Hallo

Ich halte von den angegebenen Werten für den Drainstrom sowieso nicht viel. Das ist ein rein theoretischer Wert, den man erreichen könnte, wenn man alle Vorraussetzungen erfüllt, die im Datenblatt angeführt sind. Unter anderem steht da meißtens so was wie: T_j=25°C

bei 120A, ja genau! Da müsste man schon mit flüssigem Stickstoff kühlen.

Diesen Wert im Datenblatt kannst du also getrost überlesen. Entscheidend für das Überleben des MOSFETs ist die Sperrschichttemperatur. Wenn du einen MOSFET auswählst solltest darauf achten, dass er die Spannung aushält und einen möglichst geringen Einschaltwiderstand hat. Bei hohen Schaltfrequenzen ist auch die Gateladung wichtig, diese sollte möglichst gering sein, allerdings geht das oft auf Kosten des Einschaltwiderstandes.

Aus der Verlustleistung berechnet sich dann der nötige Kühlkörper. Sollte es sich trotz großem Kühlkörper nicht ausgehen, die Sperrschichttemperatur einzuhalten, so muss man ein anderes Gehäuse nehmen bzw. parallel schalten.

mfg Fritz

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Ich danke Euch für die erklärenden Antworten. Wieder konnte ich einiges lernen.

@Offroad GTI:
Ich habe GPBF Typen.

@ffeichtinger:
Na ja, die 120A brauche ich nicht. Ich plane ein Netzteil 0-60 Volt und max. 30A mit Sekundär-Schaltregler (ca. 30Khz) zu realisieren. Ich habe zwei gleiche Trafos mit je 27V und ca. 35-40A zur Verfügung. Die will ich sekundärseitig in Reihe schalten, so dass sich 54V ~ ergeben, die auf eine fette Graetz-Brücke (50A) gehen. An den vorhandenen Ladeelkos (68mF/100V) dürften sich ca. 75V = einstellen. Wenn ich von der Mosfet-Angabe Rds (on) 4.5 mOhm und einem Strom von 30A ausgehe, sollten über D/S nur 135mV abfallen. Das ergäbe eine Verlustleistung von lächerlichen 4.05W ?!?

Oder sind meine Überlegungen falsch, weil das hört sich für mich zu traumhaft an. Der Mosfet soll auf einen Kühlkörper mit Wärmewiderstand ca. 2.5 K/W, der könnte m.M. nach also kaum handwarm werden.

Und parallel kann man die Dinger (habe 5 Stk.) auch schalten? Einfach so, oder muss irgendetwas kompensiert werden?

Ich danke für Eure Hilfe, für mich ist das Mosfet-Thema noch recht neu.

Schnarchzappen

Zitat :

Das ergäbe eine Verlustleistung von lächerlichen 4.05W ?!?

So lächerlich finde ich das gar nicht. Außerdem darfst du die Schaltverluste nicht vergessen.

Wie ich schon erwähnte darf man wenn man schnell schalten will nicht nur auf den Einschaltwiderstand schauen. Wenn die Gatekapazität zu hoch ist brauchst du große Ströme um den Transistor schnell schalten zu können und einen entsprechend starken Treiber, der dann evtl. auch gekühlt werden muss.

Auch darf man den Wärmewiderstand vom Gehäuse zur Sperrschicht nicht vergessen, ebenso die Wärmeleitpaste sowie evtl. Isolierscheibe.

Grob geschätzt sollte es sich aber trotzdem ausgehen.

mfg Fritz

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Ja, nach einigem Experimentieren ist die Sache doch nicht sooo leicht, wie ich dachte.

Hatte den Mosfet mit ca. 16A belastet (zwei 12V 100W Halogenlampen) und der angegebene Kühlkörper (ca. 2.5 K/W, mit Leitpaste, ohne Glimmerscheibe) war nach etwa 15 Min. gefühlt 60 Grad warm. Meine vorgehenden Überlegungen müssen falsch sein, ich kann mir nicht vorstellen, dass 1.2W Verlustleistung über D/S diese Erwärmung schaffen kann. Nach Abkühlung hatte ich dann einen Strom von ca. 30A fliessen lassen (wie intelligent). Der Mosfet starb schnell, lautstark und gründlich.

