßgeblich 
sind sondern der Wärmewiderstand von Sperrschicht bis zur Umgebungsluft. 
Also habe ich mal angefangen die Wärmewiderstandskette aufzubauen und 
frage mich nun, wie es sich mit den paralleln Durchkontaktierungen 
verhält.

Frage mich zwar immer noch was die angabe 3,75W genau aussagt aber das 
sei mal egal

Autor: Erik D. (dareal)
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Mit den 3,75W ist es so wie es im Datenblatt steht.

Wenn du das Bauteil auf eine Platine lötest wo die Rückseite des Mosfets 
auf einer 1x1 inch große Fläche verlötet ist dann kann der Mosfet 3,75W 
abführen (arbeitet dabei noch in seinem sicheren Bereich). Jetzt 
könntest du dir z.B. rückwärts ausrechnen, welchen Wärmewiderstand in 
etwas die Fläche auf dem PCB hat.

Der Mosfet hat ein Rthjc von max. 0,4 K/W. Seine max. Arbeitstemeratur 
beträgt 175°C. Das Derating ist nicht angegeben aber ist typischerweise 
Linear und bei Tjmax = 0W.

Wie sich die max. Verlustleistung berechnet: Tjmax - Tu / Rthjc

175°C - 25 °C / 0,4 K/W
= 375 W

Das ganze bei einem idealen Kühlkörper, somit quasi nicht wirklich 
erreichbar.

Bei einem KK mit 1 K/W macht das: (Übergangswiderstand zwischen KK und 
FET mal vernachlässigt)
Tjmax - Tu / ( Rthjc + Rthsa)
175 °C - 25 °C / ( 0,4 K/W + 1 K/W)
= 107,14 W


Die in Datenblätter angegebene Verlustleistung hat nichts mit den 
elektrischen Werten zu tun, das ganze basiert lediglich auf thermischen 
Messergebnissen.

Autor: Ralf (Gast)
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okay, danke dir...dann habe ich mich mit den 3,75W etwas vergaloppiert
so mache ich das jetzt...

gruss ralf

Autor: Ralf (Gast)
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hach...vor lauter hin und her...wie ist das denn jetzt mit den 
Durchkontaktierungen? sie snd ja parallel

Autor: Christian J. (elektroniker1968)
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PLONK

Steht doch alles da....

Autor: Ralf (Gast)
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..sorry ich sehe es nicht!

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