Frage zu Mos-Fet

[Moritz f.]

Hallo,
Rs Bestellnummer: 469-2063
Mos_fet: 469-2063

ich muss mittels dieses Mos-Fets einen Motor an/aus schalten welcher maximal 200A bei 42 V schluckt.
Reicht es da wenn ich einfach an den Mos-fet einen Gatewiderstand wie beim Transistor hänge, und ne Freilaufdiode parallel zum Motor hänge?

Und: Wie muss ich denk Kühlkörper dimensionieren? ich denke das ich auf jeden Fal aktive kühlung brauchen werde.

An, Auschaltzeiten spielen keine Rolle . ..

MfG Moritz

[uwegw]

Nen einfacher Widerstand vorm Gate ist bei 8,4kW nicht mehr so das wahre, vor allem, wenn noch per PWM gereglet werden soll. Bei derartigen Schaltleistungen ist es wichtig, dass der Mosfet so schnell wie möglich geschaltet wird, da er die größten Verluste hat, wenn er gerade "halb" geschaltet ist. Das Gate wirkt wie ein Kondensator, der beim Schalten umgeladen werden muss. Gerade so leistungsstarke Mosfets haben ne große Gatekapazität, deiner hat 13 Nanofarad!. Da braucht man unter Umständen schon mal nen Ampere, um ihn schnell genug zu schalten, natürlich nur für Sekundenbruchteile. Wenn man zu langsam ist, kann der Mosfet abrauchen...
Für sowas gibt es fertige Mosfet-Treiber-ICs, die die schnelle und niderderohmige Ansteuerung besorgen.

Ach ja: wenn du keine Ahnung davon hast, lass es lieber... und brenn dir nicht die Hütte ab!

[molleonair]

ups zu spät naja dann halt nochmal

gatewiderstand ist eigentlich beim normalen Schalten nicht erforderlich
den brauchst du nur wenn du das gate über ne treiberstufe oder irgendwas elekronisches schalten willst und damit den strom begrenzt.
Das Gate eines MOSFETS ist wie ein Kondesator den du Auflädst und Entlädst
das heißt er wird mit spannung geschalten.
Leg an das Gate 18V (max 20V) und das ding schaltet durch
zieh das Gate auf Masse und das Ding sperrt
Alle Zustände zwischen 0 und ca 18 mußt du vermeiden es sei denn du hast entsprechen große Kühlkörper.
Der Kühlkörper bei reinen schaltvorgängen kann relativ klein ausfallen
du mußt nur in etwa 1 watt wärme ableiten.
Diode ist im FET integriert solltest aber in jedem fall noch eine externe dranschalten.

[ogni42]

Ich kann Uwegw nur zustimmen und Dir von Deinem Vorhaben abraten.

Solche Ströme sind nichts für Anfänger. Ich würde die Finger davon lassen.

[dennisstrehl]

Wozu musst du dass?
Ich hab's mal in LTSpice mit nem anderen MosFET simuliert, Ergebnis: knapp 120 Watt Verlust in den Einschaltzeiten, dazu kommen noch 20 Watt im Mittel von den Schaltspitzen. Frequenz war 100kHz, Umladestrom war dabei auf gut 1 Ampere begrenzt, aber mit viel geringerer Gate-Kapazität, die Umschaltverluste dürften also noch höher werden.

Nur um dir mal ne Größenordnung anzugeben was da wegzukühlen ist :)

Edit:


Der Kühlkörper bei reinen schaltvorgängen kann relativ klein ausfallen
du musst nur in etwa 1 watt wärme ableiten.
Diode ist im FET integriert solltest aber in jedem fall noch eine externe dranschalten.

Lol? Zeigt dein Browser keine Nullen an? Da steht was von 200 Ampere.. Nu nenn mir mal nen MosFET der das mit 1 Watt Verlust schaltet.
Die im FET integrierte Diode kann man btw. vergessen.

