MOSFET oder Bipolar für Längsregler

[steg14]

Welche Transistoren würdet ihr verwenden (für Labornetzgerät)?
Pv=214W
Der verwendete Kühlkörper hat 0,3 K/W
R_th_j_c TIP 142 = 1 K/W => 4 Parallel = 0,25 K/W => T = 138 °C
R_th_j_c IRF1404 = 0,5 K/W => 2 Parallel = 0,25 K/W => T = 138 °C
R_th_j_c IGBT-Modul = 0,2 K/W => nur einer => T = 126 °C

Mit dem Parallelschalten von MOSFETs im ohmschen Bereich habe ich keine Erfahrung. Geht das mit einen Sourcewiderstand von 0,22 ohm?

[BASTIUniversal]

Hi!
Den Widerstand brauchst du nur bei Bipolar-Transistoren, aber meines Wissens nach nicht bei FET's. Die Verlustleistung verteilt sich bei den FET's gleichmäßig, bei deinen Bipolaren Transistoren jedoch bekommt der wärmste immer mehr Last ab (Zitat: "Wärme ist wie zusätzlicher Basisstrom").

Wart aber lieber noch andere Meinungen ab...ich hab in dem Bereich noch keine Praktische Erfahrung ;-)

MfG

[shaun]

Ach mein Posting wird ignoriert? Naja bin ja geduldig.
Also: MOSFETs lassen sich nur in Schaltanwendungen einfach so parallel schalten, im Linearbetrieb sind die Dinger viel zu nichtlinear. Das kann, muss aber nicht gut gehen, und selbst wenn man mehrere bei bestimmten Strömen bzw Spannungen auf ID=f(UGS) selektiert, heisst das noch lange nicht, dass sie sich bei anderen Strömen, DS-Spannungen oder Temperaturen auch daran halten. Dasselbe gilt für IGBT-Module, in denen mehrere IGBT-Chips parallel geschaltet sind.

Was die Temperaturen angeht: willst Du den KK auf Kollektor- bzw Drainpotenzial fahren und dann komplett gegen das Gehäuse isolieren oder hast Du die Iso-Scheiben einfach nur vergessen? Also nochmal mit Iso-Scheiben und Schritt für Schritt:

T(kk)=214W*0,3K/W=64,2K über T(a)
bei 4 Transis a 1K/W + 0,2K/W für Iso: T(j)=64,2K über T(kk)
macht also muntere 128K über Raumtemperatur, bei allem über -3 Grad bist Du also weit von der sicheren Seite entfernt.
Ausgehend davon, dass sich der Strom im IGBT-Modul sehr ungleichmäßig verteilen wird, lasse ich das mal aus, die Temperatur ist so oder so zu hoch.

Mein Tipp: nimm die TIPs, aber mindestens 6 Stück. Abser selbst damit kommst Du noch auf 107K über Umgebung, also solltest Du über einen Trafo mit umschaltbarer Sekundärspannung nachdenken oder einen Lüfter an den Kühlkörper setzen.

[steg14]

@shaun
Dein Posting wird nicht ignoriert.
Ich wollte erstens einen eigenen Thread haben, weils sonst beim suchen keiner findet. (ich mag es nicht wenn innerhalb eines Beitrags das Thema gewechselt wird).
Und zweitens eine zweite Meinung. Beim googeln habe ich einige Seiten gefunden, wo behauptet wird MOSFETs kann man bedenkenlos parallelschalten.

Ich will die Transistoren nicht isolieren. Der Kühlkörper sitzt isoliert im Gehäuse mit Lüfter. Wie im ELV-Netzteil.

Das mit den IGBTs verstehe ich nicht. Ich muss mich doch auf die Angaben im Datenblatt verlassen könnnen
http://www.stegem.de/Elektronik/BSM75GB120DN2.pdf
da werden 625W angegeben. Warum soll er dann keine 215W aushalten?

Eine Trafoumschaltung habe ich schon vorgesehen.
http://www.stegem.de/Elektronik/Labornetzgeraet/

Ich wehre mich ja nicht dagegen ganz viele Tips parallel zu schalten, wenn nötig baue ich noch ne Wasserkühlung ein und heize meinen Pool damit. Aber ich will doch verstehen wie man richtig dimensioniert

[shaun]