Ich muss also noch lernen, nämlich das was ffeichtinger über Schaltverluste, Gatekapazität (hier ca. 9600pF) usw. ausgeführt hat.
Leider habe ich im I-Net noch nichts Begreifbares gefunden, doch das Netz weiss eigentlich alles, ich muss also noch weiter suchen !

Im Moment bin ich noch zu doof um auszurechnen, welcher Gatestrom bei 30Khz Schaltfrequenz und ca. 10nF Gatekapazität notwendig ist und wie ich die angesprochenen Schaltverluste berechnen kann. Deswegen werde ich zunächst eine Paralellschaltung bleiben lassen, da sich vermutlich der ges. Gatestrom durch Verdopplung der Gatekapazität erhöhen wird.

Und dann stellt sich noch ein EMV-Problem ein: Im benanten, geplanten Netzteil hatte ich zwei digitale Panel-Meter verbaut. Im Lastbetrieb zeigen die nun veränderte, falsche Werte an, besonders dann, wenn ich den Kühlkörper anfasse und so wohl Antenne spiele.

Trotzdem macht das Ganze Spass, meint
Schnarchzappen
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Zitat :

welcher Gatestrom bei 30Khz Schaltfrequenz und ca. 10nF Gatekapazität notwendig ist

Mindestens genau so wichtig wie die C_GS ist die (kleinere) C_GD aka Milllerkapazität.
Da liegt nämlich ein großer Spannungshub an, was einen prima Integrator ergibt ...

Für die Verlustleistungsermittlung nimmst du am besten einen Simulator und wählst die Zeitabschnitte so fein, dass auch die Signalflanken sauber aufgelöst werden.

Zitat :

Hatte den Mosfet mit ca. 16A belastet (zwei 12V 100W Halogenlampen) und der angegebene Kühlkörper (ca. 2.5 K/W, mit Leitpaste, ohne Glimmerscheibe) war nach etwa 15 Min. gefühlt 60 Grad warm.

War das jetzt nur der MOSFET und die Last in Reihe, mit dauernd eingeschaltetem MOSFET? Oder schon der Tiefsetzsteller?

Falls ersteres, so läuft Grundsätzlich irgendwas falsch: komplett falscher Kühlkörper, zu wenig Gatespannung,...

Im zweiten Fall würde ich schätzen, dass die Schaltverluste einfach zu hoch sind, weil die Gatekapazität nicht schnell genug umgeladen wird.


Als groben Anhaltspunkt sollte die Umschaltphase nicht länger als etwa 1% der Periodendauer betragen. Anhand dessen kannst du dir schon mal den notwendigen Gatstrom ausrechnen:

Q=C*U=I*t

Welchen Treiber verwendest du bzw. welchen willst du verwenden?

mfg Fritz

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Zitat :

Mindestens genau so wichtig wie die CGS ist die (kleinere) CGD aka Milllerkapazität.

Obendrein sind diese Kapazitäten nicht unbedingt linear. Wenn man aber den Wert 'Total Gate Charge' aus dem Datenblatt nimmt, sollte man auf der sicheren Seite sein.

Zitat :

Für die Verlustleistungsermittlung nimmst du am besten einen Simulator und wählst die Zeitabschnitte so fein, dass auch die Signalflanken sauber aufgelöst werden.

Schon, aber erst mal für den FET und den Treiber geeignete Modelle finden.

Ich bin dafür die Sache erst mal grob abzuschätzen, wenn's dann noch nicht klappt kann man immer noch simulieren.

mfg Fritz

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.Ich danke für Eure hilfreichen Reaktionen.

@Perl:
Du schmeisst mich jetzt völlig aus der Bahn. Ja, im Datenblatt vom IRFB4110 steht was von Miller-Charge, damit kann ich nun aber überhaupt nichts anfangen. Dein Tipp mit einem Simulator ist sicher prima, hatte ich auch versucht. Ich kann Multisim 11 nutzen, finde aber in der Bauteilbibliothek meinen Mosfet nicht.

