Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Max Safe Operating Area bei MOSFET


von Kanzler (Gast)


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Hallo alle,

Ich habe eine Frage. Ich kenne mich nicht so gut aus mit mosfets, habe 
jetzt aber schon eine weile rumgesucht und noch keine erklärung 
gefunden.
Wenn man das MSOA diagramm (z.b. Hier auf s.5: 
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf6727mpbf.pdf) 
anschaut, warum kann ich dann nur so wenige A durch den mosfet leiten 
bei hoher Vds und DC Strom? Vorne in den max ratings ist doch angegeben, 
dass maximal 32a kontinuierlich fließen können, oder?!
Wenn man 30A durchleiten würde, dann gäbe es doch auch nur 
30x30x0.0017=1,53W verlust im mosfet und das ist ja auch unter den 
zugelassenen 1,8W.

Ich möchte mir einen Schalter bauen mit einem mosfet, der bei 21v bis zu 
30A leiten kann.
Ist dies also möglich?
Viele grüße!

von Falk B. (falk)


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@Kanzler (Gast)

http://www.mikrocontroller.net/articles/FET#SOA_Diagramm

>Wenn man das MSOA diagramm (z.b. Hier auf s.5:
>http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir...)
>anschaut, warum kann ich dann nur so wenige A durch den mosfet leiten
>bei hoher Vds und DC Strom?

Weil a) die Verlustleistung zu hoch wird und b) das Ding nicht für 
Linearbetrieb gebaut ist. Ausserdem verwechselst du was. In dem Diagramm 
ist U_DS angegeben. Das ist die Spannung, die zwischen Drain und Source 
anliegt! Nicht die, welche an deiner Last anliegt. Die MOSFETs werden 
für diesen Test im Linearbetrieb betrieben OHNE eine Last am Drain, du 
willst Schaltbetrieb MIT einer Last am Drain. Siehe Artikel oben.

> Vorne in den max ratings ist doch angegeben,
>dass maximal 32a kontinuierlich fließen können, oder?!

Ja.

>Wenn man 30A durchleiten würde, dann gäbe es doch auch nur
>30x30x0.0017=1,53W

Ja. Dann ist dein MOSFET aber voll durchgesteuert und die Spannung U_DS 
beträgt nur 30A*17mOhm=51mV.

>Ich möchte mir einen Schalter bauen mit einem mosfet, der bei 21v bis zu
>30A leiten kann.
>Ist dies also möglich?

Ja. Aber im duchgeshalteten Zustand fallen die 21V über deine Last ab, 
nicht dem MOSFET. Dort liegt dein Denkfehler.

MFG
Falk

von Kanzler (Gast)


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Hi Falk,
vielen Dank für deine Hilfe!
Das habe ich jetzt soweit verstanden.
Das kommt ja dann ungefähr hin, dass bei 30A 0.051V abfallen und ich 
dann noch im zulässigen Bereich bin im SOA Diagramm (müsste ja genau bei 
der Spitze sein zur Abgrenzung im DC Betrieb). Folglich interpretiere 
ich das so, dass ich z.B. diesen MOSFET von IRF gut dafür einsetzen 
könnte.

Noch eine Frage am Rande:
In was für Fällen würde denn so eine hohe Spannung am MOSFET selber 
abfallen? Das wäre ja teilweise schon fast ein "Kurzschluss" (bei so 
niedrigem Rdson). In dem Artikel steht:
"In bestimmten Anwendungen werden MOSFETs aber auch im Linearbetrieb 
eingesetzt, z.B in linearen Endstufen für Audio, Video, elektronischen 
Lasten und Stromquellen."
Aber wo Fallen da so hohe Lasten am MOSFET selber ab?

Vielen Dank nochmals!

von ArnoR (Gast)


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> Aber wo Fallen da so hohe Lasten am MOSFET selber ab?

Einfachster Fall A-Verstärker mit z.B. 30V Betriebsspannung und 4Ohm 
Last in der Drainleitung. Bei Aussteuerung auf 15V an der Last liegen 
auch 15V an D-S und es fließt ein Strom von 3,75A, macht 56W am 
Transistor.

von Kanzler (Gast)


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Danke ArnoR,
habe gerade ein bisschen über Verstärker gelesen (hatte keine Ahnung 
davon vorher). Der Transistor fungiert sozusagen als Spannungsteiler im 
A-Betrieb, wenn ich das richtig verstanden habe - also muss am 
Transistor selber diese hohe Spannung abfallen.

von (prx) A. K. (prx)


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Kanzler schrieb:
> In was für Fällen würde denn so eine hohe Spannung am MOSFET selber
> abfallen?

