Geeigneter N-MOSFET für mind. 6A-Schaltvermögen bei 24V?

[Manuel N. (manuelambaum)]

Hallo,

Ich habe mir vor einigen Monaten mal eine eigene Schaltung 
zusammengeschustert, für welche ich meine 3A LED-Streifen mehr oder 
weniger Abwärmefrei bei 1,5kHz dimmen konnte. Nun habe ich mein Setup 
ein wenig erweitert und möchte nun gut 6,5A Schalten bei 24V schalten, 
statt meine ehemaligen 3A.

Meine N-MOSFETS werden nun jedoch nicht nur lauwarm sondern sehr heiss, 
weswegen ich nach einer geeigneten Alternative fragen wollte. Falls 
möglich möchte ich eine Drop-In-Lösung zu meinem aktuell verwendeten 
N-MOSFETS. Folgende Anforderungen suche ich konkret:
- mind. 6.5A Schaltvermögen (eher 8A mit Reserve und so)
- Ansteuerung für PWM mit 1,5kHz
- Gate-Spannung beträgt 4,5V minimal und 5V optimal
- maximal möglicher Gate-Strom bei 4,5VGS: 20mA
- VDS muss mind. für 24V gemacht sein (also eher mind. 30V für Reserve 
und so)
- Temperatur falls möglich irgendwo im Rahmen von 60° unter volllast
- TO-252 Bauform ohne zusätzlichen schnick-schnack (wegen Drop-In 
replacement)

Ich meine, mal eine Liste gesehen zu haben, wo die gängigen MOSFETS mit 
allen nötigen Spezifikationen und einsatzzwecken aufgelistet sind, finde 
diese aber nicht mehr. Freue mich auf Vorschläge und Erfahrungen 
eurerseits. P.S. Im Anhang ist mal der aktuell verwendete MOSFET.

MFG Manuel

[Jonny O. (-geo-)]

https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht

[Bernd K. (bmk)]

Hier ein MOSFET, der sollte passen:

https://www.mouser.de/ProductDetail/onsemi/NVD5C668NLT4G?qs=5aG0NVq1C4yZ%2FZ0uPOy%2FKA%3D%3D

[Michael B. (laberkopp)]

Wie.wäre es mit dem

https://www.mouser.de/ProductDetail/Micro-Commercial-Components-MCC/SIL08N03-TP

oder dein Gehäuse

https://www.mouser.de/ProductDetail/Diodes-Incorporated/DMG4800LK3-13

hängt natürlich von deinem Händler ab, was der da hat
Hoffentlich hat er eine gute Suchfunktion.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Manuel N. schrieb:
> Meine N-MOSFETS werden nun jedoch nicht nur lauwarm sondern sehr heiss,
> weswegen ich nach einer geeigneten Alternative fragen wollte. Falls
> möglich möchte ich eine Drop-In-Lösung zu meinem aktuell verwendeten
> N-MOSFETS. Folgende Anforderungen suche ich konkret:
> - mind. 6.5A Schaltvermögen (eher 8A mit Reserve und so)
> - Ansteuerung für PWM mit 1,5kHz
> - Gate-Spannung beträgt 4,5V minimal und 5V optimal
> - maximal möglicher Gate-Strom bei 4,5VGS: 20mA
> - VDS muss mind. für 24V gemacht sein (also eher mind. 30V für Reserve
> und so)
> - Temperatur falls möglich irgendwo im Rahmen von 60° unter volllast
> - TO-252 Bauform ohne zusätzlichen schnick-schnack (wegen Drop-In
> replacement)

Dann nutze die Suchfunktion des Distributors deines geringsten 
Mißtrauens. Du suchst einen n-Kanal, logic-level MOSFET in TO-252 der 
mindestens 30V sperren kann. Nach I_d könntest du auch noch filtern, 
aber besser sortierst du absteigend nach I_d oder aufsteigend nach 
R_ds_on.

Mit deinen Temperaturangaben kann niemand was anfangen, weil die von der 
Einbausituation abhängen. Aber mit R_ds_on und I_d kannst du die 
Verlustleistung ja ausrechnen. Groß über 0.6W also bei 6A über 15mΩ 
darfst du nicht kommen. Wundere dich nicht, wenn dabei MOSFET mit 
zulässigen 50A im Suchergebnis auftauchen.

