Hallo da draußen! Ich möchte mittels eines Leistungs FET's eine Kondensatorbank von 1000uF bei 380V laden. Die Ladezeit darf ruhig mehrere Sekunden dauern, wichtig ist jedoch, dass nach dem Ladevorgang die Verbindung Niederohmig ist. Der Vorgang muss so selten ablaufen, dass die Wärmeverlustleistung keine Rolle spielt. Eigentlich hatte ich diesem Schaltungsteil keine große Bedeutung zugeschrieben, aber jetzt merke ich um so mehr, dass ich mit meinem Entwurf falsch liege. Nun habe ich mittlerweile schon einige Leistungs FET's (IRFP 460 und G47N60S) gehimmelt. Bisher nicht ganz ohne Lerneffekt: Die Leistungsangaben der Datenblätter gelten niemals für den Linearen Bereich. 1. Versuch mit hohem Gatewiderstand (100k) -> Puff (Klar fängt an unkontrolliert zu schwingen) 2. Versuch mit hohem Gatewiderstand und zusätzlicher Kapazität zwischen Gate und Source -> Puff (kapazitiver ungedämpfter Spannungsteiler zwischen Drain und Source, dazwischen das Gate) 3. Versuch mit 100k Vorwiderstand und einem Dämpfungsglied aus Widerstand und Folienkondensator+10uf Elko zwischen Gate und Source. Zusätzlich eine Z-Diode -> Puff Dabei war beim 3. Versuch dU/dt immerhin bei "nur" 5A. Nur fehlt mir aktuell eine Idee wie ich die Schaltung mit absehbarem Auffwand verbessern kann. Ich freue mich über jeden Tipp! Im Anhang die Schaltung der Variante 3 und ein Scope Screenshot auf dem das "sterbende" Fet zu sehen war: Gelb die Spannung, die über das FET abfallt, in Grün die Spannung am Gate.
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Ich habe leider den Scope Dateianhang vergessen. Euch noch eine angenehme Restwoche! Stefan
Stefan schrieb: > Die Leistungsangaben der Datenblätter gelten niemals für den Linearen > Bereich. Warum nicht? Vielleicht hast du das Datenblatt falsch interpretiert und die betreffenden Randbedingungen nicht eingehalten.
Stefan schrieb: > Die Leistungsangaben der Datenblätter gelten niemals für den Linearen > Bereich. Es gibt auch Datenblätter mit SOA-Diagramm. z.B.: http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPW60R190C6-DS-v02_01-en.pdf?folderId=5546d4694909da4801490a07012f053b&fileId=db3a304320d39d590121f895e912201a Hoffe der Link funktioniert.
Das ist wahrscheinlich der Fall. Ich ging davon aus es funktionieren müsste, solange ich unterhalb des Avalanche Stromes von 20A bleibe. Das ist natürlich ein Trugschluss, da ich bei 200V und 10ms bei 4A schon auserhalb der Safe Operating Area bin.
Ich hab sowas mal für ein 28V System gebaut, bei dem ich nur max. 10A aus dem Netz entnehmen durfte - ich meine ich hatte 0,5F an Kapazität dahinter. Hab dazu einen Linear Technology Chip benutzt, der per Shunt Strom gemessen hat und dann per FET bei Überstrom deaktivierte. Ist also eher PWM als deine lineare Lösung... Dafür bleib alles relativ kalt. Das ganze "tut" es es jetzt aber schon etliche Jahre lang mit weit mehr als 5000 Zyklen.
