Thermische Belastung bei MOSFETs

[Grizzlybaer]

Hallo,

von Hause komme ich aus der digitalen Ecke und habe immer mal wieder Probleme, wenn ich mich zu weit in den analogen Bereich hinein begebe.
Für eine notwendige Strombegrenzung habe ich mir eine Standard Schaltung mit einem MOSFET ausgewählt:

> Schaltung siehe Anhang <


Diese funktioniert wie sie soll, aber der MOSFET wird bei nur 20 Volt und 2A Stromfluss unglaublich heiss! Und zwar so heiss, dass dieser
das Lötzinn in seiner Umgebung zum schmelzen bringt und sich von der Platine löst oder Drähte abgehen. Der MOSFET hat bisher keinen
Schaden genommen, ist im DPAK-Gehäuse und kann Spannungen bis 55V und Ströme bis 31A verarbeiten bei einer Leistung bis zu 110W.

Da ich den MOSFET gerade mal mit 40W belaste stelle ich mir dir Frage, ob ich hier bei der Beschaltung etwas nicht beachtet habe, dass dieser
so extrem heiss wird?

Hans-Christian

[Ceos]

Da ich den MOSFET gerade mal mit 40W

wie genau meinst du 40W ... einen 40W Verbaucher?! oder fallen 40W über den FET ab (so viel hat mein "Bastel" Lötkolben)?!

Was für eine Spannung fällt bei den 2A denn über den FET ab?! Vll. solltest du lieber auf einen Schaltregler wechseln wenn der Unterschied in der SPannung zwischen Eingang und Verbraucher zu groß ist (Schaltungsfehler kann ich leider nicht aufzeigen, da fehlt mir einfach das elementare Verständnis für udn ich müsste erst Datenblätter nachlesen ^^)

[ARetobor]

Mach ein Bild vom Aufbau. Die Werte der Widerstände?
Verwendest du einen Kühlkörper?
Du musst den FET gut kühlen.

siehe hier:
https://www.mikrocontroller.net/articles/K%C3%BChlk%C3%B6rper

[Klebwax]

.. ist im DPAK-Gehäuse und kann Spannungen bis 55V und Ströme bis 31A verarbeiten bei einer Leistung bis zu 110W.

Das ist ein Missverständnis. Es muß eher heißen: 55V oder 31A. Beides gleichzeitig geht nicht. Es wären sonst etwa 1,7kW (Herdplatte oder Heizlüfter), die der FET in Wärme umsetzen müsste. Und auch die 110W sind ohne eine Aussage über die Kühlung wertlos. Wie geschrieben, kann man mit 40W löten, was du auch gerade tust.

Wie Funktioniert eine Strombegrenzung? Eigentlich kann man den Strom nicht begrenzen. Bei einem gegebenen Lastwiderstand und einer festen Betriebsspannung stellt sich der Strom nach dem Ohmschen Gesetz ein. Die einzige Möglichkeit den Strom zu verkleinern ist, diie Betriebsspannung zu verkleinern. Die Differenz zwischen der Spannung an der Last und der Betriebsspannung liegt dann an der Strombegrenzungsschaltung. Und diese Spannung mal dem gewünschten Strom muß diese Schaltung in Wärme verwandeln, was sie auch erfolgreicht tut.

Also: Betriebspannung soweit wie möglich verkleinern, Kühlung vorsehen oder über einen Schaltregler mit Strombegrenzung nachdenken.

MfG Klebwax

[Grizzlybaer]

Hallo,

und danke erst einmal für eure Beiträge. Wie ich sehe muss ich noch ein paar Zusatzinformationen liefern:

Schaltregler ist genial, ja den verwende ich schon und zwar nach der Strombegrenzung - warum? Weil der Schaltregler für max. 2 A ausgelegt ist und dieser bei einem versehentlichen Kurzschluss nicht zerstört werden soll oder die dazugehörigen Bauteile. Aus diesem Grund soll die Strombegrenzung den Schaltregler vor Zerstörung schützen.