[Gerald B. (gerald_b)]

Du hast zwar das Datenblatt verlinkt, aber anscheinend nicht gelesen, 
oder kannst es nicht interpretieren. Wobei das Datenblatt teils in sich 
nicht schlüssig ist. Auf der 1. Seite steht Id 7A bei Ug 10V, dann gibt 
es ein Diagramm auf Seite 4 Bild 1 Output Charakteristiks.
Demnach bei Ugs 4,5V ca. 7A, bei Ugs 5V 10A
Entweder das Datenblatt ist ein Phantasieprodukt, oder du schaltest 
nicht schnell genug. Zeig uns doch mal die Ansteuerung vom Gate.

[Jens G. (jensig)]

Manuel N. schrieb:
> Meine N-MOSFETS werden nun jedoch nicht nur lauwarm sondern sehr heiss,
> weswegen ich nach einer geeigneten Alternative fragen wollte.

Kein Wunder, denn der Mosfet wird selbst bei 3A bei Dauerstrichbetrieb 
sehr heiß werden, denn mit einem 150mOhm-Mosfet (bei Ugs=4,5V und 25°C) 
würden dabei eher 2W frei werden. Und bei 6A (doppelter Strom) dann die 
4-fache Menge. Der ist also selbst für 3A eher nicht geeignet.
Der Mosfet sollte also eher einer mit einem Zehntel des Rds_on sein (es 
sei denn, was anderes spricht dagegen), so daß dann die Verlustleistung 
"gehundertelt" wird.

[H. H. (hhinz)]

Jens G. schrieb:
> Der Mosfet sollte also eher einer mit einem Zehntel des Rds_on sein (es
> sei denn, was anderes spricht dagegen), so daß dann die Verlustleistung
> "gehundertelt" wird.

Aua!

[H. H. (hhinz)]

Gerald B. schrieb:
> Entweder das Datenblatt ist ein Phantasieprodukt, oder du schaltest
> nicht schnell genug. Zeig uns doch mal die Ansteuerung vom Gate.

Naja, 20mA/5V, das klingt ja nach µC, ganz ohne Treiber.

[Jens G. (jensig)]

H. H. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Der Mosfet sollte also eher einer mit einem Zehntel des Rds_on sein (es
>> sei denn, was anderes spricht dagegen), so daß dann die Verlustleistung
>> "gehundertelt" wird.
>
> Aua!

Oja, beim nochmal Durchlesen tut es mir auch weh :-( Ich war da gerade 
irgendwie im Quadrier-Fieber ...
Bei der Leistung bleibt es also auch nur bei Faktor 10.

[Εrnst B. (ernst)]

H. H. schrieb:
> Naja, 20mA/5V, das klingt ja nach µC, ganz ohne Treiber.

So ein CMOS-µC-Ausgang kann das Gate aber mit wesentlich mehr Strom 
umladen, die 20mA aus den Datenblatt beziehen sich auf DC.
Umrechnung wäre Frequenz * Total Gate Charge.

[H. H. (hhinz)]

Εrnst B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Naja, 20mA/5V, das klingt ja nach µC, ganz ohne Treiber.
>
> So ein CMOS-µC-Ausgang kann das Gate aber mit wesentlich mehr Strom
> umladen, die 20mA aus den Datenblatt beziehen sich auf DC.
> Umrechnung wäre Frequenz * Total Gate Charge.

Nö, du hast den Crestfaktor vergessen.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Jens G. schrieb:
> Bei der Leistung bleibt es also auch nur bei Faktor 10.

$$P = I^2 \cdot R$$

[Jens G. (jensig)]

Dieter D. schrieb:
> P=I2⋅R P = I^2 \cdot R

Ja, und nu?

