PWM Problem, MOSFET wird heiß

[PICture]

Hallo!

Natürlich, da die Eingangsleistung muss gleich Ausgangsleistung + Verluste sein.

[loeten]

Hi Hunni,

eigentlich ist hier fast alles schon gesagt worden;

1.) ich habe zwar keine techn. Daten vom dem MosFet aber der ist definitiv viel zu groß, also unsinnig hoch dimensioniert.
2.) die Ansteuerung muss niederohmiger sein, vom CPU Pin ein kleinen BC Transistor nehmen, dann über einen ca. 100 R Widerstand direkt zum Gate.
3.) ich kann noch nicht glauben, dass dieser Mosfet wirklich mit einer so geringen Gatespannung auskommt, möchte es aber nicht abstreiten.

Sage mal; wärest du bereit, den Code mal zu posten, evlt. auc an PM?

Danke.

[Besserwessi]

Die Glühkerze wird in guter Näherung ein ohmscher Widerstand ( ca. 2 V/4 A = 0,5 Ohm) sein. Der Strom steigt also mit der Spannung an. Bei 4 V hat man damit den doppelten Strom und darf ihn nur für etwa 1/4 der Zeit einschalten.

Der anfangs Genannte MOSFET (IRL2203) sollte auch nicht so schlecht sein - nur wird man da auch mehr als 3 V als Gatespannung brauchen, um man sollte die PWM Frequenz niedrig wählen. Mit nur 3 V fließt zwar schon genug Strom, aber man hat nicht die theoretischen 7 mOhm als Widerstand, sondern vielleicht 20 mOhm, die man auch mit einem kleineren MOSFET haben könnte. An einer höheren Spannung führt fast kein Weg vorbei.

[hunni]

Die Glühkerze wird in guter Näherung ein ohmscher Widerstand ( ca. 2 V/4 A = 0,5 Ohm) sein. Der Strom steigt also mit der Spannung an. Bei 4 V hat man damit den doppelten Strom und darf ihn nur für etwa 1/4 der Zeit einschalten.

^^Ach ok habe ich falsch verstanden , ja das regelt ja der µC Automatisch, sodass es immer 2 Volt sind.

Ich habe jetzt gedacht, einfach einen kleinen MOSFET und dann mit Indukativität und Freilaufdiode, also einen richtigen Step-Down Wandler zu bauen.

[hunni]

Der IRF7341 ist zu klein, und eine unnötig hohe Spannung. Für einen niedrigen On Widerstand muss man bei den Typen mit niedriger Spannung (20 oder 30 V) suchen.

Wenn bei 2V, 5 A benötigt werden, sind das bei 4 V eines vollen Li Akkus schon 10 A. Dafür sollte der Widerstand nicht wesentlich über 10-20 mOhm liegen das gibt auch schon 100-200 mV als Spannungsabfall, oder 1-2 W an Verlusten. Als FET also eher so etwas wie IRLU3714 oder IRLU8721. Wenn die Frequenz nicht zu hoch ist, kann man die auch noch direkt vom µC (mit 5 V) schalten

Der IRF7431 hat eine Gatespannung von einem Volt, gut der Widerstand liegt bei 50 mOhm, die eine Spannung von 50 Volt. Ich finde die Baugröße genial....... Meint ihr nicht, dass das vielleicht doch geht.


