Hochleistungsmosfets, Wärmeabfuhr und Stromdichte

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Autor
Hochleistungsmosfets, Wärmeabfuhr und Stromdichte

    







BID = 942442

:andi:

Inventar



Beiträge: 3205
Wohnort: Bayern
 

  


Mit Erstaunen bin ich über das Datenblatt des STH180N10F3-2 gestolpert.
http://www.st.com/web/en/resource/t.....2.pdf

Es ist ein Mosfet (180A dauer, 700A peak) im H2pak-2 Gehäuse.
Sieht aus wie ein TO-220 mit abgesägter Lasche und als SMD.
Ähnliche Mosfets gibts auch in der bekannten TO-220.

Ich frage mich zum einen, wie die Anschlussbeinchen mit geschätzten 0,75mm² überhaupt 180A aushalten ohne Sicherung zu spielen, und wie die Lötpads das aushalten.

Zum Anderen, wie man die genannte thermische Verlustleistung von 350W auf 7x8mm SMD-Lötfläche abführen soll, und wohin dann damit ohne das Ding gleich abzulöten.

Wer hat schon mit solchen Monstern gearbeitet? Wo werden die eingesetzt?

_________________
"Gestern gings noch, da kann net viel sein"


[ Diese Nachricht wurde geändert von: :andi: am 31 Okt 2014 15:12 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: :andi: am 31 Okt 2014 15:13 ]

BID = 942444

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17434

 

  

bei 0,0045 Ohm und 180A sind das rund 150 W Verlustleistung und diese muss über die Platine abgeleitet werden! Je größer die Fläche umso besser ist die Wärmeabgabe. Auch wenn das Teil als SMD ausgeführt ist muss die Wärme weg und das geht nur über entsprechende Kühlflächen.

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Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 942445

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12743
Wohnort: Cottbus

Die kleinen Kästchen oben auf den Datenblättern sind nur Augenwischerei.
Dort werden sehr oft die Ströme angegeben, die der nackte MOSFET-Chip schalten kann, wenn man ihn auf 25°C hält. Bei jedem Kelvin mehr, sinkt die Belastbarkeit.
So auch hier, siehe Fußnote:
Zitat :
1. Current limited by package


Mal kurz die Verlustleistung bei 180A berechnen:
Und die musst du erst mal irgendwie von dem Chip runter bekommen. Mit Gehäuse ist dies nicht möglich, daher der Hinweis, dass dieser Strom vom Gehäuse limitiert wird.
Aber auch ohne Gehäuse wird es schwer genug sein, diese Energie abzuführen.

In einigen Datenblättern ist es etwas expliziter dargestellt, wie bspw beim IRFP2907
Der wird mit ID=209A beworben. Guckst du dir aber mal Seite 5 des Datenblattes an, kommt die Wahrheit ans Licht.


_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 31 Okt 2014 15:34 ]

BID = 942448

Ltof

Inventar



Beiträge: 9334
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Offroad GTI hat am 31 Okt 2014 15:29 geschrieben :

... wenn man ihn auf 25°C hält. Bei jedem Kelvin mehr, sinkt die Belastbarkeit. ...

Das nennt sich "derating" und ist auch angegeben: "2,1W/°C".

Die anderen Werte sind isolierte Spitzenwerte, die jedoch nicht in Kombination auftreten dürfen.

Mit dem IRFP2907 habe ich schon gespielt und ihm klaglos Pulsströme von ~600 A entlocken können. Die anderen Betriebsparameter waren dafür sehr moderat. Bei dem beteiligten Pufferelko sind mir die Anschlüsse weggeglüht...

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

BID = 942484

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Ich frage mich zum einen, wie die Anschlussbeinchen mit geschätzten 0,75mm² überhaupt 180A aushalten ohne Sicherung zu spielen, und wie die Lötpads das aushalten.
Der Querschnitt der Anschlüsse ist sogar kleiner, trotzdem ist das halb so wild.
Kritisch ist ohnehin nur das Source-Bein, da Drain über die große Kupferfläche des Gehäuses angeschlossen wird.
Wenn du dir die Maßzeichnungen anschaust, findest du für den Source Anschluss einen Mindestquerschnitt von 0,5mm x 0,78mm = 0,4mm², die Länge bis zur kühlenden und Strom entlastenden Platine beträgt sicherlich weniger als 5mm.

Damit ergibt sich für Kupfer ein Widerstand von höchstens 35µOhm.
Bei 200A ergibt das eine Wärmeleistung von 1,4W und erfahrungsgemäß reicht das nicht zum Löten eines derartigen Anschlusses.

Was die Platine angeht, so gibt es auch deutlich dickere Kupferbeschichtungen als die üblicher Weise verwendeten 35µm, und wenn das noch nicht reicht, werden auch schon Mal solide Kupferstreifen aufgelötet.

BID = 942486

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12743
Wohnort: Cottbus


Zitat :
und wenn das noch nicht reicht, werden auch schon Mal solide Kupferstreifen aufgelötet.
Oder eingebettet




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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 943615

:andi:

Inventar



Beiträge: 3205
Wohnort: Bayern

Eure Ausführungen machen Sinn und das Derating habe ich nachher auch gesehen.
Ich konnte mir nur schwer vorstellen, dass auch kleinere Leistungen auf Platinen (jetzt mal ohne dicke Kupfereinlagen wie im Link) wirklich abgeführt werden können, und derartige Ströme über die kleine Sourcebein-Lötstelle wirklich heil drüberkommen.

Perl, ich weiß nicht welche Länge du angesetzt hast. Bei 5mm Länge und 180A und 0,4mm² komme ich auf 40mV Spannungsfall. Das sind immerhin 7W nur auf dem Sourcebein.

Ich hab mal einen Autoverstärker repariert wo im Netzteil 40A über TO220 geschaltet wurden und hab mich damals schon gewundert wie das geht.

Aber irgendwie ist die Bezeichnung der Teile mit solchen Strömen dann schon die "Chinesische Watt" Methode, oder?
Das sind ja dann ideale Theoriewerte, mit denen da geworben wird. Ich dachte bei Halbleitern macht man realistische Angaben
_________________
"Gestern gings noch, da kann net viel sein"



[ Diese Nachricht wurde geändert von: :andi: am 13 Nov 2014 12:41 ]

BID = 943620

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Perl, ich weiß nicht welche Länge du angesetzt hast. Bei 5mm Länge und 180A und 0,4mm² komme ich auf 40mV Spannungsfall. Das sind immerhin 7W nur auf dem Sourcebein.
Du hast Recht.
Dieses Mal ist mir wohl irgendwo eine Null vom Tisch gepurzelt.


Zitat :
Das sind ja dann ideale Theoriewerte, mit denen da geworben wird.

Die Grenzwerte sind meist ohnehin nur akademischer Natur, denn sie sind i.d.R. auf eine Gehäusetemperatur (nicht Kühlkörpertemperatur!) von 25°C bezogen, und wer schafft das schon?
Zur Messung hat man schon zu Zeiten des 2N3055 ein feines Loch in den Montageflansch des Transistors gebohrt und dort ein Thermoelement eingeführt.


Zitat :
Ich dachte bei Halbleitern macht man realistische Angaben
Diese Werte findest du gewöhnlich etwas später im Datenblatt unter "Operation Conditions".
Auch die vielen Kurven, die man in manchen Datenblättern findet, dienen meist nur zur Orientierung und beschreiben keine garantierten Eigenschaften.
Die wirklichen garantierten und in der Fertigung kontrollierten Eigenschaften sind meist nur in erstaunlich wenigen Eckwerten niedergelegt.



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