[Rainer W. (rawi)]

Gerald B. schrieb:
> Du hast zwar das Datenblatt verlinkt, aber anscheinend nicht gelesen,
> oder kannst es nicht interpretieren. Wobei das Datenblatt teils in sich
> nicht schlüssig ist. Auf der 1. Seite steht Id 7A bei Ug 10V, dann gibt
> es ein Diagramm auf Seite 4 Bild 1 Output Charakteristiks.
> Demnach bei Ugs 4,5V ca. 7A, bei Ugs 5V 10A

Du scheinst ähnliche Probleme zu haben. Du kannst garantierte und 
typische Werte nicht in einen Topf schmeißen. Schon gar nicht kannst du 
erwarten, dass sie gleich sind.

[Gerald B. (gerald_b)]

https://www.tme.eu/de/katalog/n-kanal-transistoren-smd_112826/?params=35:1599147,1622487;262:1441247,1441244&onlyInStock=1&productListOrderBy=1000014

Guck mal bei TME, der IPD90N03 ist der Billigste und gerade verfügbare 
FET im TO252 Gehäuse. 9 Milliohm im durchgesteuerten Zustand ist schon 
ne ganz andere Hausnummer :-)))
Kanalwiderstand und Sperrspannung stehen fertigungstechnisch direkt im 
umgekehrt proportionalen Zusammenhang. Wenn du die keine 100V 
Drainspannung brachst, dann nimm lieber einen mit 30 oder 40V, da sieht 
die Welt dann schon viel freundlicher aus.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Manuel N. schrieb:
> - Gate-Spannung beträgt 4,5V minimal und 5V optimal

Also wird ein Low-Level-Mosfet benötigt.

> - maximal möglicher Gate-Strom bei 4,5VGS: 20mA

Die Mosfet mit mehr Leistung haben in der Regel eine größere 
Gatekapazität und Millerladung und benötigen leistungsfähigere Treiber.

Gegebenenfalls muss dieser linearbetriebstauglich sein bei schwachen 
Treibern.

> - VDS muss mind. für 24V gemacht sein (also eher mind. 30V für Reserve
> und so)

Wegen Überschwinger beim Schalten sollte der Mosfet mindestens das 
doppelte der Betriebsspannung aushalten.

> - Temperatur falls möglich irgendwo im Rahmen von 60° unter volllast

Das kommt auch auf die Kühlflächen auf der Platine an und 
Schaltgeschwindigkeit durch die Treiber.

> - TO-252 Bauform ohne zusätzlichen schnick-schnack (wegen Drop-In
> replacement)

Wenn der Treiber durch eine Huckepackschaltung ergänzt werden kann, sehe 
ich zumindest Chancen dafür.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Michael B. schrieb:
> oder dein Gehäuse
> https://www.mouser.de/ProductDetail/Diodes-Incorporated/DMG4800LK3-13
Siehe Anhang!

Manuel N. schrieb:
> Meine N-MOSFETS werden nun jedoch nicht nur lauwarm sondern sehr heiss,

Das wundert niemanden, der das Datenblatt anschaut: 150mOhm RDSon des 
GT10N10 ergeben bei 6,5 Ampere über 6 Watt Verlustleistung.

Gerald B. schrieb:
> Du hast zwar das Datenblatt verlinkt, aber anscheinend nicht gelesen,
Du bist mit "Markierten Text zitieren" überfordert, um den Bezug zu 
erhalten!

Der von Bernd K. (bmk) verlinkte NVD5C668NL sieht doch mit seinen 10mOhm 
gut aus. Macht bei 6,5 Ampere ein knappes halbes Watt Abwärme.

Ich habe jetzt Abwärme mit 100% gerechnet, auf geringere Einschaltdauer 
getaktet wird es natürlich weniger.

Rainer W. schrieb:
> Du scheinst ähnliche Probleme zu haben. Du kannst garantierte und
> typische Werte nicht in einen Topf schmeißen.

Mal wieder ein typischer rawi-Beitrag: Liefert keinerlei sinnvollen 
Inhalt und klugscheißt nur gegen Inhalte anderer Poster.

Gerald B. schrieb:
> Guck mal bei TME, der IPD90N03 ist der Billigste und gerade verfügbare
> FET im TO252 Gehäuse. 9 Milliohm im durchgesteuerten Zustand ist schon
> ne ganz andere Hausnummer :-)))

Sieht gut aus, wie auch immer Ihr diese Typen findet.

