Hallo, ich habe einen Mosfet mit rDSon = 50 mΩ, welcher mit dem Strom I,rms = 1.897A [I,avg. = 2A] durchflossen wird. Der Strom ist rechteckförmig mit 2/5 der Zeit auf 3A Spitzenwert und dann die restlichen 3/5 der Zeit null Ampere. rms... Efeektivwert avg... Mittelwert Ich will von diesem die Verluste bestimmen. Dazu gibt es ja die Formel P= rDSon * I,rms^2 = 50mΩ * 1.897A = 0.094 W Ich will nun aber auch die Body-Diode des Mosfets berücksichtigen. Diese hat. Vdf = 1.1V und Rdf = 30mΩ. P_BodyDiode = Vdf * I,avg + Rdf * I,rms^2 Kann ich hier den Selben Strom verwenden, weil die Body-Diode leitet ja rückwärts Strom?
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Jantscher schrieb: > Ich will nun aber auch die Body-Diode des Mosfets berücksichtigen. Zeig doch mal die Schaltung, bei der die Bodydiode leitet und ihre Verluste relevant sind. > Ich will von diesem die Verluste bestimmen. > Dazu gibt es ja die Formel P= rDSon * I,rms^2 = 50mΩ * 1.897A = 0.094 W Das ist eine rein statische Betrachtung. Wenn du von einem "rechteckförmigen Strom" sprichst, dann musst du wohl noich die Schaltverluste berücksichtigen. BTW: du musst da nicht mit pseudogenauen Zahlen auf das Promille genau rechnen, weil schon die 50mOhm nur ein Schätzwert sind.
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Jantscher schrieb: > Dazu gibt es ja z.B. LTspice. Wie Lothar bereits sagte, sind die Schaltverluste ein wesenticher Faktor und der RDSon ist nur ein Schätzwert. Jantscher schrieb: > die Body-Diode leitet ja > rückwärts Strom? Rückwärts?
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Lothar M. schrieb: > Zeig doch mal die Schaltung, bei der die Bodydiode leitet und ihre > Verluste relevant sind. Zum Beispiel bei einem Tiefsetzsteller, welchen man mit 2 Schaltern realisiert. siehe bitte Anhang. Die Body Diode ist beim Mosfet angedeutet.
Jantscher schrieb: > siehe bitte Anhang. T1 ist falsch. Und die Bodydioden müssen nicht nennenswert Strom tragen.
Jantscher schrieb: > Tiefsetzsteller, welchen man mit 2 Schaltern > realisiert. Buck mit Synchrongleichrichtung. Hör mal mit dem bescheuerten Beamtendeutsch auf. Da rollen sich ja die Zehnägel auf. Synchrongleichrichtung macht man ja gerade weil die Dioden NICHT leiten sollen. Und so wie T1 eingezeichnet ist, wird das nix.
Jantscher schrieb: > Hallo, ich habe einen Mosfet mit rDSon = 50 mΩ, welcher mit dem Strom > I,rms = 1.897A [I,avg. = 2A] durchflossen wird. > Der Strom ist rechteckförmig mit 2/5 der Zeit auf 3A Spitzenwert und > dann die restlichen 3/5 der Zeit null Ampere. Macht 3A x 3A x 0.05 R = 0.45W in 2/5 der Zeit. Jantscher schrieb: > Ich will nun aber auch die Body-Diode des Mosfets berücksichtigen. Diese > hat. Vdf = 1.1V und Rdf = 30mΩ. Macht 3A x 1.1A = 3.3W in 3/5 der Zeit, die 30mOhm habe ich mal unterschlagen, die werden in den 1.1V drin sein. 3.3 x 3/5 + 0.45 x 2/5 = 2.16W. Dazu kommen Umschaltverluste, die davon abhängen wie oft pro Sekunde wie schnell geschaltet wird.
