MOSFET H-Brücke wird zu heiß

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22.09.2011, 10:19
altekischt

MOSFET H-Brücke wird zu heiß

Hallo zusammen ich habe bereits einen post zu meiner Halbbrücke hier reingestellt. Jetzt funktioniert auch alles soweit, nur werden meine MOSFETS zu heiß. Ich habe als mosfet die irf740 die laut datenblatt 10A abkönnen. Meine mosfets werden jedoch schon bei 1 Ampere ziemlich heiß.

Woran könnte das liegen? ich habe bereits rausgefunden dass sie nur zu heiß werden sobald ich meinen motor anschließe. Wenn ich nur einen widerstand drannhänge dann bleiben sie kühl. Als Gatetreiber habe ich den ir2184. Freilaufdioden habe ich ebenfalls eingebaut (by500-400). Den Schaltplan habe ich leider nicht auf dem Rechner ich füge ihn später hinzu, aber er entspricht im wesentlichen dem des beispielaufbaus aus dem Datenblatt des IR2184.
22.09.2011, 10:21
altekischt

Wie funktioniert eigentlich die Kühlkörperberechnung?

ich habe mal im Internet recherchiert und bin auf folgende Rechnung gestoßen:

Rthges = (Tj-Tamb)/Pges ; Tj = maximale Sperrschichttemperatur , Tamb = umgebungstemp

Pges=I*I*Rdson*Tastverhältniss+Pschalt

Pschalt = (U*I)/2*Falltime*f = (311V*2A)/2*24ns*20kHz = 0,1493

Pges= 2A*2A*0,55ohm*1+0,1493 = 2,3493W

Rthges= (150°C-50°C)/2,3493W = 42,56°C/W

Rthk = Rthges - Rthjc - Rthtk ; Rthk = Wärmewiderstand vom kühlkörper, Rthjc = Wärmewiderstand Sperrschicht-Gehäuse, Rthtk = Wärmewiderstand Gehäuse-Kühlkörper

= 42,56°C/W - 1°C/W -0,5°C/W = 41,06 °C/W ???????

Das ist doch extrem viel oder?
22.09.2011, 11:35
Hubert.G

Diese BY500-400 sind sicher nicht ideal. Bei 2A ist die Forward-Spannung der Bodydiode des IRF740 bei 0,75V, die Forward-Spannung der BY500 liegt bei etwa 0,9V.
Eine schnelle Schottkydiode wäre das sinnvoller. MBR1045 wäre so etwas, etwas kleineres und möglicherweise besseres wird es aber sicher auch geben.
22.09.2011, 12:48
altekischt

also du meinst es liegt an der diode? ich versteh grad nicht was das Problem an dieser diode ist?
22.09.2011, 15:14
Hubert.G

Wenn der Strom nicht über die BY500 sondern über die Bodydioden abgeleitet wird, dann wird dort auch die Wärme erzeugt.
Es kann aber auch sein das der Strom über den Motor wesentlich größer ist als über den Widerstand.
23.09.2011, 06:58
altekischt

Okay jetzt verstehe ich das Problem danke. Die MBR1045 ist aber nicht für meine schaltung geeignet da sie nur 60V aushält oder? Könntest du mir eine konkrete Diode Vorschlagen die diese Kriterien erfüllt? ich finde irgendwie keine passende Diode in diesem Spannungsbereich die eine so niedrige Forward-Spannung hat.
23.09.2011, 07:51
ManuelB

Hallo,
für 400V (wie der Mosfet) bekommt man auch keine Schottky mehr. Die hören so bei 150-200V auf. Dann bleibt nur noch fast/ultrafast als Freilauf. Die übernimmt den Strom immerhin schon mal schneller als die Bodydiode. Die, die ich auf die Schnelle gfunden habe haben aber eine höhere Durchlassspannung. Brauchst Du 400V?

MfG
Manu
23.09.2011, 08:59
altekischt

ich habe 220V effektiv also 311V spitze... Das ist halt schon echt viel oder?
23.09.2011, 09:59
Hubert.G

Auf die Spannung habe ich da zu wenig geachtet. Da bleiben nur noch fast/ultrafast für den Freilauf.
20kHz sind mit der hohen Spannung dann auch schon sehr viel. Es muss dann schon alles passen, auch die Gatetreiber müssen optimal sein.
23.09.2011, 16:32
PICture

Zitat:

Zitat von altekischt

ich habe 220V effektiv also 311V spitze... Das ist halt schon echt viel oder?

Man kann auch mehrere Schottky Dioden (D) für niedrigere Spannung mit paralellen Widerständen (R) zum Ausgleich der Rückwertspannung seriell verbinden (siehe Code). Durch die paralelle Widertände muss ein paar mal grösserer Strom als durch die Dioden in Sperrrichtung fliesen und sie müssen entstehende Verluste ertragen können (Leistung). ;)

Um ganz sicher zu sein, sollte man die Rückwertsspannungen an den Dioden kontrollieren.

Code:

R R R R ___ ___ ___ ___ +-|___|-+-|___|-+- - - -|___|-+-|___|-+ | | | | | m*IV U | | | | |------>| | | | - o-----+-<-->S-+--->S--+- - - -->S---+-->S---+-----o + A I D D D D A | | | n*U | |------------------------------------------------>| (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
23.09.2011, 18:51
ManuelB

Auf alle Fälle sollten die Mosfets, zumindest zum Ausschalten, niederohmig angesteuert werden. Gegebenenfalls auch auf Schwingungen achten. Gerade bei Induktiven Lasten in verbindung mit schnellem Schalten auf Spannungsspitzen achten. Überspannungen mit avalange der Transistoren heizt diese auch auf. Ev. Snubber um transiente Spitzen und hochfrequente Schwingungen zu unterdrücken. Am besten mal alle relevanten Größen oszillografieren (Drain Source und Gatespannung). Dann kann man ev. besser erkennen woran es liegt.

MfG
Manu
23.09.2011, 19:21
PICture

Um ein MOSFET schneller abschalten/sperren zu können wird üblicherweise paralell zum serielen Gatewiderstand (R) ein Kondensator (C) verwendet (siehe Code). ;)

Code:

C || +--||---+ | | || | ||-+ | ___ | ||<- -----+-|___|-+-||-+ | R === GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
23.09.2011, 19:46
ManuelB

Gut ich kenne eher die Variante mit einer Diode. So lassen sich auch unterschiedliche Zeiten für Ein- und Auschalten realisieren. Möglich sind auch Varianten mit einem zuätzlichen Transistor, der beim Ausschalten den FET herunterzieht. Dann müsste das nicht der IR übernehmen bzw. nicht so viel (Transostor ist Quasi Stromverstärker).
Ich musste zumindest feststellen, das das Einschalten über einen etwas hochohmigeren Widerstand EMV-technisch besser ist (so im Bereich 47-100 Ohm), da sonst Schwingunge beim Einschalten auftreten die leider bei der EMV Messung negativ auffallen ;). Vom Wirkungsgrad gab es keine erkennbaren Unterschiede bzw. verloren sie sich unter den Messungenauigkeiten. Ausschalten tue ich aber immer schnell und weitaus niederohmiger. Allerdings arbeite ich zurzeit nur mit Flybacks im Bereich 100W.
Bei leistungsstärkeren Geräten wird aber auch niederohmiger Eingeschaltet. Sind dann aber auch andere Topologien.

MfG
Manu