> Kanalwiderstand und Sperrspannung stehen fertigungstechnisch direkt im
> umgekehrt proportionalen Zusammenhang. Wenn du keine 100V
> Drainspannung brachst, dann nimm lieber einen mit 30 oder 40V, da sieht
> die Welt dann schon viel freundlicher aus.

Ein guter Hinweis!

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Eigentlich bräuchtest Du einen Mosfet wie den IPD33CN10NGATMA1 aber mit 
niedrigerer Ugsth im Datenblatt.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Manfred P. schrieb:
> Gerald B. schrieb:
>> Guck mal bei TME, der IPD90N03 ist der Billigste und gerade verfügbare
>> FET im TO252 Gehäuse. 9 Milliohm im durchgesteuerten Zustand ist schon
>> ne ganz andere Hausnummer :-)))
>
> Sieht gut aus, wie auch immer Ihr diese Typen findet.

Ich habe mal in meine Bastelkiste geschaut und ein paar (PHP)55N03L 
gesehen. Die würden von den Daten her gerade so passen. Die habe ich 
IIRC mal von einem PC-Mainboard geerntet. Der vorgeschlagene 90N03 ist 
noch etwas "dicker" sprich niederohmiger.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Der NVD5C668NL würde gut passen, wenn der Treiber mehr Leistung 
aufbringen würde. Es könnte sonst trotz geringem On-Widerstand mit dem 
SOA eng werden.

[Alfred B. (alfred_b979)]

Dieter D. schrieb:
> Der NVD5C668NL würde gut passen, wenn der Treiber mehr Leistung
> aufbringen würde. Es könnte sonst trotz geringem On-Widerstand mit dem
> SOA eng werden.

Wie hast Du das berechnet / überschlagen?

[H. H. (hhinz)]

Alfred B. schrieb:
> Dieter D. schrieb:
>> Der NVD5C668NL würde gut passen, wenn der Treiber mehr Leistung
>> aufbringen würde. Es könnte sonst trotz geringem On-Widerstand mit dem
>> SOA eng werden.
>
> Wie hast Du das berechnet / überschlagen?

Er phantasiert doch nur, wie üblich.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Dieter D. schrieb:
> Der NVD5C668NL würde gut passen, wenn der Treiber mehr Leistung
> aufbringen würde.

Ach Quatsch. Bei gerade mal 1.5kHz kann ein 5V µC praktisch jeden 
LL-MOSFET treiben. Da gabs hier auch mal nen Thread zu. Der 
Ausgangswiderstand eines µC Gegentaktausgangs ist ca. 50Ω. Gerade 
richtig, damit der MOSFET nicht zu schnell (EMI) schaltet.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Alfred B. schrieb:
> Wie hast Du das berechnet / überschlagen?

Im Datenblatt nachgesehen und überschlagen. Natürlich unter der 
pessimistischen Annahme ungünstiger Verhältnisse, wie z.B. die 
Treiberstufe sei so schwach wie angeben und weitere, womit dann nicht 
mehr viele Reserven übrig wären.

Wenn das meine Platine wäre, würde ich auch zuerst den vorgeschlagenen 
Mosfet einbauen und ausprobieren. Wenn es funktioniert, nicht zu warm 
wird und nicht ausfällt, würde alles wieder zusammengebaut werden und so 
bleiben.

[H. H. (hhinz)]

Dieter D. schrieb:
> Alfred B. schrieb:
>> Wie hast Du das berechnet / überschlagen?
>
> Im Datenblatt nachgesehen und überschlagen. Natürlich unter der
> pessimistischen Annahme ungünstiger Verhältnisse, wie z.B. die
> Treiberstufe sei so schwach wie angeben und weitere, womit dann nicht
> mehr viele Reserven übrig wären.
>
> Wenn das meine Platine wäre, würde ich auch zuerst den vorgeschlagenen
> Mosfet einbauen und ausprobieren. Wenn es funktioniert, nicht zu warm
> wird und nicht ausfällt, würde alles wieder zusammengebaut werden und so
> bleiben.

https://www.youtube.com/watch?v=G5KAdYn0zP4