@ffeichtinger:
Fritz, den Mosfet betreibe ich mit einem DC/DC Wandler. Diesen bekam ich defekt vor ca. einem halben Jahr von einem Bekannten (ist der Grund meiner abenteuerlichen Unternehmungen).
Hersteller, bzw. Schaltplan unbekannt, ist im Aussehen aber eigentlich gleich mit der Ibäh-Nummer 320690102442, Schottky-Diode und Mosfet waren defekt.

Beides (jetzt mit 100V) hatte ich jetzt ersetzt und lastfrei hatten sich 0-60V am Ausgang eingestellen lassen.
Ich habe jede Menge Profil-Kühlkörper 88/25 in 50mm Länge zur Verfügung, wobei auf einem der Mosfet montiert wurde. Diesen Kühlkörper fand ich unter http://www.vias.org/mikroelektronik/coolpack_profiles.html beschrieben mit seinen Wärmewiderstand.

Deine Formel zum Gatestrom gibt mir jetzt noch Rätsel auf, aber auch das wird sich lösen lassen.

Bis später
Schnarchzappen (Jochen)
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Zitat :

im Datenblatt vom IRFB4110 steht was von Miller-Charge, damit kann ich nun aber überhaupt nichts anfangen. Dein Tipp mit einem Simulator ist sicher prima, hatte ich auch versucht. Ich kann Multisim 11 nutzen, finde aber in der Bauteilbibliothek meinen Mosfet nicht.

Zu lesen oder google zu bedienen muss doch sehr schwer sein.

Zitat :

.SUBCKT irfb4110pbf 1 2 3 * SPICE3 MODEL WITH THERMAL RC NETWORK ************************************** * Model Generated by MODPEX * *Copyright(c) Symmetry Design Systems* * All Rights Reserved * * UNPUBLISHED LICENSED SOFTWARE * * Contains Proprietary Information * * Which is The Property of * * SYMMETRY OR ITS LICENSORS * *Commercial Use or Resale Restricted * * by Symmetry License Agreement * ************************************** * Model generated on Nov 8, 05 * MODEL FORMAT: SPICE3 * Symmetry POWER MOS Model (Version 1.0) * External Node Designations * Node 1 -> Drain * Node 2 -> Gate * Node 3 -> Source M1 9 7 8 8 MM L=100u W=100u .MODEL MM NMOS LEVEL=1 IS=1e-32 +VTO=3.85508 LAMBDA=0.037967 KP=966.823 +CGSO=9.6778e-05 CGDO=2.05931e-06 RS 8 3 0.00203062 D1 3 1 MD .MODEL MD D IS=2.72854e-08 RS=0.00134997 N=1.32089 BV=100 +IBV=0.00025 EG=1 XTI=2.64306 TT=1e-07 +CJO=7.76308e-09 VJ=0.5 M=0.636773 FC=0.1 RDS 3 1 1e+07 RD 9 1 0.0017134 RG 2 7 5.39883 D2 4 5 MD1 * Default values used in MD1: * RS=0 EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 * BV=infinite IBV=1mA .MODEL MD1 D IS=1e-32 N=50 +CJO=2.84653e-09 VJ=0.5 M=0.9 FC=1e-08 D3 0 5 MD2 * Default values used in MD2: * EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 CJO=0 * BV=infinite IBV=1mA .MODEL MD2 D IS=1e-10 N=0.401258 RS=3e-06 RL 5 10 1 FI2 7 9 VFI2 -1 VFI2 4 0 0 EV16 10 0 9 7 1 CAP 11 10 3.61144e-09 FI1 7 9 VFI1 -1 VFI1 11 6 0 RCAP 6 10 1 D4 0 6 MD3 * Default values used in MD3: * EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 CJO=0 * RS=0 BV=infinite IBV=1mA .MODEL MD3 D IS=1e-10 N=0.401258 .ENDS irfb4110pbf *SPICE Thermal Model Subcircuit .SUBCKT irfb4110pbft 3 0 R_RTHERM1 3 2 0.098762511 R_RTHERM2 2 1 0.2066697 R_RTHERM3 1 0 0.095104641 C_CTHERM1 3 0 0.001123908 C_CTHERM2 2 0 0.008433747 C_CTHERM3 1 0 0.129005272 .ENDS irfb4110pbft

Ich frage mich allerdings, weshalb immer wieder Anfänger versuchen so dicke Bretter zu bohren.
Das wird böse enden ...