Stefan schrieb: > Das ist natürlich ein Trugschluss, da ich bei 200V und 10ms bei 4A schon > auserhalb der Safe Operating Area bin. richtig. 200V*10ms*4A ergeben 8J. Ohne Wärmeabfuhr "nach außen" hält ein TO220-FET nur typisch <1J aus, bevor das Silizium schmilzt. Und in 10ms lässt sich halt noch nicht so viel Wärme nach außen abgeben. Die Ansteuerung des Gates über einen RC-Tiefpass suggeriert auch viel längere Zeitkonstanten, als für die tatsächliche Wärmeentwicklung relevant sind. Die Zeitkonstante von UGS mag einige Sekunden betragen. Aber er "interessante" Bereich von UGS, in dem die wesentliche Heizleistung anfällt, wird trotzdem in Sekundenbruchteilen durchlaufen. Und innerhalb dieser Sekundenbruchteile muss dein FET 72J aufnehmen und an die Umgebung abgeben. (Genau so viel, wie im Kondensator gespeichert wird.) Um diese Zeit zu strecken, müsstest du UGS bei einem bestimmten Wert festhalten (also den Ladestrom limitieren).
@Achim S. (Gast) >richtig. 200V*10ms*4A ergeben 8J. Ohne Wärmeabfuhr "nach außen" hält ein >TO220-FET nur typisch <1J aus, bevor das Silizium schmilzt. Deutlich weniger! Die typischen, EINMALIGEN Avalancheenergien liegen eher im Bereich 100mJ!
@ Stefan (Gast) >Ich möchte mittels eines Leistungs FET's eine Kondensatorbank von 1000uF >bei 380V laden. Die Ladezeit darf ruhig mehrere Sekunden dauern, wichtig >ist jedoch, dass nach dem Ladevorgang die Verbindung Niederohmig ist. Dann nimm einen Leistungswiderstand und überbrücke ihn anschließend mit einem Relais.
Falk Brunner schrieb: > Deutlich weniger! Die typischen, EINMALIGEN Avalancheenergien liegen > eher im Bereich 100mJ! beim IRFP460, den Stefan zuerst verheizt hat, zeigt Fig. 12 im Datenblatt Angaben zwischen 800mJ (25°C, 20A) und 2J (25°, 9A). Klar variiert der Wert für unterschiedliche FETs und die Arbeitsbedingungen und kann auch deutlich kleiner sein. Ich wollte Stefan nur zeigen, dass seine 8J (bzw. 72J für den gesamte Ladevorgang) einfach zu viel sind, und dass er dem FET zu wenig Zeit zum Abführen der Wärme gibt.
Ich muss mal etwas nach einer Ladungspumpe suchen, um eine konstant Ladung auf das Gate zu "schieben". Ein Festhalten der Spannung wird sehr schwer werden, da in einem kleinen Gatespannungsbereich "sehr viel" passiert.
dann baue doch ne Gegenkopplung ein: ein paar Ohm zwischen die Source und den 1mF und die Ansteuerung zwischen Gate und das untere Ende des Widerstands. Sobald der gewünschte Strom fließt, zieht der Spannungsabfall am Widerstand die Gate-Source-Spannung auf den passenden Wert.
@ Achim S. (Gast) >dann baue doch ne Gegenkopplung ein: ein paar Ohm zwischen die Source >und den 1mF und die Ansteuerung zwischen Gate und das untere Ende des >Widerstands. Sobald der gewünschte Strom fließt, zieht der >Spannungsabfall am Widerstand die Gate-Source-Spannung auf den passenden >Wert. Nennt sich Konstantstromquelle. Löst aber nicht das Problem der Kühlung.
Ich würde den Stromanstieg per Induktivität dämpfen. Am MOSFET den Strom messen und dann abschalten, warten bis der Strom abklingt...und von vorn. Oder den MOSFET nur per Zeitkonstante mit PWM ansteuern.
Achim S. schrieb: > Falk Brunner schrieb: >> Deutlich weniger! Die typischen, EINMALIGEN Avalancheenergien liegen >> eher im Bereich 100mJ! > > beim IRFP460, den Stefan zuerst verheizt hat, zeigt Fig. 12 im > Datenblatt Angaben zwischen 800mJ (25°C, 20A) und 2J (25°, 9A). Moment mal, die s.g. Avalancheenergien entsteht bei der induktiven Last. Hier in dem Fall ist aber fast reine ohmsche Last. Die Figur 12c sagt bei VDD=50V, Nicht VDS. Bei ohmsche Last dürfte VDD gegen null sein oder habe ich mich geirrt?
