Leistungsmosfet

[Sandrina]

Hallo!

Ich hab ein Frage? Ich soll einen Zweipunktregler konstruieren. Ich hab mir dafür einen Temperaturfühler mit Hysterese besorgt. Es soll nämlich die Temperatur geregelt werden.
Das Leistungsmosfet ist IRLU3802.
Der Strom soll geregelt werden. Am Uds soll eine Spannung von 12VDC angelegt werden und mit einem Strom von 8A.
Das Problem ist, wenn das Mosfet im Abschnürbereich betreibe und an dem RC-Glied, welchen an Ugs liegt weniger als 4,5V anlege, wird das Mosfet nach einer gewissen Zeit heiß. Das soll aber nicht geschehen. Warm darf er werden, aber nicht heiß, da kein Kühlkörper benutzt werden soll.

Wäre super, wenn ihr mir einen Lösungsvorschlag bieten könntet.

[wkrug]

...welchen an Ugs liegt weniger als 4,5V anlege, wird das Mosfet nach einer gewissen Zeit heiß. Das soll aber nicht geschehen. Warm darf er werden, aber nicht heiß, da kein Kühlkörper benutzt werden soll.
Das das passiert ist eigentlich klar.
Solange der Fet voll durchsteuert fällt keine ( wenig ) Spannung über D und S ab. Folglich entsteht keine ( wenig ) Verlustleistung.
Ebenso ist es wenn der Fet voll sperrt. Dann fließt kein Strom folglich wieder keine Verlustleistung. Wird der Fet aber nur halb durchgesteuert fällt zwischen D und S eine Spannung bei einem Strom ab.
Bei 6V und 1A wären das 6W ( Beispiel ) und die heizen deinen MOS Fet auf.

Die Lösung für dein Problem könnte PWM heissen.
Dabei wird der FET mit einem Signal mit einstellbarer Pulsbreite angesteuert. Er ist also für einen bestimmten Zeitraum voll durchgesteuert und für den Rest des PWM Zykus gesperrt.
Im Mittel ergibt sich somit ein durch die Pulsbreite einstellbarer Strom.

PWM's lassen sich auf unterschiedlichste Weise herstellen.
Analog gehts sehr schön mit zwei Operationsverstärkern. Einer davon als Dreieckgenerator der andere als Komperator.

Am elegantesten geht es mit einem programmierbaren Microcontroller.
Viele dieser Chips haben bereits einen PWM Generator eingebaut und A/D Wandler für deinen Temperatursensor wären auch vorhanden.
Die Hardware wird dadurch sehr schmal.
Das Teil muss allerdings programmiert werden.

Damit liesse sich dann nicht nur ein Zweipunkt Regler, sondern sogar ein Proportionalregler realisieren was der Energieeffizienz sehr zu gute kommt. - Schau mal in die ELEKTOR von diesem Monat.

[Hubert.G]

Der Lösungsvorschlag wäre PWM oder zumindest ein Schaltbetrieb wenn die Last keine PWM verträgt.
Wenn du dir das Datenblatt des Fet ansiehst, wirst du feststellen das bei einer gewissen Spannung Ugs der Widerstand von DS höher wird. Wenn dieser Widerstand etwa 1,5Ohm hat, teilt sich die Verlustleistung auf die Last und den Fet gleich auf. Das wären dann rechnerisch je 4W für den Fet und die Last. Wenn der Fet dann nicht warm werden soll.

[Sandrina]

Danke für die Antwort
Das Mosfet ist am Drain mit Peltierelementen angeschlossen. Es könnte vielleicht den Wirkungsgrad negative verändern.
Der Drainstrom soll auch weich angesteuert werden. Und beim Ausschalten genau das gleiche.
Kennst du da auch ne Möglichkeit?

[Sandrina]

Ich kann den aber nicht im Schalterbetrieb laufen lassen, da ich die Last weich ansteuern muss.

[Hubert.G]

Wenn du das weich, also linear ansteuern musst, wird es ohne Kühlkörper nicht gehen. In meinem vorhergehenden Beitrag sollte es max. 24W heissen. Diese Leistung musst du im Linearbetrieb als Wärme abführen. Interessanter aber auch aufwendiger wäre ein DCDC-Wandler.

[Sandrina]

kennst du vielleicht eine andere Möglichkeit, mit der ich Ströme weich schalten kann? Müssen halt bei 12VDC ungefähr 8A oder 16A sein. Möglichst ohne Kühlkörper und auch relativ einfach.

[Hubert.G]

Große Ströme verlustarm weich schalten geht meiner Ansicht nach nur mit PWM und nachfolgendem LC-Filter. Bei entsprechend hoher Frequenz hält sich die Größe des Filters auch in Grenzen.

[Sandrina]

Wie wird das denn in Verbindung gemacht? Ich kann mir das nicht richtig vorstellen. Hab mit PWM und LC-Filter noch nicht gearbeitet. Bin also noch ein Frischling. Ich soll nämlich mit Hilfe eines Temperaturschalters und RC-Glied eine weich Schaltung realisieren. Nun das funktioniert nicht, wenn das MOSFET, was ich dazu schalten musste kaum Wärme produzieren darf. Hab da auch schon ne Massefläche drunter gemacht.

