Verlustleistung bei FET

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10.02.2007, 13:32
theodrin

Verlustleistung bei FET

Hallo Leute!

Ich würde gerne wissen, wie ich die Verlustleistung eines FETs berechne, und wenn ich die weiß, ob ich einen Kühlkörper brauche.

Also ich hab mir ja schon so einfache Sachen überlget. Also der Strom ist 5A und der Rdson ist 6mOhm. Muss ich jetzt einfach Pv=I²*Rdson rechnen? Oder kommt da irgendwie noch eine andere Verlustleistung dazu?
Also mit meiner Rechnung würd ich auf 150mW kommen. Brauch ich dafür schon einen Kühlkörper oder geht das ohne?

Also noch Details zur Schaltung. Der FET wird mit einem PWM Signal angesteuert (f=50Hz) Die Pulsbreite ist variabel.

Also wenn ich was übersehen häte würde ich bitten, dass ihr mir hinschreibts was ich vergessen hab und wie ich auch drauf komme und wieso, damit ich das nächste mal weiß wies geht.

lg
Norbert
10.02.2007, 13:46
PICture

Hallo theodrin!

Deine Berechnung ist richtig nur wenn der FET dauernd an ist. Bei PWM wird er aber zwischen an und aus umgeschaltet, und dazwischen entsteht meistens grössere Verlustleistung.

Ich kenne mich mit Leistungselektronik nicht besonders gut aus, aber hier im Forum gibt´s schon Experten, die Dir hoffentlich weiterhelfen.

MfG
10.02.2007, 14:42
waste

Bei 150mW braucht es noch keinen Kühlkörper. Aber es kommen noch Schaltverluste hinzu. Die berechnen sich näherungsweise so:
1/6 Umax * Imax * f * (ton + toff)

Gruß Waste
10.02.2007, 15:41
theodrin

Hallo!

@Waste: Also ich hab mir mal deine Rechnung überlegt. Ich glaub da kann was nicht stimmen. Weil erstens ton+toff ist die Periodendauer T und die ist 1/f, also fällt der Teil mal weg. Somit bleibt nur mehr 1/6*Umax*Imax über. Also ich betreib meine Schaltung mit 12V. Und bei Imax=5A kommen ja dann 10W als Schaltverluste raus. Also entweder hab ich mich da ärgenstes vertan, oder an der Formel kann was nicht stimmen.

Also vielleicht kannst du mir da helfen. Und vielleicht kannst du mir sagen, welche Seiten es gibt, wo man sich da informieren kann, und so Formeln findet.

lg
Norbert
10.02.2007, 15:54
shaun

ton und toff sind die Schaltzeiten des MOSFETs, die er von 10% Id bis 90% Id braucht. Hierfür aber bitte nicht die Traumwerte aus dem Datenblatt von 10-20ns ansetzen, sondern die gemessenen Schaltzeiten. Die Gateansteuerung hat hier maßgeblichen Einfluss!!!
10.02.2007, 16:01
theodrin

Hallo!

Danke für die Erklärung. Das klingt jetzt sehr viel logischer und vor allem kommen stimmige Werte raus.
Also kann man in meinem Fall sagen, dass sich die Verlustleistung durch Pv=I²*Rdson berechnen lässt und dann nur mehr die Schaltverluste dazu zu zählen sind?

Aber in meinem Fall sind die ja vernachlässigbar gering, wenn ich nur an meine 50Hz Schaltfrequenz denke. Aber ich nehm an mit Gatesteuerung meinste wie das PWM-Signal aussieht und welchen Vorwiderstand ich da hab. Also das PWM-Signal ist 1a, kommt von ner DAQ-Karte von National Instruments. Da gibts nichts auszusetzen. Und als Vorwiderstand hab ich 100Ohm genommen. Also ich denk der Wert passt ganz gut, oder? Ja so können die (ton +toff) ruhig 10µs dauern wenn sie wollen. Hab ich noch immer nur 5mW Schaltverluste. Also spielen die bei mir keine wichtige Rolle.

Dann kann ich ja ruhig meinen FET ohne Kühlkörper betreiben?

lg
Norbert
11.02.2007, 20:06
OnkelTobi

Servus,

ich versuche gerade die Gründe der Erwärmung eines FETs in einer meiner Schaltungen zu klären.

Wenn ich euch kurz meine Daten mal nennen darf:
U=15V
I=2,5A (Nennstrom)
f=32khz
Rdson=0,0075Ohm (max. laut Datenblatt)

t(rise)~100ns (gemessen)
t(fall)~200ns (gemessen)

Gefunden habe ich folgende Formel:
P = P(ein)+f(E(ein)+E(aus))
mit
P(ein)=Rdson*I²
E(ein)=0,5*(I*U*t(rise))
E(aus)=0,5*(I*U*t(fall))

P(ein)=47mW
E(ein)=1,9µWs
E(aus)=3,8µWs
=>
P=227mW

Der FET ist ein IRF7456 HexFet in SO-8 Gehäuse.

Es befindet sich kein Kühlkörper. Und es ist auf der Leiterbahn kein Platz für Kühlflächen :(

Die Oberflächentemperatur liegt bei geschätzten 40°C bei 23°C Umgebungstemp.

