Kühlkörper berechnen

[tauruz]

hallo, muss/will grad einen kühlkörper für einen mosfet (irf1404) berechnen und bin etwas am stolpern.

Ptot=333W
max Junction=175°C
Umgebungstemp=40°C
Rth juction-case=0,45°C/W
und dann kämen noch 1,45°C/W für eine silikon isolierhaube dazu

wenn ich das nun aber berechne bekomme ich einen negativen wert für den benötigten kühlkörper?!
könnte das nochmal jemand für mich berechnen oder mir sagen was ich da machen kann?
sollte ich eventuell nicht nach Ptot berechnen?
aber theoretisch muss ich doch vom worst case ausgehen, denn wenn ich den mosfet takte durchsaust er ja immer seinen arbeitspunkt etc. und somit hat er nicht immer den minimalen RDSon...

mfg - tauruz

[Manf]

Wenn 333W abgeführt werden sollen dann muß der Wärmewiderstand zusammen sicher ein Stückchen unter 0,45°C/W liegen. Das wird bei 0,45°C/W junction case schlecht gehen. Da baucht man keine Isolierhaube mehr.

Ich fürchte die 333W müßte man genauer abschätzen oder verändern.
Wie sieht den der Betrieb aus?
Manfred

[tauruz]

motor vollbrücke, getaktet über pwm von atmel auf voraussichtlich 10khz.
motor dauerstrom max 10A@24V, soweit möglich festgestellter anlaufstrom etwa 32A...

das wäre der betrieb :)

[Manf]

pwm von atmel
Ich nehme an ein Treiber ist dann noch dazwischen.

Im Datenblatt steht, dass das Gehäuse des FET für Anwendungen um 50W gerne eingesetzt wird.
Bei Tc=25°C ginge er wohl auch bis 200W aber das ist dann eher Theorie.

Andererseits hat er bei hoher Temperatur und 30A auch nur 0,2V Spannungsabfall am Kanal wenn er mit Ugs=15V angesteuert wird.

Damit man unter den 333W ( O:) ) bleibt kommt es dann noch auf die Schaltverluste an.
Wie sieht die Ansteuerschaltung aus? Es müssen pro Schaltvorgang die 200nAs auf das Gate geschafft werden oder wieder zurück. In welcher Zeit könnte das gehen?
Manfred

[tauruz]

klar ist ein treiber dazwischen ;) -> ir2110
also sollte relativ schnelles switchen gewährleistet sein.

der fet ist natürlich aufgrund des to220 nicht gerade prädestiniert für leistungen um/über 200W, aber leider in der preiskategorie nicht anders zu bekommen...

die umgebungstemp ist im normalfall auch um 25°C aber man muss ja auch damit rechnen, daß das gerät mal irgendwo steht und sonne draufbrät?!

ansonsten können wir auch mit 25°C rechnen...

[Yossarian]

Hallo
der IRF1404 hat bei 100grad einen Rdson von 6mOhm.
Das macht P=I²*R= 100*0,006o= 0,6W bei Dauerstrom.
Bei Pulsbetrieb entsprechend weniger,dafür kommen Schaltverluste dazu.
Da könnte ein kleiner Fingerkühlkörper schon reichen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[tauruz]

*grübel* ich blick da nimma durch...
@yossarian: das beschreibt die Wärmeverluste bei Dauerbetrieb im Durchlass, es geht aber um das andauernde Umschalten und der Widerstand ändert sich beim Schalten logischerweise von min RDSon bis unendlich?!