Falk Brunner schrieb: > Nennt sich Konstantstromquelle. Löst aber nicht das Problem der > Kühlung. Gäbe es eigentlich irgendeinen Grund, wenn man schon Leistung in einer KSQ verheizt, dann statt des üblichen BJT einen FET zu nehmen? Mir fällt da auf Anhieb kein Vorteil ein. Der wesentliche Vorteil von FETs im Schalterbetrieb ist ja, dass man sie mit sehr kleinem Rdson bekommen kann, aber der kommt im Linearbetrieb nicht zum Tragen.
Jörg Wunsch schrieb: > Mir fällt da auf Anhieb kein Vorteil ein. Der wesentliche Vorteil von > FETs im Schalterbetrieb ist ja, dass man sie mit sehr kleinem Rdson > bekommen kann, aber der kommt im Linearbetrieb nicht zum Tragen. MOSFET verträgt mehr Verlustleistung als BJT, ich habe z.B einen IRFP250 stundenlang mit 72W verbraten, das muß einer mit einem BJT mal zeigen.
@ Tany (Gast) >Moment mal, die s.g. Avalancheenergien entsteht bei der induktiven >Last. Hier in dem Fall ist aber fast reine ohmsche Last. Ja wo denn? Du hast zwei Kondensatoren, einer voll, der andere noch leer. >Bei ohmsche Last dürfte VDD gegen null sein oder habe ich mich geirrt? Geirrt. Wir reden über Linearbetrieb, nicht Schaltbetrieb! Im Schaltbetrieb würdest du deinen vollen Kondensator schlagartig auf den leeren schalten. Dabei verdampft dein MOSFET ;-) Denn die Physik lässt sich nicht (so einfach) austricksen, die Ladeenergie MUSS am Ladewiderstand verbraten werden, vollkommen eagl wie groß der ist!
@ Tany (Gast) >MOSFET verträgt mehr Verlustleistung als BJT, ich habe z.B einen IRFP250 >stundenlang mit 72W verbraten, das muß einer mit einem BJT mal zeigen. BOA EY! Halt mal die Bälle flach, min Jung. Es gibt auch Bipolartransistoren, die SATT Leistung verbraten können. Der Klassiker 3055 im TO-3 geht bis (200?)W. Theoretisch. Ohne einen ausreichend großen Kühlkörper kann KEINERLEI Transistor derartige Leistungen allzulange verheizen.
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Hi Falk, wenn man bei dem Linearregler den Strom nicht begrenzt, hält kein MOSFET aus, auch nicht BJT. Bei "Linearregler" entsteht hier einfach die Verlustleistung=Uds x Ids, hat aber mit der Avalancheenergien nix zu tun.
Tany schrieb: > MOSFET verträgt mehr Verlustleistung als BJT Der einzige systematische Grund, der mir dafür einfiele ist, dass die maximal zulässige Chiptemperatur beim MOSFET etwas höher sein darf als beim BJT (bspw. 175 °C statt 150 °C). Warum sollte ein ausreichend dimensionierter Transistor, bspw. ein 2SC2922, diese Leistung bei entsprechender Kühlung nicht dauerhaft aushalten?
Falk Brunner schrieb: > BOA EY! Halt mal die Bälle flach, min Jung. Es gibt auch > Bipolartransistoren, die SATT Leistung verbraten können. Der Klassiker > 3055 im TO-3 geht bis (200?)W. Theoretisch. Du willst mir einreden, das der Klassiker 3055 laut Datenblatt max. 115W Verlustleistung 200W aushält?