MfG

[uwegw]

Lol? Zeigt dein Browser keine Nullen an? Da steht was von 200 Ampere.. Nu nenn mir mal nen MosFET der das mit 1 Watt Verlust schaltet.


Stimmt, schalten ist dabei nicht drin, die 1W wären nur die Verlustleistung bei Dauer-An...

[dennisstrehl]

Selbst ohne Schalten geht das nich, 0,0045 Ohm * (200 Ampere)² sind so ungefähr 180 Watt (bei meinem Beispiel oben hatte ich wie gesagt nen anderen MosFET genommen).

MfG

[uwegw]

Stimmt, hab das Quadrat vergessen. Kam mir aber auch etwas spanisch vor der Wert, denn ich hab das ganze vor nen paar Wochen schon mal gerechnet und da auch nen paarhundert Watt rausbekommen, die nach nen Kühler verlangen...

[molleonair]

na ihr habt natürlich recht
hab mich schlichtweg aufm taschenrechner vertippt lol
hab doch glatt p=R*I gerechnet son schwachsinn

[SIGINT]

Zum Thema Kühlkörper:
Ich hab jetzt auch mit FETs angefangen rumzuspielen und schalte eine 50W Halogenlampe (12V) mit einem BUZ71... Ich hab eine Verlustleistung von ca. 0,8W errechnet. Ohne Kühlkörper wird der BUZ schon gut 70°C heiss!!!! Also ist bei 180W Verlustleistung schon ein sehr guter Kühlkörper notwendig. Also passt auf und dimensioniert die Kühlung lieber zu groß als zu klein.

Gruß,
SIGINT

[dennisstrehl]

Bei solchen Verlustleistungen wird vorallem der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Kühlkörper interessant - Nach Datenblatt beim IRFP2907 0,56 Kelvin / Watt. Macht dann etwa 100°C Differenz zwischen Kühler und dem eigentlichen Schalter.

[BASTIUniversal]

Hi!
Wie wär's wenn man einige FET's parallel Schaltet? Das kann man ja, im gegensatz zu Transistoren (irgendwas mit dem Leitverhalten bei Erwärmung).

Bei 200A und 42V (wo auch immer die herkommen...) werden die Kurzschlüsse dann schon interessant (umherfliegende, flüssige Kupferküglechen und so).

[Moritz f.]

Hallo,

Das das nix für Anfänger ist hab ich begriffen, leider kom ich nicht drum herum . . .

Wichtig!

DER MOTOR IST NUR DAUER AN BZW DAUER AUS!

Ist es nun auch so wichtig was der Mos-Fet für eine Kapazität hat?
das umschalten erfolgt hier von Hand und nicht mt einer Frequenz. ( naja so im 12h Takt vielleicht ;)



Stimmt, schalten ist dabei nicht drin, die 1W wären nur die Verlustleistung bei Dauer-An...


Also hab ich nur 1W Verlustleistung?? Stimmt das?

Und brauche ich ohne PWM auch noch die Mos-Fet Treiberstufe?

Achja, die Kabeln von der Batterie zum Motor haben 30mm² Querschnitt, wie können also die kleinen Beinchen des Mosfets diese Ströme aushalten? Ist das das Material so viel besser?

MfG Moritz

P.S.: Freue mich über die vielen Antworten!

[dennisstrehl]

"Also hab ich nur 1W Verlustleistung?? Stimmt das? "

Liest du hier mit? Ich glaube, wir sind uns einig geworden, dass es sich um etwa 180 Watt handeln wird.

"Und brauche ich ohne PWM auch noch die Mos-Fet Treiberstufe?"

Eigentlich reicht dann ein Schalter mit Pullup und ner Gegentaktendstufe dahinter.

"wie können also die kleinen Beinchen des Mosfets diese Ströme aushalten?"

Das hab ich mich auch schon gefragt, hab letztens irgendwo was gesehen wo bei nem MosFET beistand, dass er zwar 80 Ampere schaffe, die Beinchen das aber gar nicht aushalten.
Lösung: k.A. ...