Wo wird behauptet, dass man MOSFETs mit geringem RDSon (wie Du sie vorschlägst - solche, die für Schaltaufgaben optimiert sind) in linearen Anwendungen parallel schalten kann? Da hätte ich gerne mal ein paar Links. Dass die fetten Lasten von Agilent vor jedem einzelnen ihrer zig MOSFETs einen schnellen Regler haben, die für jeden MOSFET einzeln den Strom regeln kann doch kein Zufall sein...?!
Dass die dicken IGBTs 625W aushalten müssen hat einen einfachen Grund: so ein IGBT hat in Sättigung 2-3V VCEs, wenn da 100A drüber fliessen, sind das schon mal Leitungsverluste in Höhe von 300W, dazu dann noch die Schaltverluste. Diese Dinger werden nicht für Längsregler gebaut!
In MOSFET-Verstärkern hat man vielfach MOSFETs parallel geschaltet, aber immer unter der Voraussetzung, dass deren Kennlinien das auch zulassen. Die alten 2SK135 von Hitachi waren zB speziell für Linearanwendungen designt.
Ich bestreite nicht, dass es funktionieren kann, aber es kann auch genau so gut abbrennen, weil unter bestimmten Bedingungen ein MOSFET alleine die gesamte Last trägt. Allein die Streuung der VGSth ist dermaßen groß auch innerhalb einer Charge dass es gar nicht sein kann, dass sich der Strom ohne zusätzliche Maßnahmen vernünftig aufteilt. Ich habe mal eine halbe Stange IRFP250 vermessen, diese waren mit 1 Ohm Sourcewiderständen parallel geschaltet und es wurde der Ausgangsstrom konstant auf 5A gehalten (einfacher Regler mit OPV). Die Hälfte hat den halben Strom getragen, einer alleine die andere Hälfte des Stromes und der Rest war beinahe stromlos.

[steg14]

Wo wird behauptet, dass man MOSFETs mit geringem RDSon (wie Du sie vorschlägst - solche, die für Schaltaufgaben optimiert sind) in linearen Anwendungen parallel schalten kann? Da hätte ich gerne mal ein paar Links.

"Diese 10 P-Kanal-MOSFETs vom Typ IRF9530 können problemlos parallelgeschaltet werden."
http://www.trifolium.de/netzteil/kap3_2_7.html

"Auf Grund des positiven Temperaturkoeffizienten, lassen sich MOSFETs parallel schalten."
http://linux.bigga.de/files/studium/studienarbeit/studienarbeit_main.pdf

Ich nehme an NG und Foren zählen nicht.

"Dass die dicken IGBTs 625W aushalten müssen hat einen einfachen Grund: so ein IGBT hat in Sättigung 2-3V VCEs, wenn da 100A drüber fliessen, sind das schon mal Leitungsverluste in Höhe von 300W, dazu dann noch die Schaltverluste. Diese Dinger werden nicht für Längsregler gebaut!"

Warum soll mein IGBT 100A bei 3V aushalten aber nicht 30A 10A?
Die Erklärung bist du mir noch schuldig.
Nur aus wissenschaftlicher Neugier.

Ich werde auf jeden Fall 8 TIP 142 nehmen, halte ich auch für sinnvoll.
Ist in euerer Schaltung ja auch drin und fnktioniert super.
Auch im ELV-Netzteil ist es so.

[Yossarian]

Hallo
natürlich kann man MOSFET parallel schalten,man siehe nur diverse Audio Verstärker.
Bei Linearbetrieb und kleinen Gatespannungen steigt der Drainstrom bei steigender Temperatur ,womit er sich weiter erwärmt.Zur Symmetrierung werden Widerstände in die Sourceleitung
eingesetzt.
Im Schaltbetrieb sieht es anders aus.Der Rdson steigt mit steigender Temperatur.Der MOSFET mit dem anfangs höheren Strom erwärmt sich stärker,sein Rdson steigt-> der andere Mosfet übernimmt mehr Strom.Die Stromaufteilung gleicht sich aus.
Da gewisse Unsymmetrien immer vorhanden sind,sollte man nicht die Belastbarkeit der einzelnen Fets zusammenzählen, sondern nur 3/4 der Summe der einzelnen Belastbarkeiten zu Grunde legen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[steg14]

Im Netz findet man aber auch Meinungen die genau das Gegenteil aussagen:

Ich weiß nicht mehr was ich glauben soll.

Ab einem gewissen Ausgleichwiderstand im Source muss es ja immer gehen, die Frage ist wie groß. Ich schätze da muss man Messen.

[Yossarian]

Hallo
die Widerstände sind nicht im MOS implementiert!
Ich würde 0.1 bis 1 ohm probieren.
Je steiler der MOSFET, desto kleiner kann der Widerstand sein.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[shaun]