Ein Mosfet hat eben im Gegensatz zu z.b. Transistor nicht die (Haupt-)Verluste im durchgesteuerten Zustand sondern beim Zustandwechsel von Gesperrt auf Durchlass.

edit: im grundsatz hast du das geschreiben aber die schaltverluste muss ich ja einplanen und ich habe null anhaltspunkt wie hoch die werden könnten :(

[Yossarian]

Hallo
wenn der FET wird innerhalb von zb 100 ns durchgesteuert wird:
Die Schaltverluste betragen P=U*I*ts*F
P= 24V*10A*100ns*10kHz=0,24W max (es ist weniger,weil die Verhältnisse nicht linear sind)
Auch der Transistor hat im linearen Betrieb seine Hauptverluste.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[shaun]

Leitungsverluste sind ja klar Rds(on) mal Id.
Schaltverluste ergeben sich aus Uds mal Id über die Ein- bzw Ausschaltdauer integriert. Also mal die Schaltvorgänge messen (der Einfachheit halber nur Uds), ein Dreieck hineinapproximieren, mittlere Uds beim Schalten mit max. Id multiplizieren und zur Periodendauer ins Verhältnis setzen. So liegst Du auf jeden Fall auf der sicheren Seite, wenn Du Italiener bist, misst Du auch noch Id und bemisst MOSFET und Kühlkörper danach, als Chinese nimmst Du einen MOSFET mit 1/3 Chipfläche und lässt den Kühlkörper weg.

[tauruz]

nach datenblatt ir2110 sind ton=120ns und toff=94ns. muss ich nur den schlimmsten fall je richtung berechnen oder müsste ich beide zeiten addieren?!

sagen wir wir rechnen mit 200ns
Pschalt=24V*10A*200ns*10kHz=0,48W
Pschalt+Pein=0,48W+0,6W=1,08W

ergo -> ein witzkühlkörper?!

das problem welches ich zur zeit habe ist, daß ich eigentlich einen großen kühli für alle 4mosis je vollbrücke nutzen wollte, aber da ja drain an der fahne des to220 liegt müsste ich sie gegenüber des kühlkörpers isolieren. glimmerscheiben sind da nicht sehr angebracht da sie sich mit der zeit "auflösen" bei erschütterung etc.
was für wärmeübergangswiderstände haben diese silikonisolierfolien?

edit: ah ok, bei conrad stehts. max 4 K/W
bei reichelt halten sie es nicht für nötig es hinzuschreiben.

[magnetix48]

Hallo,

ich habe Angaben von 0,84 °C / W für Silikonscheiben und 0,07 °C / W für Kapton-Scheiben gefunden.

Gruß
Detlef

[tauruz]

ok, das bei conrad sind ja max. angaben

der kühlkörper müsste dann wenn man noch reserve haben will um die max. 50 k/w liegen?!

wäre also ein strangkühli wo alles draufsitzt massiv übertrieben...

habe noch haufenweise welche von den dingern hier http://www.order.conrad.com/xl/1000_1999/1800/1880/1882/188280_BB_00_FB.EPS.jpg
die haben 20k/w, wären also massig ausreichend...

[Yossarian]

Hallo
die Zeiten die du angegeben hast,haben nichts mit der Schaltzeit des MOSFET zu tun.Das sind die Verzögerungszeiten des 2110 vom Eingang zum Ausgang.
Der 1404 hat max 196nC Gate Ladung. Also mußt Du für 200ns Schaltzeit 980mA in das Gate jagen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[tauruz]

achso ok... die dinger packen ja angeblich 2A...
wollt aber eventuell auf günstigere treiber umsatteln denn müsste ich mir die kühlis größer berechnen.

macht es viel aus wenn ich zwischen treiber und gate der mosis so 20 bis 30cm leitung habe?

[Yossarian]

Hallo
die Verbindung zwischen Gate und Treiber sollte so kurz wie möglich sein.

Mit freundlichen grüßen
Benno

[tauruz]

das dachte ich mir leider schon :(

dann muss ich die verbindung mosis<->motor länger machen, die dann aber das "funken" anfangen könnte :(

gibts da bei 10-15cm probleme?!

[PsiQ]

was meisnt du mit funken ?

störungen durch die stromstöße ?
das einfachste wäre die (dicken) kabel zu verdrillen, das hilft schonmal n bisschen gegen die magnetfelder..

[tauruz]

ja verdrillen eh, und denn noch durchn ferrit und eben am motor entstören ?!