[BASTIUniversal]

Also wenn's blöd läuft beim anschalten, dann wird dein FET relativ schnell gekillt! Die Kapazität ist also sehr wichtig!
Das mit dem 1W stimmt nicht...U = R * I = 4,5mOhm * 200A = 0,9V Spannungsabfall im günstigsten Fall. P = U * I = 0,9V * 200A = 180W Verlustleistung.
Wenn du weißt wie du die 180W vom FET wegbekommst, dann reden wir über den Rest!

Edit: Wenn der Motor nur ab und zu geschaltet wird...was spricht dann gegen einen mechanischen Schalter bzw. Relais o.ä.?

[uwegw]

Also hab ich nur 1W Verlustleistung?? Stimmt das?

NEIN! molleonair und ich haben uns verrechnet!



Und brauche ich ohne PWM auch noch die Mos-Fet Treiberstufe?

Ich würd sagen schon... ein mechanischer Schalter prellt einige Milisekunden lang, und in dieser Schaltphase liegt kein sauberes Signal am Mosfet an... am besten das Signal vor dem Treiber noch entprellen...

[Moritz f.]

Hallo,

sorry dennisstrehl wegen der Verlustleistung, muss deinen Post überlesen haben.

Noch ne abschließende Frage, welche Kurve im Datenblatt gibt mir an wieviel Strom am Gate liegen muss um einen bestimmten Drain Source Strom durchzulassen?

MfG Moritz

[edit] @Basti: Ein mechanischer Schalter ist mir zu unsicher. . ., ich glaube galvanische Trennung nennt man das. Und ein Relis in dieser größenordnu8ng habe ich nicht gefunden :-b Außerdem sind diese Mos-Fets verdammt günstig, und ich brauche mehr davon

[dennisstrehl]

Es muss kein Strom am Gate anliegen, ein MosFET wird durch die Gate-Source Spannung gesteuert. Das erste Diagramm in fast jedem MosFET-Datenblatt gibt einige Drain-Source Kennlinien für verschiedene Gate-Source Spannungen an, ich denke da findest du, was du suchst.

MfG

[Moritz f.]

Hallo,

Danke Dennis!!!

ich denke damit sind alle meine Fragen beantwortet!

VIELEN DANK ROBOTERNETZ!

MfG Moritz

[dennisstrehl]

"Außerdem sind diese Mos-Fets verdammt günstig, und ich brauche mehr davon"

Bei Reichelt gibt es die noch nen Tacken günstiger, falls du mehr davon brauchst...

[shaun]

Ein MOSFET bietet nun aber gerade keine galvanische Trennung, Dein Sicherheitsaspekt wankt also gewaltig. Was passiert eigentlich, wenn der Motor bei Ausschaltbefehl nicht ausgeht - weil zB der MOSFET durchlegiert ist? Und wieso treibt man eine 8kW-Last mit einem 42V-Motor an? Irgendwas stimmt doch hier nicht, oder?

[Moritz f.]

Hallo,

das mit der galvanischen Trennung war mein Fehler (ich sollte aufhören mit Begriffen zu jonglieren . . . :( ). Wenn der Motor nicht ausgeht = egal bzw. das kann nicht am Mos-Fet liegen da dieser nicht direkt den Motor ansteuert. Ich hoffe das stört jetzt nicht das ich es nicht direkt erkläre wozu die schaltung genau ist. Der Motor ist in einem Elektroauto. . Zur 8Kw Last mit 42V Motor, die 200A fließen nur beim Anfahren bei einem kleinen bisschen Steigung, das ist nicht der Normalfall. Warum die Konstrukteure diesen Motor gewählt haben ist mir ein Rätsel. Jedoch gibt es auch Versionen mit 120V Motor (Ich glaube es sind soviel)

MfG Moritz

[molleonair]

vieleicht sollten wir darauf hinweisen das du mosfet parrallelschalten kannst
und somit die verlustleistung aufteilst und somit entsprechend kühlst
jedoch mußt du dann wieder wiederstände in die gatezuleitungen schalten um
bautoleranzen auszugleichen.(Das ganze erhöht wider die umschaltzeit also wieder höherer verlust also mittelmaß finden)

[Moritz f.]