NG und Foren zählen, Du musst mir ja nichts beweisen, ich habe nur die gegenteilige Erfahrung gemacht und in professionellem Equipment gesehen, wie es vernünftig realisiert werden kann.
Was Deinen IGBT angeht: das Problem ist nicht die Frage, ob 3V bei 100A oder 30V bei 10A. Meine These beruht darauf, dass diese großen IGBTs selten aus einem Chip bestehen, sondern im Gehäuse mehrere Chips parallel geschaltet sind, änhlich wie eine diskrete Parallelschaltung aus MOSFETs.
Wenn Du diese für Schaltanwendungen konzipierten Bauelemente nun voll durchsteuerst, zB Vgs=15V, dann haben alle aus einer Charge in etwa den gleichen RDSon bzw die gleiche VCEsat, bei MOSFETs kommt hier noch dann der positive TK des RDS zum Tragen, so dass sich der Strom im Schaltbetrieb einigermaßen ausgleicht. In allen Zuständen zwischen ganz an und ganz aus, also im linearen Bereich, sind die Kennlinien der Bauelemente auch aus ein und derselben Charge so different, dass sich der Strom eben nicht mehr aufteilt. Wenn Du also mal Deine 30V, 10A als Zahlenbeispiel hernimmst: Du hast vier MOSFETs und regelst die gemeinsame Gatespannung so, dass bei 30V über den Transistoren genau 10A fliessen. Die Gatespannung sei hier bei fiktiven 3,85V. Idealerweise trägt jeder MOSFET nun 2,5A, real kann es aber durchaus so sein, dass bei einem die VGSth noch nicht mal erreicht ist, während ein anderer bereits 8A übernommen hat und die anderen sich die letzten 2A teilen.

Im ersten Deiner Beispiele bleiben die Schreiber den Beweis der Lastaufteilung anhand einer Messkurve (zB eine Normalverteilung der Ströme über Iaus und Vaus aufgetragen), das zweite bezieht sich explizit auf eine SCHALTanwendung!

[Yossarian]

Hallo

großen IGBTs selten aus einem Chip bestehen
Die Leistungsfets und IGBT werden alle aus vielen parallel geschalteten Transistoren gebildet.

Für die Parallelschaltung sollte man jedem FET einen eigenen Gatewiderstand spendieren, um Schwingneigung zu unterdrücken.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[steg14]

@shaun
das zweite Beispiel habe ich deshalb als Linearregler angesehen weil eine Periodendauer bis zu 10 Minuten einstellbar ist.

Ich habe wohl keine Möglichkeit rauszufinden, ob mein IGBT aus einem oder mehreren Chips besteht? Naja die Klötze scheiden eh aus optischen Gesichtspunkten aus.

Paralleschaltung von MOSFET ist ebenfalls gestrichen.
Ich habe gerade zwei IRF610 vom gleichen Hersteller über je einen 0,22 ohm Sourcewiderstand parallel geschaltet.
Strom war 1A und 1,2A. Durch Erwärmung wurde das Ungleichgewicht noch größer (obwohl auf dem gleichen Kühlkörper montiert).
Ausserdem hatte ich je nach Gatespannung hochfrequente Schwingungen!

Also bleibt es bei den TIP142. Oder gibt es andere Empfehlungen, wenn ich sowieso bestellen muss?

[Yossarian]

Hallo
Dein IGBT besteht aus einem Chip mit mehreren Transistoren.
Wenn Du wilde Schwingungen am Gate hast, muß der Transistor ja warm werden.Es liegt also nicht am Transistor sondern an Deinem Aufbau.
Was wird das für ein Netzteil?
Für 'normal' Spannungen nimm IRF540N o.ä.
Was heißt bei Dir Klötze? IGBTs gibt es ebenfalls im TO220.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[shaun]

Er hat einen IGBT rumliegen und will den verwenden, und das ist halt ein Modul. Ansonsten sehe ich auch den Vorteil nicht wirklich: die Dinger sind teurer und schlechter zu paaren als biploare Darlingtons.

[steg14]

"Er hat einen IGBT rumliegen und will den verwenden, und das ist halt ein Modul."

Genau ich habe mal einige dieser Module als Restposten für nen Euro ersteigert und dachte mir nun damit könnte ich bequem die Probleme der Paralleschaltung umgehen.
Ich habe auch nachgefragt, intern besteht das Teil aus mehreren Chips, trotzdem soll eine Gleichstromanwendung problemlos möglich sein, wenn man nicht an die Grenzen geht.

@Benno
guck mal weiter unten IGBT und Netzteil hatte ich gepostet
http://www.stegem.de/Elektronik/BSM75GB120DN2.pdf
http://www.stegem.de/Elektronik/Labornetzgeraet/

[shaun]

Die SOA-Kurve in Deinem Datenblatt legt die Anwendung nahe. Ich sollte mich für meine El. Last doch noch mal neu umsehen, die alten Module, die ich verwenden wollte, waren da bei doppelter Baugröße eine Größenordnung schlechter.

[Yossarian]

Hallo
wenn die Trafowechselspannung 20V beträgt wird die Gleichspannung zu 20V*sqr(2)=28,3V.
Weiter unten ähnlich.
Für den Relaiskontakt würde ich einen Umschalter verwenden,spart ein Relais.Wenn Du 2 Relais verwenden möchtest, darauf achten daß sie nicht gleichzeit einschalten(gegenseitig verriegeln).
Wenn Du den Ausgang (nach den 0,22ohm) auf gnd legst hast Du eine schöne Heizung.