Klar, keiner kommt an URI vorbei. Die Praxis zeigt, dass bei eine Strombegrenzung auf 2A und einer Spannung U=30V mit einer Last R=10 Ohm (I=U/R=30V/10Ohm=3A) die Ausgangsspannung auf U=I*R=2A * 10Ohm= 20V zurück geht, was dem Schaltregler aber ziemlich egal ist - nur nicht zu viel Strom.

Korrektur somit - bei dem von mir gewählten Beispiel sind nur 20W im Spiel, weil 10V der MOSFET in Wärme umgewandelt; P=10V*2A=20W. Diese sollte man gut kühlen - OK. Da finde ich für DPAK Kühlkürper (siehe Bild) welche mit einem Wert von 31,5Grad/W - ich glaube nicht, dass der ausreichen würde, oder? Vielleicht wäre es doch besser hier einen Transistor z.B. BD712 (To-220) einzusetzen, weil dafür gibt es größere Kühlkörper mit 9Grad/W oder noch weniger.

Gruß
Hans-Christian

P.S. @Klebwax
Wie schon gesagt - an URI kommt keiner vorbei, da stimme ich dir vollkommen zu! Hast Du ein Labornetzteil in deiner Werkstatt mit einem Regler für die Strombegrenzung? Geht bei diesem Netzteil auch die Spannung runter, wenn die Strombegrenzung anschlägt??? Bei meinem Labornetzteil jedenfalls nicht, also lässt sich Strom wirklich nicht begrenzen?

[White_Fox]

Schaltregler ist genial, ja den verwende ich schon und zwar nach der Strombegrenzung - warum? Weil der Schaltregler für max. 2 A ausgelegt ist und dieser bei einem versehentlichen Kurzschluss nicht zerstört werden soll oder die dazugehörigen Bauteile. Aus diesem Grund soll die Strombegrenzung den Schaltregler vor Zerstörung schützen.
Mach das nicht so. Gängiger Schutz eines Reglers ist: Ihn abzuschalten.


Wie schon gesagt - an URI kommt keiner vorbei, da stimme ich dir vollkommen zu! Hast Du ein Labornetzteil in deiner Werkstatt mit einem Regler für die Strombegrenzung? Geht bei diesem Netzteil auch die Spannung runter, wenn die Strombegrenzung anschlägt??? Bei meinem Labornetzteil jedenfalls nicht, also lässt sich Strom wirklich nicht begrenzen?
Dann ist das kein Labornetzteil, denn bei ein Labornetzteil begrenzt bei Überstrom tatsächlich die Spannung.

Im Übrigen sind auch 20W schon recht sehr viel Leistung für Halbleiter, in den meisten Fällen viel zu viel.

[021aet04]

Es gibt 2 Arten einer Strombegrenzung. Die erste Variante ist die Abschaltung, da gibt es wieder mehrere Möglichkeiten (Schmelzsicherung, Sicherungsautomat, Halbleitersicherung => Polyfuse, elektronische Sicherung). Diese Variante schaltet Sprunghaft die Last ab.
Die 2te Variante ist die Strombegrenzung wie sie bei Labornetzteilen vorkommt. Wenn der Strom überschritten wird, wird die Spannung soweit reduziert bis der Strom wieder passt.
Schaltnetzteile funktionieren prinzipiell nach der 2ten Variante, nur das diese meist eine "Cycle by Cycle"-Strombegrenzung haben. Wenn der Strom überschritten wird, wird der Schalttransistor sofort abgeschalten.Bei der nächsten Periode schaltet der Transistor wieder ein. Häufig hört man das auch wenn SMPS in die Strombegrenzung gehen.

Wenn dein Labornetzteil nicht die Spannung reduziert (bei überschreiten des Stromes) ist es entweder kein Labornetzteil (bei einem richtigen Labornetzteil kann man Strom und Spannung einstellen) oder das Netzteil hat einen Fehler.

MfG Hannes