Hallo,

parallelschalten wurde schon erwähnt, aber ich habe die Teile schon bei mir zuhause und weiß ja nun eigentlich wie ichs mache. Aktivkühlung ist auch kein Problem . ..

MfG Moritz

[dennisstrehl]

[...] musst du dann wieder wiederstände in die gatezuleitungen schalten um
bautoleranzen auszugleichen.

Ich denke, da in den Gateleitungen wenig Strom fließt, sind die da eher schlecht aufgehoben. Bei Bipolaren Transistoren geht das natürlich.
Bei MosFETs schaltet man die eher in Reihe zum Drain-Source Widerstand - Wenn man vorher einen MosFET mit 4,5mOhm und einen mit 6mOhm hat (25% Abweichung) hat man danach z.B. 9,5 mOhm und 11 mOhm (14% Abweichung). Bei 200 Ampere kann man das allerdings ohne entsprechende HL-Widerstände (so ca. 200 Watt) völlig vergessen.

Allerdings wird's ohne auch nicht gut gehen... Denk aber an die 0,54 Kelvin / Watt Temperaturdifferenz zwischen Sperrschicht und Kühler.

MfG

[molleonair]

@dennisstrehl WENIG STROM IN DEN GATELEITUNGEN ????

also meiner meinung nach sind so ein paar Ampere gatestrom denkbar bei parallelschaltung und das ist nicht wenig.Durch Toleranzen in der gatekapazität ist dann vieleicht einer schon geladen und muß volle leistung schalten wärend ein anderer noch hochfährt.

natürlich sprechen wir hier von nanosekunden aber die reichen um das ding zu verheizen.

bin natürlich auch nicht so der profi aber das mit widerständen in den gateleitungen hab ich schon mehrfach gesehen
http://www.semikron.com/internet/webcms/objects/applica_help/d/3_7_1.pdf
hier kannst du das nachlesen

kleiner auszug:
Der Transistor mit der niedrigeren Sättigungscharakteristik führt zunächst den größeren Teil des
Gesamtstromes und wird dadurch mit höheren Durchlaß- und Schaltverlusten beansprucht, wodurch
die Sperrschichttemperatur schneller ansteigt.

[dennisstrehl]

Widerstände in Gateleitungen sind dazu da, die Schaltzeiten insgesamt zu verlängern - Dadurch werden EMV-Probleme verhindert.

Und ich denke, bei unterschiedlichen Gatekapazitäten erhöhen die Widerstände die Differenz noch - ist ja dann im Grunde ein Verzögerungesglied (RC), wobei das ziemlich ungenaue C vom MosFET die Verzögerung bestimmt.

[molleonair]

siehe edit oben

[dennisstrehl]

"Der Transistor mit der niedrigeren Sättigungscharakteristik führt zunächst den größeren Teil des
Gesamtstromes und wird dadurch mit höheren Durchlaß- und Schaltverlusten beansprucht, wodurch
die Sperrschichttemperatur schneller ansteigt."

Dass dem so ist, das glaub ich dir gerne. Dass das ne Auswirkung auf die vorliegende Anwendung hat, das glaube ich aufgrund des seltenen Schaltens nicht. Es wurde behauptet, dass alle 12 Stunden mal geschaltet werden sollte - Bei der Schaltrate kann man die Umschaltverluste, die nur etwa 20µs (Worst-Case) auftreten, getrost vernachlässigen.

[Moritz f.]