Um die Spannung zu regeln , must Du eine Referenzspannung mit der Ausgangsspannung vergleichen.
Der IGBT leitet zwar erst ab 6V,trotzdem würde ich ihn nicht über die LED sperren.
Die Ansteuerung haut auch nicht hin.Der IGBT wird spannungsgesteuert,die Steuerspannung ist (sollte sein) abhängig vom Vergleich Deiner Sollspannung mit der Istspannung.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[steg14]

@shaun
elektronische Last erinnert mich gerade an eine Schaltung der ELV.
Dort wurde für jeden parallell geschalteten MOSFET der Strom einzeln geregelt. (Bild)

Im Übrigen hattest du vollkommen Recht, wie ich eben in einem Versuch festgestellt habe. Die Kurven für VGS sind je Exemplar quasie etwas nach links oder rechts verschoben. (Auf Deutsch: die Schwellspannung ab der der FET leitend wird ist je Typ um vielleicht 0,2V unterschiedlich). Das macht im Strom schon 50% Differenz aus.
Man kann die Fets auch einfach durch einen Trimmer am Gate "gleich" machen, dann sind die Abweicheungen nicht mehr so groß (die Kurven haben etwa glleichen Verlauf).
Auch die "eingebaute Temperaturregelung" durch den positiven Temperaturkoeffizienten des RDSon funktioniert dann ganz gut. Auf Sourcewiederstände kann man verzichten. Ich hoffe ich drücke mich verständlich aus, es soll ja jeder von dem Thread provitieren - ich hab wieder was gelernt :-)

@Benno
zum Relaiskontakt. Wenn jemand ein Relais mit Umschaltkontakt hat, kann er dies ja anschießen. Wenn man gerade 2 Autorelais rumliegen hat soll es auch gehen. Besser ich sehe von der AVR-Ansteuerung 2 Relais vor. Eine gegenseite HW-Verriegelung ist vielleicht ganz gut.

"Um die Spannung zu regeln , must Du eine Referenzspannung mit der Ausgangsspannung vergleichen."
Guck mal wo GND liegt ;-) Ich habe die Schaltung auch erst beim dritten Hingucken verstanden.

Durch die Stromquelle stellt sich je nach Strom durch einen der OPs die Gatesteuerspannung ein. Du meinst wahrscheinrich dass das Regelverhalten ein anderes ist als bei Bipolar. Das stimmt aber es ist gut :-)

Also die Schaltung liegt hier vor mir und funktioniert. Die Platine wird noch optimiert und ins Netz gestellt. Dann kommt die AVR-Platine dran.
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Ich überlege heute schon den ganzen Tag ob ich nicht doch eine Vorregelung mit Step-Up einbauen soll? Wenn dann aber abschaltbar. So dass ich diese nur zuschalte um die Verluste zu reduzieren, wenn ich beispielsweise eine Autobatterie laden will. Der ist es im Gegensatz zu meinen "sensiblen" Elektronikschaltungen egal.
Was haltet ihr davon?

[Yossarian]

Hallo
ja,da habe ich nicht genau genug angeschaut.
Ich habe gnd=minus gesetzt und das ist hier ja gar nicht der Fall.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[shaun]

Ja tricky gell :) Ich habe mich damals als ich mit 12 Jahren oder so mein erstes regelbares Netgerät aus DDR-Produktion (klar, Conrad :) ) bekommen habe auch gefragt, wie diese Schaltung funktioniert. Aber sie funktioniert und lässt sich auch nicht beirren. Ist übrigens auch im Tietze/Schenk ;)
Was das Bildchen mit der ELV-Last und den einzeln geregelten MOSFETs angeht: genau das Prinzip meine ich, als ich die Agilent-Geräte erwähnte. Nur ist es da natürlich noch eine Nummer aufwändiger gelöst.
Vorregler ist gut und schön, aber wieso Step Up? Kalkulieren wir mal kurz die Verluste: Diodenstrom ist bei beiden gleich, also egal. Schalter-(MOSFET-) Strom ist beim Step Up höher, beim Step Down niedriger als Iaus. Dadurch werden die Verluste in den Leitungen, im Schalter, in den Gleichrichtern usw. geringer. Ich habe mal angefangen, ein 0-40V-Netzteil mit Step-Down-Vorregler aufzubauen. Das Ding sollte 400W leisten, bzw einen maximalen Strom von 20A. Dafür waren neben der el. Last auch die IRFP250s, die ich mal testweise gepaart habe. Bin aber leider nie dazu gekommen, das Teil weiter zu bauen, weil immer was Wichtigeres anlag. Eines schönen Tages... :-&

[steg14]

"Step-Up" war natürlich ein Schreibfehler.