Mosfet-Temperatur näherungsweise berechnen

[Thomas R. (redturtle)]

Hallo,

ich möchte an den Mosfets einer EC-Motor-Ansteuerung die Temperatur 
mithilfe bekannter Daten näherungsweise mit einem (thermodynamischen) 
Modell berechnen. Dieses Modell möchte ich nun aufstellen.

Die Daten werden in Schritten von etwas 30 ms erfasst: Drehzahl, Strom 
(Messung relativ ungenau), Sollwert (Potistellung 0...100%), Motormoment 
(welches seinerseits aus dem gemessenen Strom berechnet wird) und 
Motortemperatur.

Wäre es ausreichend, die Wärme mittels der Energie (deltaW = U I deltaT) 
zu berechnen, und daraus die Temperatur zu bestimmen? Also über die 
Energiebilanz (grob gesagt): Qzu = QSpeicher + Qab. Oder spielen noch 
andere Größen mit rein? Ist eventuell sogar jemandem Literatur zu dem 
Themenfeld bekannt?

Wäre für jeden Vorschlag dankbar.

Grüße

[Udo S. (urschmitt)]

Was soll der Zweck sein? Dein Problem ist Qab, das hängt von so vielen 
Faktoren ab, daß du es nicht genau bestimmen kannst.

[oszi40 (Gast)]

Thomas R. schrieb:
> Die Daten werden in Schritten von etwas 30 ms erfasst: Drehzahl, Strom

Schau Dir das Ganze erst mal auf dem Oszi an. Mir scheint, daß eine 
Auswertung aller 30ms ungenauer wird als wenn Du gleich ein übliches 
Energiekostenmessgerät in die Steckdose steckst. Abschaltspannungen und 
Einschaltströme werden Deine Elektronik thermisch belasten.

[Thomas R. (redturtle)]

Udo Schmitt schrieb:
> Was soll der Zweck sein?

Letzten Endes soll damit eine Aussage über die Belastungsgrenze des 
Mosfets gemacht werden können. Also wenn der z.B. nur bis 150°C geht, 
und die Temperatur dann 130°C ist, dann muss abgeschaltet werden. Es 
gibt zwar einen Temperatursensor auf der Platine, aber der ist zu träge 
und dafür nicht geeignet. Also zunächst einmal möchte ich hier eine 
Fallstudie machen, ob man mit der Berechnung überhaupt diese 
Größenordnung herausbekommt.

[Thomas R. (redturtle)]

Udo Schmitt schrieb:
> Dein Problem ist Qab, das hängt von so vielen
> Faktoren ab, daß du es nicht genau bestimmen kannst.

Von so vielen hängt es doch gar nicht ab, sobald ich die 
Strömungsgeschwindigkeit kenne (Lüfterrad an der Motorwelle, also 
drehzahlabhängig, aber das könnte man zunächst vernachlässigen), habe 
ich bereits die wichtiges Einflussgröße...
Oder an was hast Du gedacht?

[Udo S. (urschmitt)]

Thomas R. schrieb:
> Oder an was hast Du gedacht?

Wärmewiderstände:
Junction-Case  (bekannt, Datenblatt)
Case-Kühlkörper  (unbakannt, kann man abschätzen)
Kühlkörper-Umgebung (unbekannt, sehr schwer abzuschätzen)
Du redest von Strömung, also wird der Kühlkörper angeblasen
Alleine Verwirbelungen können da die Strömungsgeschwindigkeit um Faktor 
2 ändern
Dann laminare/turbulente Strömung am Kühlkörper
Verschmutzungsgrad (Staub)
Umgebungstemperatur
...

Du kriegst mit deinem mathematischen Modell mindestens eine Unsicherheit 
von Faktor 2.
Also weisst du am Ende nicht ob das Teil jetzt 130° 200° oder nur 70°C 
hat.

Also sinnlos.

Meine Meinung, aber viel Spass dabei

[Дуссель дукъ (Gast)]

Wenn die Temperatur interessiert, sollte man sie messen. zB mit einem 
NTC. Etwas advanceder waere die Gate Spannung zu ueberwachen. Dh den 
Spannungsabfall bei fester Gatespannung und Strom. Das ist dann aber 
auch wieder exemplarabhaengig.

[Thomas R. (redturtle)]

Дуссель дукъ schrieb:
> Wenn die Temperatur interessiert, sollte man sie messen. zB mit einem
> NTC.

Das möchte ich ebenfalls machen, um das Modell zu überprüfen. In der 
realen Anwendung können aber nicht 12 NTC's aus der Maschine 
rausbaumeln. Die Kabel müssen herausgeführt werden, weil der Platz im 
Gehäuse sehr knapp ist.

[oszi40 (Gast)]

Thomas R. schrieb:
> weil der Platz im Gehäuse sehr knapp ist.

Wenn ich das schon lese, dann würde es mich nicht wundern, wenn Du auch 
noch einen Wärmestau im Gehäuse bekommst (bei Lüfterstillstand). 
Spätestens durch die thermische Trägheit überhitzt dann Dein System nach 
der Abschaltung? Ziel Deiner Maßnahme ist wahrscheinlich ein 
programmierter Ausfall einen Tag nach Garantieablauf? Sonst hättest Du 
jetzt schon praktische Messungen in der Wärmekammer gemacht.

[Дуссель дукъ (Gast)]

>weil der Platz im Gehäuse sehr knapp ist.

Wieder mal ein Design, bei dem das Thema Temperatur & Waerme vergessen 
wurde, und nun "raus" muss.

[Thomas R. (redturtle)]

Дуссель дукъ schrieb:
> Wieder mal ein Design, bei dem das Thema Temperatur & Waerme vergessen
> wurde, und nun "raus" muss.

Absolut nicht, oder würdest Du eine Bohrmaschine mit beiden Händen 
umfassen wollen?

[Thomas R. (redturtle)]

oszi40 schrieb:
> Ziel Deiner Maßnahme ist wahrscheinlich ein
> programmierter Ausfall einen Tag nach Garantieablauf? Sonst hättest Du
> jetzt schon praktische Messungen in der Wärmekammer gemacht.

Das ist eine gewagte Unterstellung. Man hört, es gäbe Firmen, denen an 
der Qualität der Produkte gelegen ist und genau das Gegenteil 
bezwecken...