Die Schaltung, die ich da gemacht hab, sieht wie folgt aus:

----------Peltierelement
|D
o----switch----R----------MOSFET---
| | |S
C R Masse
| |
Masse

[Sandrina]

naja... hat nicht so gut funktioniert, dass hier zu zeichnen

[the_playstat]

Wurde ja schon fast Alles gesagt. Man kann auch mehrere MOSFET paralel einbauen. Wird gerne im Modelbau gemacht. Ansonsten eben PWM. Da geht kein Weg dran vorbei.

[Sandrina]

ja gut, aber wie funktioniert das mit PWM? Die Peltierelemente sind ja träge. Und dürfen nur bei hohen Frequenzen getaktet werden.

[Hubert.G]

www.roboternetz.de/wissen/index.php/Pwm
Anschließend noch ein LC-Glied einfügen.

[teslapower]

und wenn gar nichts hilft, kann man sich evtl. hier
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1003,C1142,C1095, P1893,D1137
ein paar Informationen rauslesen.. ist halt als H-Brücke -> heizen/kühlen...

MFG teslapower

[Besserwessi]

Das mit dem LC Gleid ist eine Gute Idee. Wegen der Induktivität muß man dann natürluch eine gute (wohl Shotkey) Freilaufdiode nehmen. Man hat dann einen Step down Schaltregler und der Peltierelement kriegt annähernd Geleichstrom.

Wenn der Peltierelemet heizen soll, kann man eigentlich auch reinfaches PWM nehmen. Zum kühlen wird der Wirkungsgrad bei PWM ansteuerung schlechter als mit Gleichstrom. Die Trägheit des Peltierelement ist da sogar positiv damit man die PWM Frequenz nicht so stark in der Temperatur wiederfindet.

[Sandrina]

Geht es auch, wenn ich ein Logicmosfet nehme und dazu eine PWM mache?

[avion23]

hi sandrina,
dein peltier element muss imho weich geschaltet werden, weil die gegenüberliegenden halbleiterflächen als kondensator wirken. Wechselstrom verursacht nur thermische Verluste, führt also zu einem wesentlich niedrigerem wirkungsgrad. Diese informationen habe ich aus einem Thread auf www.mikrocontroller.net

Das Peltier element "weich zu schalten" bedeutet im Endeffekt, es mit nahezu Gleichspannung zu versorgen d.h. den Wechselstromanteil der Spannungsversorgnung zu minimieren. Das ist ein allgemeines Problem in der Elektrotechnik.

Eine primitive Möglichkeit ist z.B. ein Trafo mit mehreren Abgriffen und Relais oder Stelltrafo.
Noch schlimmer ist natürlich ein Linearregler. Da wird ein Transistor (BJT oder FET) im nicht-durchgeschalteten ZUstand in Reihe mit dem Verbraucher (Peltierelement) geschaltet. Der Widerstand des Transistors ist dabei nicht minimal und er zählt sozusagen als regelbarer Widerstand. In dieser Reihenschaltung von Widerständen (Peltierelement, Transistor) fällt an beiden eine Spannung ab, d.h. du hast einen niederohmigen SPannungsteiler. Die Leistung, die am Peltierelement abfällt, kannst du dabie über den Widerstand des Transistors regulieren. Die Linearregler 7805, LM317 machen das so. Und du bis jetzt, das Problem mit der Verlustleistung kennst du also schon.

Viel intelligenter ist ein Schaltregler. So einen zu bauen ist wahrscheinlich deine Aufgabe :) Stichworte zum informieren sind "buck converter", "step down", "Tiefsetzsteller". Die seite von sprut ist sehr gut, genau wie eine Seite von einem Uni-dozenten unter den ersten Hits. EIgentlich haben meine Vorposter schon alles gesagt. Aber nochmal die Grundidee: DIe zum Verbraucher zugeführte Leistung wird per PWM gesteuert. Um das Rechtecksignal abzuflachen, wird eine Spule als strombeharrendes Element verwendet. Dadurch werden die Schaltverluste minimiert, die Belastung für alle Bauteile verringert und der STrom, der durch den Verbraucher fließt, ändert sich nur wenig.
Schwierig ist es natürlich, die Bauteile korrekt zu dimensionieren. Falls es dich tröstet: Ich scheitere auch dadran.

[jschilli]

Hallo Sandrina,


ch soll einen Zweipunktregler konstruieren.

ich weiß jetzt nicht wo hier das Problem liegt, aber ein Zweipunktregler heisst ich schalte ein Heiz- bzw. Kühlelemet ein, wenn es zu kalt bzw. zu warm ist und wieder aus, wenn es zu warm bzw. zu kalt wird... Dafür würde ich im einfachsten Fall ein Relais nehmen oder einen N-MOSFET im Schaltbetrieb.

Zweipunkt heißt eben eine bzw. aus; dazwischen gibt es nichts.

Grüße,
Schimmi

[wkrug]

Solche Step Down Regler gibt es auch integriert, allerdings nicht für Ströme von 8A.
Schau Dir mal das LT1074 - LT1076 Datenblatt an.
Wenn man da eine kleine Schaltung an der FB Leitung anlegt sollte sich die gewünschte Spannung elektronisch einstellen lassen.

Mit dem 2 Punkt Regler hat jschilli natürlich recht, um den Transistor dabei im Schaltbetrieb zu halten muss die Regelung eine kleine Hysterese haben.
Das Problem mit der Verlustleistung hat Sandrina selber zum Thema gemacht.