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@perl:
Super und vielen Dank für das Modell, das habe ich gleich in Multisim übertragen und es verhält sich in ersten Simulationen recht realitätsnah.
Würdest Du mir evtl. verraten, woher man solche Spice-Modelle herbekommen kann ? Ich selbst kann diese noch nicht entwickeln.

Jetzt zu Deiner Frage, lieber Perl:

Zitat: >Ich frage mich allerdings, weshalb immer wieder Anfänger versuchen so dicke Bretter zu bohren.
Das wird böse enden ... <

Antwort (mit Gegenfragen):
Ich bin weit von Deinem elektronischen Bildungsstand entfernt, und ich gehe davon aus, dass Du beruflich mind. als Dipl.-Ing. oder höher (Dr./Prof.) qualifiziert bist. Also hast Du viel von der "Pieke auf" gelernt und darauf aufbauend weiteres, wertvolles Wissen dadurch begreifend sammeln können.

Ich hatte auch ein Studium absolviert und promoviert, allerdings in einer ganz anderen Fakultät. Aber schon seit Kindestagen bastele ich gerne elektrisch/elektronisches Zeugs und wenn es meine Zeit erlaubt, mache ich dies heute noch gerne. Als Funkamateur besitze ich übrigens seit etwa 30 Jahren die ehem. Klasse B-Lizens, welche die höchste ist.

Warum also sprichst Du von einem Anfänger ? Und ein Dünnbrettbohrer war ich noch nie.

Wie würde es Dir ergehen, wenn Dir jemand so einen DC/DC-Regler für 30A in die Hand drückt ? Würdest Du nicht auch mit dem Ding experimentieren und versuchen, hieraus ein leistungsfähiges Netzteil zu basteln, zumal zwei Ringkerntrafos mit jeweils etwa 1KVA (und der andere Kram) zur Verfügung stehen ?
Und wenn alles dann doch böse enden sollte, nun ja, ein kleines Teil (der Regler) mehr im Abfall, na und ?
Viel wichtiger ist doch m.M. die dabei gesammelte Erfahrung, oder ?

Herzlichst Schnarchzappen oder Jochen, bzw. umgekehrt.


P.S. Lesen und googeln kann ich schon, nur habe ich nicht immer die zündenden Suchworte parat.
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Zitat :

Würdest Du mir evtl. verraten, woher man solche Spice-Modelle herbekommen kann ?

Sicher.
Bei den Herstellern, in diesem Fall IRF, gibt es die.

Zitat :

Als Funkamateur besitze ich übrigens seit etwa 30 Jahren die ehem. Klasse B-Lizens,

Dann weißt du ja sicher auch um die fatale Wirkung von Zuleitungsinduktivitäten.
Bei Röhrenendstufen war das noch nicht so schlimm, weil alles viel hochohmiger war und die Ströme relativ gering, aber wenn man 50A in ein paar ns schalten will, kann man diese Induktivitäten nicht mehr vernachlässigen.
Von fehlerhafter Ansteuerung über wildes Schwingen, bis hin zum Tode des Transistors durch Überspannung ist da alles möglich. Die hohen Kapazitäten der MOSFETs machen die Situation nicht einfacher.

Zitat :

Würdest Du nicht auch mit dem Ding experimentieren und versuchen, hieraus ein leistungsfähiges Netzteil zu basteln

Nö.

@perl:

Ich weiß jetzt nicht, warum du Schnarchzappen auf die Simulations-Fährte führen willst. Ich glaube nicht, dass es sinnvoll ist sich mit der Simulation zu beschäftigen, wenn man noch mit den Grundlagen kämpft.

@Schnarchzappen:

Du hast also einen kapautten DC-DC-Wandler, den du wieder in Betrieb setzen willst, habe ich das richtig verstanden? Warum sagst du das erst jetzt?