Stimmt meine obige Rechnung?
Welche Verlustleistung wäre eurer Meinung nach noch ohne Kühöung vertretbar?

Gruß Tobi
11.02.2007, 23:39
PICture

Hallo OnkelTobi!

Ich habe Deine Rechnung durchgerechnet und sie stimmt.

Die zweite Frage kann ich leider nicht beantworten, weil mir dazu nötige Erfahrung fehlt. :)

MfG
12.02.2007, 06:46
steg14

wird der Fet auch gegen Masse geschaltet - also entladen?
oder nur gegen VCC?
12.02.2007, 13:27
shaun

Scheint so, nur halt etwas langsamer. Welche Zeiten sind denn das? Hintergrund: wenn Du zB mit 15V treibst und dann die Schaltzeiten an 10->90% bzw 90->10% festmachst, sagt das recht wenig aus, weil der FET af halber Strecke schon voll leitend ist. Bei 30us Periodendauer und 100ns Schaltzeit würde ich aber an dieser Stelle nicht mehr viel optimieren, wenn es keinen zwingenden Grund gibt. Du kannst ja mal nachsehen, was für einen Rtjh_ja der SO8 hat, doll ist das nicht, da schlägt ein viertel Watt schon zu Buche. Bei 40 Grad würde ich mir noch keine wirklichen Sorgen machen.
12.02.2007, 13:41
steg14

Idee: Setz mal die Pulszeit des PWM auf 100%. Also dauerhaft durchgeschaltet.
Wenn der Fet sich dann weniger erwärmt stimmt was nicht an der Ansteuerung
12.02.2007, 14:00
PICture

Hallo!

Es ist leider umgekehrt, da dann keine Schaltverluste gibt.

MfG
12.02.2007, 15:49
steg14

@Picture
was ist umgekehrt? Die Durchlassverluste sind von der Durchlasszeit abhängig - also bei a=100% = 100% Bei a=50% -> halbe Durchlassverluste.
Bei 50Hz sollten die Schaltverluste so gering sein, dass die Gesamtverluste auf Grund der geringeren Durchlassverluste auf jeden Fall geringer sind.
12.02.2007, 16:27
PICture

@steg14

Sorry, aber meine Aussage bezieht sich auf die konrete Berechnug (7. Beitrag von oben), wo die Schaltverluste (bei 32 kHz) fast 4-fach grösser als Durchlassverluste sind.

MfG
12.02.2007, 17:43
steg14

@Picture
Sorry, ich hab ganz nach oben geblättert und 50Hz gelesen.
Ist immer blöd wenn in einem Thread 2 Fragesteller auftauchen.
12.02.2007, 17:48
PICture

@steg14

Diesmal sind wir gleicher Meinung ! :)

MfG
12.02.2007, 21:23
waste

Hallo Tobi,

die 17° Temperaturerhöhung passt aus meiner Erfahrung recht gut zu 227mW und SO-8. Wenn keine temperaturempfindlichen Bauteile in der Nähe sind und der FET vor Berührung geschützt ist, dann kannst den auch mehr belasten, das ist überhaupt kein Problem.

Deine Formel gilt, wenn eine induktive Last geschaltet wird. Bei ohmscher Last sind die Schaltverluste sogar um den Faktor 3 geringer.

Waste
17.02.2007, 22:59
OnkelTobi

@all
Sorry für meine späte Antwort.

Ich hatte vergessen die Benachrichtigung zu aktivieren und hatte den Thread vergessen ;)

@steg14
der MosFET wird direkt von einem I/O-Pin eines Tiny44 getrieben.
Demnach wird er aktiv auf Masse bzw. VCC gezogen.

Bei 32khz sind die Umschaltverluste in der Tat sehr hoch.

Ich habe probehalber die Frequenz auf 4khz herabgesetzt, dann ist absolut keine Erwärmung mehr feststellbar.

Dummerweise schwingt der Wendel der Halogenlampe im höhrbaren Bereich ;)

MfG

Tobias
17.02.2007, 23:46
steg14

geh doch auf 100Hz runter
18.02.2007, 00:00
OnkelTobi

Ich dimme eine Halogenlampe mit 20-60Watt.

Versorgt wird das Ganze aus einem Akku.

Ich befürchte, dass die Versorgungsspannung zu stark einbrechen wird.
Der Einschaltstrom einer kalten 20W Halogenlampe liegt schon >10A.

Jetzt gerade habe ich keine Hardware hier, so dass ich das erst noch genauer testen muss... :)
18.02.2007, 20:09
waste

Zitat:

Zitat von OnkelTobi

Ich dimme eine Halogenlampe mit 20-60Watt.

Versorgt wird das Ganze aus einem Akku.

Ich befürchte, dass die Versorgungsspannung zu stark einbrechen wird.
Der Einschaltstrom einer kalten 20W Halogenlampe liegt schon >10A.

Das sollte keinen Unterschied machen, ob mit 32kHz oder 100 Hz getaktet wird.
Außerdem kannst du doch einen Softanlauf programmieren um den hohen Einschaltstrom zu vermeiden.

Waste