Jantscher schrieb: > Hallo, ich habe einen Mosfet mit rDSon = 50 mΩ, welcher mit dem Strom > I,rms = 1.897A [I,avg. = 2A] durchflossen wird. > Der Strom ist rechteckförmig mit 2/5 der Zeit auf 3A Spitzenwert und > dann die restlichen 3/5 der Zeit null Ampere. > > rms... Efeektivwert > avg... Mittelwert > > Ich will von diesem die Verluste bestimmen. > Dazu gibt es ja die Formel P= rDSon * I,rms^2 = 50mΩ * 1.897A = 0.094 W > > Ich will nun aber auch die Body-Diode des Mosfets berücksichtigen. Diese > hat. Vdf = 1.1V und Rdf = 30mΩ. > P_BodyDiode = Vdf * I,avg + Rdf * I,rms^2 > > Kann ich hier den Selben Strom verwenden, weil die Body-Diode leitet ja > rückwärts Strom? Genau für diese Fragen wurde LTspice entwickelt. Es ist kostenlos. mfg Klaus
Michael B. schrieb: >> Ich will nun aber auch die Body-Diode des Mosfets berücksichtigen. Diese >> hat. Vdf = 1.1V und Rdf = 30mΩ. > > Macht 3A x 1.1A = 3.3W in 3/5 der Zeit, die 30mOhm habe ich mal > unterschlagen, die werden in den 1.1V drin sein. Vielen Dank für die hilfreiche Antwort! Aber während genau dieser Zeit sperrt der MOSFET doch den Strom. Sperrt sozusagen nur der "Hauptleitzweig des MOSFETs" und die intrinsische Body-Diode kann man nicht absperren, und dann fließt da dennoch der volle Strom durch?
Jantscher schrieb: > und die intrinsische Body-Diode kann man nicht absperren, und dann > fließt da dennoch der volle Strom durch? Ja.
Jantscher schrieb: > dann fließt da dennoch der volle Strom durch? Na ja, du hast gemeint fa fliesst der Strom durch. Ich wüsste nicht, wie die Gesamtschsltung dazu aussieht die Body-Diode ist klassischerweise keine Freilaufdiode und in der Vollbrücke leitet nur der gegenüberliegende MOSFET seine Body-Diode
Jantscher schrieb: > die intrinsische Body-Diode kann man nicht absperren, und dann fließt > da dennoch der volle Strom durch? Wo soll denn da wann ein Strom durchfließen? > Zum Beispiel bei einem Tiefsetzsteller, welchen man mit 2 Schaltern > realisiert. siehe bitte Anhang. Das ist ein synchroner Buck-Wandler. In der Freilaufphase dieses Buck-Wandlers fließt Strom durch die Diode vom T2, wenn nicht schlauerweise der T2 auf Durchgang geschaltet wird. Denn nur das ist der Zweck dieses Mosfets bei einem synchronen Buck-Regler. Wenn du den T2 nicht ansteuerst dann kannst du da auch gleich eine normale Diode einbauen...
Lothar M. schrieb: > Wenn du den T2 nicht ansteuerst dann kannst du da auch gleich eine > normale Diode einbauen... Naja, nicht einfach nur eine normale Diode. Sollte schon ein bißchen flotter sein ...
Lothar M. schrieb: > In der Freilaufphase dieses Buck-Wandlers fließt Strom durch die Diode > vom T2, wenn nicht schlauerweise der T2 auf Durchgang geschaltet wird. > Denn nur das ist der Zweck dieses Mosfets bei einem synchronen > Buck-Regler. In der Freilaufphase fließt also der volle Strom durch die Body Diode des Mosfets T2. Muss man dann die Verluste dieses MOSFETs nur über die Body Diode berücksichtigen? Also Verluste in der Freilaufphase: P_freilauf = Vdf*I,avg + Rdf * I,rms^2 P_Mosfet(ausgenommen Body Diode) = rDson * I,rms^2 = 0 (weil alles über Body Diode dieses Mosfets fließt)?
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Ich habe nochmal ein Beispiel mit konkreten Zahlenwerten herausgesucht. Wie würde ich hier die Verluste der Body-Diode berechnen? Beispiel kommt aus einem Skriptum und habe ich abgezeichnet.
Offenkundig fliessen die Ströme über VERSCHIEDENE MOSFETs, also darf man ihre Verlustleistungen nicht addieren. Es bietet sich Synchrongleichrichtung an.