In einer fertigen Schaltung kannst du nicht einfach irgendwelche Bauteile einsetzen, und hoffen, dass es funktioniert. Wenn du Bauteile ersetzt musst du schon darauf achten, dass sie in etwa mit den ursprünglichen zusammenpassen, sonst wird das nix.

Zitat :

Viel wichtiger ist doch m.M. die dabei gesammelte Erfahrung, oder ?

Das sehe ich auch so. Deshalb zurück zur Gatekapazität:

Das Gate eines MOSFET wirkt im Prinzip wie ein Kondensator gegen Source und gegen Drain. Um den MOSFET ein- bzw. aus- zu schalten müssen diese Kapazitäten geladen bzw. entladen werden, damit dies in angemessener Zeit passiert braucht es Strom.

Die G-S-Kapazität ist eigentlich trivial und nichts besonderes.

Die Kapazität zwischen Gate und Drain ist die sogenannte Miller-Kapazität und ist besonders 'heimtückisch'. Betrachten wir mal das Einschalten eines Transistors genauer:

Zunächst fließt keine Drain-Strom d.h. die Spannung zwischen Drain und Source ist unter Umständen recht hoch.

Nun wird Ladung ins Gate eingebracht und die D-S-Strecke beginnt zu leiten, Drain-Strom beginnt zu fließen und die D-S-Spannung sinkt.

Da aber das D-Potential gegenüber Source und Gate sinkt wird über die Millerkapazit die Spannung am Gate wieder abgesenkt (vereinfacht gesprochen). An einem Kondensator gilt ja im ersten Augenblick, dass die Spannung erhalten bleibt. Wenn also die D-Spannung sinkt, muss auch die G-Spannung sinken. Die Millerkapazität arbeitet also entgegen dem Einschaltvorgang, es muss also zusätzlich die Ladung der Millerkapazität überwunden werden, diese ist um so größer, je höher die Drain-Spannung ist.

Das war die (meine) Erklärung zum Miller-Effekt, perl möge mich bitte korrigieren, falls ich Unsinn verzapfe.


Gott sei Dank kommen uns die Bauteilentwickler aber sehr entgegen, denn sie ersparen uns (teilweise) die genaue Berechnung mit der Millerkapazität usw. und geben einfach eine 'Total Gate Charge' für bestimmte Testfälle an.

Falls der geforderte Betrieb etwa dem im Datenblatt angebenen entspricht, so kann man ganz gut mit diesem Wert rechnen und muss sich um die anderen Details nicht scheren. Trotzdem schadet es nicht zu wissen was im Detail vor sich geht.

Diese Gate-Ladung will also in einer gewissen Zeit ins Gate geschoben werden, dazu benutzen wir einfach die Gleichung:
Q=I*t
Die Ladung Q ergibt sich aus einem Strom I, der in der Zeit t in die Kapazität fließt.

Bei deinem Transistor ist die Gateladung etwa 150nC. Wenn du ihn mit 30kHz schalten willst und etwa 1% der Periodendauer zum Umladen benötigst so brauchst du dafür einen Strom von

I=Q/t=150nC*30kHz/1%=0.45A

Also etwa ein halbes Ampere. Aber: das ist eine sehr optimistische Schätzung die Umschaltzeit sollte besser noch kürzer sein und falls die Drainspannung doch höher ist so wird auch die Gateladung größer.

Der Treiber sollte also besser 1A oder mehr liefern können.

Versuche doch mal einen Schalplan aus der Platine zu rekonstruieren und schreibe auch dazu wie die Bauteile heißen (vor allem Treiber und ehemaliger MOSFET)

mfg Fritz

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Zitat :

Ich weiß jetzt nicht, warum du Schnarchzappen auf die Simulations-Fährte führen willst.

Ich habe damit nicht angefangen. Du schriebest:

Zitat :

Außerdem darfst du die Schaltverluste nicht vergessen.

Wie willst du die denn halbwegs zutreffend ermitteln, außer mit Messzeug für €€€€ - oder dem Simulator?