Hallo,
hab grade im datenblatt gelesen:

Source Drain Ratings and Caracteristics:
Is Countinious Sorce Current: 209A (6)
Pulsed Source Current: 800A

(6) Package limitation courrent = 90A

Heißt das das da doch nur 90A drüberlaufen können?

wenn ich als Gatespannung 7 - 9 V nehme müsste ich auf der sicheren Seite sein oder?
http://img391.imageshack.us/img391/4015/kennlinie5or.th.jpg (http://img391.imageshack.us/my.php?image=kennlinie5or.jpg)

hab hier mal ne kleine Schaltung gemacht, würde das so funtionieren?
http://img58.imageshack.us/img58/255/unbenannt7nf.th.jpg (http://img58.imageshack.us/my.php?image=unbenannt7nf.jpg)

[dennisstrehl]

"(6) Package limitation courrent = 90A

Heißt das das da doch nur 90A drüberlaufen können? "

Ja.

"wenn ich als Gatespannung 7 - 9 V nehme müsste ich auf der sicheren Seite sein oder? "

Je höher die Gatespanung, desto geringer die Verluste. ich würde etwa 15V nehmen.

"hab hier mal ne kleine Schaltung gemacht, würde das so funtionieren? "

Wenn ich mir das so anschau, zweifle ich immer mehr, dass das was wird.
Das mit dem Flip-Flop ist ok. Wozu die Gegentaktendstufe vor dem Transistor? Und wieso soll der T8 die 7V gegen Masse kurzschließen? Ich hoffe der Fehler ist nur in der Zeichnung :\

[shaun]

Die Gatespannung kann gar nicht hoch genug sein, leider ist das Oxid aber ziemlich dünn, so dass man die (idr) 20V aus dem Datenblatt nicht überschreiten darf. Mit 15V bist Du auf der sicheren Seite, bloß nicht zu tief greifen!
Deine Schaltung funktioniert aber nicht nur wegen des Kurzschlusses zwischen Gate und Source nicht - der Transistor, dessen Kollektor da an 7V hängt, ist und bleibt eine Kollektorschaltung und damit ein Emitterfolger. Am Gate kommst Du also auf bestenfalls 3,8V (je 0,6V Ube der beiden NPNs angenommen).
Die Freilaufdiode fehlt übrigens auch noch!

[PICture]

Hallo Moritz f.!

Im Code habe ich für Dich einen sauberen und schnellen Schalter skizziert. Die Resistorenwerte sind nicht kritisch und die Spannung +VCC kann natürlich auch höher sein.

MfG :)


VCC=7V
1k +
___ |
+-|___|-+
1k | |
___ | |<
+-|___|-+-----|
__ 4k7 | |\
+----| | ___ |/ |
| |& |o---+--|___|--| |
| +-|__| | |> +--->Gate
| | | | |
o-+ +-------+ | === |
+-o--__ | | GND |/
| o-+ +-------|-+ +-----|
=== | | __ | 4k7 | |>
GND | +-| | | ___ | |
| |& |o-+----|___|------------+ ===
+----|__| GND

74XXX00

[Moritz f.]

Hallo,

Vielen dank an PICture für den Plan.

Wegen der 90A Grenze, was passiert wenn man hier für kurze Zeit mehr Strom drüberschickt. Gibt es Erfahrungswerte wie schnell sowas abraucht?

MfG Moritz

[dennisstrehl]

Überhaupt wird das sehr von der Kühlung abhängen...
Ich denke, ne kurze Überschreitung ist nicht weiter schlimm.
Kommt aber darauf an, wie sehr du die Transistoren an der Leistungsgrenze betreibst.
Bei 175°C sind nunmal keine Pulse mehr drin.

MfG

[PICture]

Hallo!

Ich bin kein MOSFET Spezialist, denke aber, dass man vielleicht zwei MOSFETS um die Verlustleistung zu halbieren abwechselnd schalten kann . Sie würden quasi paralell durch ein Rechteckgenerator geschaltet.