Auch bei einem langsamen Schaltvorgang. Dann spielen die mit Zeiten 
markierten Kurven im SOA Diagramm eine Rolle. Der Abschaltvorgang bei 
induktiver Last sorgt übergangsweise für vollen Strom bei voller 
Spannung am Transistor. Siehe 
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0208031.htm

von Uwe (Gast)


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> Auch bei einem langsamen Schaltvorgang.
Nur zur Vollständigkeit : Dann nimmt man extra Treiber für den FET der 
die Gate Kapazität schnell genug umladen kann.

von Kanzler (Gast)


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So, ich habe meinen Schalter nun mal konkretisiert und möchte 8 dieser 
mosfets:
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/IRFH9310PBF.pdf
In parallelschaltung (damit Rdson möglichst klein) einsetzen. Ist ein 
p-mos, damit ich den SPST schalter direkt zwischen gate und +17v 
anbringen kann, also wenn schalter zu dann mosfet leitend wenn Schalter 
offen dann mit Pulldown-Widerstand gate an gnd und mosfet aus.
Könnt ihr mir noch mal Feedback geben, ob es noch ein Problem dabei gibt 
(evt beim parallelschalten der mosfets, oder bei den ~30A) oder ob ich 
das so realisieren kann?
Danke

von Jens G. (jensig)


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>In parallelschaltung (damit Rdson möglichst klein) einsetzen. Ist ein
>p-mos, damit ich den SPST schalter direkt zwischen gate und +17v
>anbringen kann, also wenn schalter zu dann mosfet leitend wenn Schalter
>offen dann mit Pulldown-Widerstand gate an gnd und mosfet aus.

Das ist das Verhalten eines N-Mosis, nicht P-Mosi. Bei P-Kanal ist es 
genau umgekehrt.
Ein P-Kanal will eine gegenüber Source negative Gatespannung, um 
durchzuchalten.

Auserdem dran denken, daß Mosfets nur eine begrenzte Ugs erlauben. 17V 
klingen schon fast wie am Limit.

von Kanzler (Gast)


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Mein Fehler, ich wollte sagen, wenn schalter zu, dann mosfet nicht 
leitend und wenn schalter offen, dann mosfet leitend.
Ich möchte die mosfets in der plus zuleitung platzieren, deswegen der 
pmos. Und der widerstand dann so, dass wenn schalter offen dann noch +7v 
potential am gate liegt (also -10v an Vgs bei 17v versorgungsspannung).
Vgs ist doch bis -20V zugelassen, da dürfte es doch selbst mit -17V 
(ohne widerstand zwischen gate und gnd) an Vgs keine Probleme geben, 
oder? Und je höher Vgs desto besser müsste doch Rdson werden?
Das mit dem Parallelschalten gibt keine Probleme, oder? - Ich meinte 
gelesen zu haben, dass bei parallelschaltung manche heißer werden 
können?

von Kanzler (Gast)


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Der schalter sitzt dabei zwischen gate und der versorgungsspannung und 
der widerstand der dazu dient Vgs zu minimieren (wenn überhaupt) sitzt 
zwischen Vgs und gnd.
Das hatte ich vergessen zu sagen

von Jens G. (jensig)


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>Vgs ist doch bis -20V zugelassen, da dürfte es doch selbst mit -17V
>(ohne widerstand zwischen gate und gnd) an Vgs keine Probleme geben,
>oder? Und je höher Vgs desto besser müsste doch Rdson werden?

Ist schon richtig - ich wollte nur drauf hingewiesen haben, weil es 
schon Threads gab, wo der TO solche Grenzen nicht kannte, und einfach so 
mal 25V oder so draufjubeln wollte.

>Das mit dem Parallelschalten gibt keine Probleme, oder? - Ich meinte
>gelesen zu haben, dass bei parallelschaltung manche heißer werden
>können?

Das mit dem heiserwerden gilt nur für den Linearbetrieb, wo der Mosi 
also nicht voll durchgeschaltet wird (also irgendwo mitten im 
SOA-Bereich genutzt wird). Im Schaltbetrieb (also ganz links oder ganz 
unten im SOA) macht es dagegen keine Probleme (zumindest für Deine 
Zwecke)

von Kanzler (Gast)


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Sehr gut!
Damit sind eig alle meine Fragen beantwortet und ich werd jetzt das so 
umsetzen.
Vielen Dank für die vielen hilfreichen Antworten!

von Harald W. (wilhelms)


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Jens G. schrieb:

> Das mit dem heiserwerden gilt nur für den Linearbetrieb,

Ich dachte, das gilt nur für die Sommergrippe. :-)
Gruss
Harald

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