Von ganz oben:
> I,rms = 1.897A [I,avg. = 2A]
Kommt auch nicht oft vor. ;-)
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Jantscher schrieb: >> In der Freilaufphase dieses Buck-Wandlers fließt Strom durch die Diode >> vom T2, wenn nicht schlauerweise der T2 auf Durchgang geschaltet wird. >> Denn nur das ist der Zweck dieses Mosfets bei einem synchronen >> Buck-Regler. > > In der Freilaufphase fließt also der volle Strom durch die Body Diode > des Mosfets T2. Nein In einer idealen Welt fließt der Strom in der Freilaufphase über den Kanal des dann durchgeschalteten MOSFET T2. Allerdings leben wir nicht in einer idealen Welt. MOSFET schalten nicht in Nullzeit und auch die Ansteuerung liefert die Impulse nicht perfekt. Ja, es wird sogar eine "Totzeit" eingeplant, damit ja nicht der Fall eintritt, daß beide MOSFET gleichzeitig durchschalten (shoot through). Zumindest in dieser Totzeit muß also die Bodydiode den Strom übernehmen.
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Axel S. schrieb: > *Nein* > > In einer idealen Welt fließt der Strom in der Freilaufphase über den > Kanal des dann durchgeschalteten MOSFET T2. Allerdings leben wir nicht > in einer idealen Welt. MOSFET schalten nicht in Nullzeit und auch die > Ansteuerung liefert die Impulse nicht perfekt. > > Ja, es wird sogar eine "Totzeit" eingeplant, damit ja nicht der Fall > eintritt, daß beide MOSFET gleichzeitig durchschalten (shoot through). > Zumindest in dieser Totzeit muß also die Bodydiode den Strom übernehmen. Okey also ist die Body-Diode nur in der Zeit relevant in welcher der Mosfet T1 schon "ausgeschalten" ist, aber der Mosfet T2 "noch nicht eingeschalten" ist. Also in dieser "relativ kurzen Zeit" fließt der Strom über die Body-Diode des T2 und zwar solange bis der MOSFET T2 in den leitenden Zusatnd übergegangen ist. Dann wenn der MOSFET T2 leitet, fließt wieder kein Strom über die Body Diode und alles über den MOSFET T2. Hab ich das so richtig verstanden? Gibt es eine Formel um diese Totzeit abzuschätzen? Die Frequenz der Schaltung ist 50 kHz.
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Jantscher schrieb: > Gibt es eine Formel um diese Totzeit abzuschätzen? Wenn man verstanden hat was da passiert... Die kombinierte Gate Kapazität, das Miller Plateau, der Gate Vorwiderstand... Die Flanke wird nicht linear durchfahren, der RDSon verändert sich nicht linear. All das hast Du nicht. Der Strom ist schon falsch, weil der stark rippelt, je nach Induktivität und Ansteuerzeiten. Im Einschaltmoment von T1 ist der Strom durch L kleiner als im Ausschaltmoment. Das komplette Timing ist nahezu unbekannt, ebenso die verwendeten Bauteile. Und genau deswegen setzt man für sowas eine Simulation mit den Spice Modellen der beteiligten Bauteile auf. Weil es eben nicht mal eben so auf Papier zu rechnen ist. K.A. was die Intension der Aufgabe war, aber der Sinn ist irgendwo beim abschreiben verloren gegangen.
Jantscher schrieb: > Hab ich das so richtig verstanden? Ja. > Gibt es eine Formel um diese Totzeit abzuschätzen? Die Frequenz der > Schaltung ist 50 kHz. Nein. Die Totzeit hängt von der Steuerung ab und über die wissen wir nichts. Im Prinzip wird man sie möglichst klein wählen, um die Verluste zu minimieren (Synchrongleichrichtung macht man nur deswegen). Kleine Stepdown Controller wie der TPS51225 haben 12 bzw. 20ns. Mit größeren MOSFET braucht man entsprechend mehr. https://www.google.com/search?q=dead+time+synchronous+buck Aber bei der Rechnung nach dem Skript hilft dir das nicht. Ich würde da einfach brutal eine ideale Ansteuerung annehmen, also deadtime=0. Die Body-Diode wäre dann arbeitslos.