@Tany (Gast) >> 3055 im TO-3 geht bis (200?)W. Theoretisch. >Du willst mir einreden, das der Klassiker 3055 laut Datenblatt max. 115W >Verlustleistung 200W aushält? Dir ist die Bedeutung des Zeichens ? bekannt? Ich wusste den genauen Wert nicht, wahrscheinlich waren es eher 200°C maximale Sperrschichttemperatur.
Jörg Wunsch schrieb: > Warum sollte ein ausreichend dimensionierter Transistor, bspw. ein > 2SC2922, diese Leistung bei entsprechender Kühlung nicht dauerhaft > aushalten? Wie viele von solchen wie SSC2922 gibt es? Das war ein Beispiel von einem IRFP250, in seiner Klasse gibt es so viele wie Sand im Meer. Es gibt auch viele MOSFETs mit Pw > 500W, was bei der Bipolarlandschaft sehr selten sein dürfte.
Tany schrieb: > Wie viele von solchen wie SSC2922 gibt es? Ist egal, denn deine „Aufgabenstellung“ war: Tany schrieb: > das muß einer mit einem BJT mal zeigen. Dafür genügt ein Gegenbeispiel vollkommen. Aber es gibt deren genügend, und die originale Aufgabe lässt sich ohnehin kaum dadurch leichter lösen, dass man eine größere Typenvielfalt zur Auswahl hat.
Falk Brunner schrieb: > @ Achim S. (Gast) > >>dann baue doch ne Gegenkopplung ein: ein paar Ohm zwischen die Source >>und den 1mF und die Ansteuerung zwischen Gate und das untere Ende des >>Widerstands. Sobald der gewünschte Strom fließt, zieht der >>Spannungsabfall am Widerstand die Gate-Source-Spannung auf den passenden >>Wert. > > Nennt sich Konstantstromquelle. Löst aber nicht das Problem der > Kühlung. Nö, gekühlt werden muss weiterhin. Es löst aber das Problem von Stefan, die Energie über eine hinreichend lange Zeit zu verteilen, so dass die Kühlung stattfinden kann. Sein erster Ansatz mit RC am Gate war nicht gut. Seine Idee mit Ladungspumpe kam mir unnötig kompliziert vor, die Gegenkopplung erledigt das einfacher. Tany schrieb: > Moment mal, die s.g. Avalancheenergien entsteht bei der induktiven > Last. Hier in dem Fall ist aber fast reine ohmsche Last. Der übliche "Andwendungsfall" für die Avalancheenergie ist tatsächlich das Abschalten von Induktivitäten. Der Wert ist aber einfach die Energiemenge, die der Chip "schlagartig" umsetzen kann, ohne zu schmelzen. Und genau wegen der Überschreitung dieses Limits sind Stefans Transistoren gestorben (auch wenn keine Induktivitäten im Spiel waren).
Tany schrieb: > MOSFET verträgt mehr Verlustleistung als BJT, ich habe z.B einen IRFP250 > stundenlang mit 72W verbraten, das muß einer mit einem BJT mal zeigen. Das gute Stück ist aber nicht für den Linearbetrieb spezifiziert, zumindest sieht man im SOA Diagramm nichts davon. Insofern könntest Du einfach Glück gehabt haben, dass der Transistor das diesmal ausgehalten hat.
Achim S. schrieb: > Und genau wegen der Überschreitung dieses Limits sind Stefans > Transistoren gestorben (auch wenn keine Induktivitäten im Spiel waren). schaue mal die Schaltung an, die 10uF wird über R1 und R2 geladen. Am Anfang steigt der Strom nur langsam an. Bist Ugs eine bestimmte Spannung erreicht hat (Ugs_on), steigt der Strom sehr steil nach oben. Der MOSFET befindet sich nicht mehr im "Linearbetrieb" sondern fast im Schalterbetrieb. Dabei hat der die max. Verlustleistung schon längst überschritten und daran gestorben. Bernhard D. schrieb: > Du einfach Glück gehabt haben, dass der Transistor das > diesmal ausgehalten hat. Alles klar. Glück muss man haben.