MfG

[shaun]

Könnte man zwar, ist aber unüblich. Hier ging es ja zuletzt um das Problem des maximalen Stroms. Das Package Limit von 90A ist ja offenbar ein thermisches, heisst: je nach Wärmewiderstand und -kapazität der involvierten Metallteile ist dieser Strom als Mittelwert über eine mehr oder weniger große erlaubt Periode zu betrachten. Für eine permanente (und ein Anfahrstrom von 200A ist für die Zeitkonstanten, die hier in Betracht kommen quasi permanent) würde ich auf keinen Fall nur einen MOSFET benutzen, entweder ein entsprechendes Modul (teuer, teuer) oder mehrere MOSFETs parallel, von denen jeder einzelne idealerweise den gesamten Spitzenstrom verkraftet, damit der "Sand" nicht gleich durchlegiert, alle zusammen aber locker den Anlaufstrom dauerhaft tragen können. Und dann natürlich mit viel Strom schalten, damit die Stromaufteilung so schnell wie möglich erfolgt!

[Moritz f.]

Hallo,

@ shaun: tja dann werd ich das wohl so machen müssen.

Kennt jemand einen Mos-Fet der solche Ströme WIRKLICH aushält?

MfG Moritz

[shaun]

(kurzer Griff zum Briefbeschwerer): CM400HA-24H. Ist aber ein IGBT, 400A, 1200V, kostet so um die 250 EUR. Hmm... was hältst Du von-mal-bei-den-üblichen-Verdächtigen suchen? Dass jetzt jemand den passenden Typ aus dem Kopf parat hat ist bei den Anforderungen eher unwahrscheinlich, hier wird wenn nötig parallel geschaltet. Ich denke, dass das auch für Dich die beste Alternative ist, da die Dinger a) sehr schnell sehr teuer werden und b) in den Modulen, die richtig Strom schalten können auch parallel geschaltete MOSFET- bzw IGBT-Chips sitzen.

[dennisstrehl]

Bei dem wären dann laut Datenblatt 400 Watt wegzukühlen :D

"Maximum Collector Dissipation 2800 Watt :D *haben will*

Sorry, das musste ich loswerden

[Moritz f.]

Hallo,

"oder mehrere MOSFETs parallel, von denen jeder einzelne idealerweise den gesamten Spitzenstrom verkraftet,"

Deshalb habe ich gedacht cih sollte welche nehmen die die 200A wirklich aushalten.

Wie meinst du "die-üblichen-Verdächtigen" habe mich hier eigentlich zum ersten mal wirklich mit Mos-Fets beschäftigt.
Gibt es für Leistungsteile eine bestimte VCOrsilbe?

MfG Moritz

[BASTIUniversal]

Hi!
shaun meinte mit den üblichen Verdächtigen die Hersteller von FET's, z.B. Zetex oder IRF und wie sie alle heißen.

MfG

[ssalbach]

ich lese da wohl von ei nem City EL fahrer :-) aus dem El web.
Sind in der originalen Curtis nicht auch 4 oder sogar 6 Fets Parallel geschaltet??
Irgendwo hatte ich mal ein Foto gesehen. Fidne es aber nicht mehr.

[Christoph2]

Hallo!

Ich würde Relais nehmen!
zB. Best.Nr. 340 348 von Pollin.

Die schaffen 40 A pro Stück, da nimmst du 6 Stück (= 240A = 7,50€) paralell, und du bist auf der sicheren Seite. Außerdem ersparst du dir die Kühlung.
Wenns nur ums reine Schalten geht, sind Relais noch immer mein Favorit.

MfG,
Christoph

[Moritz f.]

Hallo ssalbach!
nein ich bin nicht direkt ein City El Fahrer, aber das ganze ist nicht für mich sondern für den Christian Stenner, er ist auch aktiv im Elweb dabei. Habe mich noch nie mit dem Curtis beschäftigt tut mir leid . ..

MfG Moritz

[Robotronix]

das mit den parallel-geschalteten Relais ist grober Unfug, weil immer eines ( beim Einschalten das schnellste und beim Abschalten das langsamste ) den ganzen Strom führen muß. Und kleiner baut das ganze auch nicht wirklich.