Jens G. schrieb: > Lothar M. schrieb: >> Wenn du den T2 nicht ansteuerst dann kannst du da auch gleich eine >> normale Diode einbauen... > > Naja, nicht einfach nur eine normale Diode. Sollte schon ein bißchen > flotter sein ... Normalerweise steht dort eine Schottky-Diode. https://techweb.rohm.com/product/power-ic/dcdc/2200/ https://www.eeweb.com/step-down-converter-controller/
Vielen Dank Axel S. Das Skriptum ist eher ein Anfängerskriptum und die nehmen anscheinend immer 500 ns als Totzeiteit. Nehmen wir auch an es sind 500ns. Dann fließt für 500ns in der Body Diode vom T2 der Strom der Induktivität durch. Vernachlässigen wir mal den Stromrippel der durch die Induktivität entsteht, dann müssten dies Iout = 3A / 0.4 = 7.5A für die 500ns sein. T=1/f = 1/50kHz = 20 us. Also ist 500ns = T/40 Dann ist der Effektivwert von den 7.5A für 500ns -> I,rms = sqrt(1/40) * 7.5A = 1.18 A und der Mittelwert 0.1875 A Also sind dann die abgeschätzten Verluste für die Body Diode des T2 : P_Body_T2 = 1.1 V * 0.1875A + 20mΩ * (1.18A)^2 = 0.234W Ist das als ungefähre Abschätzung sinnvoll?
Jantscher schrieb: > Dann ist der Effektivwert .... Wenn da 3A für 500ns durch die Bodydiode mit einem Spannungsabfall von 1.1W anfallen, dann währen dieser Zeit entsteht da eine Heizleistung von 3,3W. Weil sich danach eine heizungslose Ruhepause mit 20µs findet, ist der arithmetische Mittelwert der in der Diode anfallenden Leistung 3,3W*0,5µs/20µs = 82,5mW. > Ist das als ungefähre Abschätzung sinnvoll? Nein, denn du rechnest da irgendwelche quadratischen Effektivwerte her, die du viel leichter gleich als Leistung mit simplen aritmetischen Mittelwerten berechen kannst. Denn der Effektivwert ist im Grunde nichts anderes als die Berechnung des aritmetischen Mittelwerts einer Leistung. Georg M. schrieb: > Normalerweise steht dort eine Schottky-Diode. Ja, weiß ich. Aber eben eine "normale" Schottkydiode und keine Bulkschottkydiode.
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Georg M. schrieb: > Normalerweise steht dort eine Schottky-Diode. Nur wenn man keine Synchrongleichrichtung macht, der Effizienz zuliebe. Jantscher schrieb: > Ist das als ungefähre Abschätzung sinnvoll? Nehme noch mehr an und ignoriere weiter die Schaltverluste und Du kannst auch einfach den feuchten Finger in die Luft halten und einen Wert raten. Schaltverluste machen gerne mal mehr als 50% der Gesamtverluste aus.
Michael schrieb: > ignoriere weiter die Schaltverluste Nochmal drüber nachdenken: beim T2 sind die Schaltverluste tatsächlich nicht so arg interessant, weil der Spannungabfall über diesem Mosfet im Freilauffall nie höher als 1,1V sein kann. Die Verluste sind dort am höchsten, wenn im Freilauf gar nicht geschaltet wird. Und deshalb hat man den Mosfet da parallel zur Diode geschaltet.
Lothar M. schrieb: > beim T2 sind die Schaltverluste tatsächlich > nicht so arg interessant In Zusammenhang mit der Body Diode während der Totzeit aber auch nicht vernachlässigbar. OHNE Totzeit hat man Crossconduction. Beim T1 sind die auch nicht unerheblich. Ich weiß wie gesagt nicht was der TO da vom Script abgepaust hat, aber die Aufgabenstellung kann bei den dürftigen Daten nicht gewesen sein die realistische Verlustleitung zu berechnen. 'Calculate the losses' bedeutet so ohne Einschränkung auch die Verluste der Induktivität, Da fehlen Informationen zur Aufgabe.
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