Falk Brunner schrieb: > Es gibt auch > Bipolartransistoren, die SATT Leistung verbraten können. Der Klassiker > 3055 im TO-3 geht bis (200?)W. Da Die FETS aber modernere Konstruktionen sind, haben sie oft kleinere Wärmewiderstände zwischen Sperrschicht und Kühlkörper. Gruss Harald
Hallo, das könnte vielleicht am Spirito-Effekt liegen: http://www.power-mag.com/pdf/feature_pdf/1330614332_Renesas_Feature_Layout_1.pdf Trench-FET oder Hexfet oder ähnliche Typen besteht aus vielen einzelnen Zellen. Jede hat eine Gate-Treshold, die bei jeder anders ist. Der Temperaturkoeffizient ist negativ, wodurch heiße Zellen mehr Strom bekommen -> Konzentration des Stroms auf einen kleinen Bereich. Das spielt nur im Linearbetrieb eine Rolle, der RDSon hat das Problem nicht. Meistens ist das im SOA-Diagramm berücksichtigt. Bleib unterhalb der DC-Linie (mit Temperaturderating). Sollte es keine DC-Linie geben, ist das ein Indiz, dass der FET untauglich ist. Ich kenne das aus einer sehr leidvollen Entwicklung eines Hot-Swap-Controllers - dieser hat den Strom durch Zudrehen des FET begrenzt. Der lief dann für kurze Zeit (100ms oder so) im Linearbetrieb, wobei er das lt. SOA aushalten hätte müssen - hat er aber nicht. Ich habe noch eine Tüte mit ca. 10 defekten FET herumliegen, alle mit Kurzschluss. Als Mahnmal sozusagen ;-)
Tany schrieb: > schaue mal die Schaltung an, die 10uF wird über R1 und R2 geladen. Am > Anfang steigt der Strom nur langsam an. Bist Ugs eine bestimmte Spannung > erreicht hat (Ugs_on), steigt der Strom sehr steil nach oben. Der MOSFET > befindet sich nicht mehr im "Linearbetrieb" sondern fast im > Schalterbetrieb In den Schaltbetrieb geht der Transistor über, wenn der Kondensator fast vollständig aufgeladen ist (falls der FET bis dahin überlebt hat). Solange das nicht der Fall ist, fallen mehr als 15V über der DS-Strecke ab, und der Transistor ist im Linearbetrieb (weil UGS garantiert kleiner als 15V ist).
Achim S. schrieb: > In den Schaltbetrieb geht der Transistor über, wenn der Kondensator fast > vollständig aufgeladen ist (falls der FET bis dahin überlebt hat). Du kannst so nennen wie du willst. Fakt ist: - Im Schaltplan keine ind. Last. - Der MOSFET muss bis zu 950W vertragen. dann darf jeder entscheiden, ob der MOSFET daran gestorben ist.
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Stefan schrieb: >...ist jedoch, dass nach dem Ladevorgang die Verbindung Niederohmig ist. > Der Vorgang muss so selten ablaufen, dass die Wärmeverlustleistung keine > Rolle spielt Wenn du nicht alle 2 Sekunden laden /entladen muss, schlage ich die Variante vor. Ob dir 4.7 Ohm "nierderohmig" genug ist, kann ich nicht beurteilen. Bei 4.7 Ohm beträgt Ladezeit ca. 1,6 Sekunden (ca. 50W Verlustleistung am MOSFET) , bei 1.2 Ohm ca. 0,5 Sekunden (ca.160W). Wenn nicht so oft laden/entladen wird, brauchst du keinen Spezialkühlkörper. Gruß
Soweit ich das verstehe kann man bei einem FET ohne SOA-Diagramm schlicht von gar nichts ausgehen weil die interne Konstruktion unabhängig von thermischen Grenzen da ausschlaggebend ist...
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