--> Nochmal zur aktualisierung der Daten. Ich werde die Schaltung jetzt mit 7,2 Volt befeuern und für den µC auf 5 Volt runterregeln. Ich möchte eine Indukativität und eine Freilaufdiode nutzen. Es muss nach wie vor möglichst klein und vorallem aber darf es sich nicht erhitzen.
Gruß Hunni

[Besserwessi]

Wenn man einen richtigen Step-down Wandler baut, wird der Strom durch den MOSFET ggf. etwas kleiner. Dann könnte der IRF7431 tatsächlich ganz knapp noch gehen. Allerdings hat man dann zusätzliche Verluste an der Induktivität und vor allem der Freilaufdiode. Etwa die halbe Zeit (bei 7,2 V als Spannung noch mehr) würde der Strom durch die Freilaufdiode fließen und dort etwa 5 A * 400 mA = 2 W an Wärme freisetzen. Die große Wärmequelle wäre vermutlich die Diode. Am FET würde aber auch noch etwa 50 mOhm * 5 = 250 mV abfallen. Bei 5 A für etwa 40% der Zeit wären das auch noch 0,5 W im Mittel. Dazu kämen noch die Umschaltverluste- wegen der für einen Schaltregler höhern Frequenz von vielleicht 50-100 kHz ist das auch nicht wenig, eher nochmal etwa 0,5 W oder mehr.

Die 50 mOhm beim IRF7431 gelten auch nur bei mehr als 5 V Gate Spannung. Das 1 V ist die Spannung wo der Strom anfängt zu fließen, den minimalen Widerstand hat man erst ab etwa 6-10 V.

Ein kleine Lösung wäre eher mit 3-4 V zu arbeiten und dann einen kleinen Stepup-Wandler auf 5 V für den µC zu nehmen. Damit könnte man dann bei niedriger Frequenz eine großen MOSFET wie den IRL2203 oder IRLU3717 ansteuern. So viel größer als der IRF7431 ist der mechanisch auch nicht. Dafür hat man da nur etwa 10 A * 5 mOhm = 50 mV Verlust, also 0,5 W und das für etwa die Hälfte (oder auch weniger) der Zeit, also etwa 0,25 W im Mittel.

Für den Step-up Wandler für den µC gibt es passende ICs - wenn es sein muss auch so klein das man es kaum noch löten mag. z.B. MAX1724 im SOT23-5 und dazu 2 Kondensatoren und die Induktivität etwa in Bauform 0805.

Wenn es denn unbedingt die 7,2 V sein sollten, dann müsste man schon ein extra Schaltregler IC wie MAX8576 und 2 passende, etwas größere MOSFETs nehmen. Wenn man da 90% Wirkungsgrad erreicht, hat man einen Verlust von 10%*10 W = 1 W insgesamt. Da gibt es ggf. auch fertige Lösungen für, die aber relativ kompliziert aufzubauen sind und spezielle Teile (Spule, Kondensatoren, passende MOSFETs) brauchen.

[ManuelB]

Ist dann halt eine Frage, was man erreichen möchte. Für das reine glühen lassen einer Glühkerze könnte man sicherlich auch mit einem sehr hohen Ripple der Ausgangsspannung leben also das reine PWM Signal aufgeben, ohne Verwendung einer Induktivität. Wie schon erwähnt wird die Trägheit (Wärmekapazität) der Glühwendel bei entsprechender Frequenz sicherlich ausreichen um ein durchgängigs Glühen zu erreichen (funktionier ja mit der Glühlampe und 50Hz Sinus auch ganz gut ) Wenn man jedoch eine "bessere" Ausgangsspannung haben möchte mit geringerem Ripple kommt man um die Induktivität wohl schwer herrum.

MfG
Manu

[Besserwessi]

Wieso muss die Schaltung eigentlich so klein und Verlustarm sein. Die Glühkerzen braucht man doch eigentlich nur für einen Kaltstart und nicht zum weiteren Betrieb. Da kommt es auf etwas mehr Gewicht nicht an, und man kann auch gut gleich einen 2 V Blei Akku nehmen, ganz ohne Regelung.

[PICture]

Hallo!

Genau Besserwessi !

Ich bin früher erfolgreich jahrelang mit ein paar Diesel-Autos ohne "step-down" Regler und PWM gefahren. Wahrscheinlich, wie oft, hatte ich nur Glück gehabt.

[ManuelB]

Kommt auf den Anwendungsfall an. Bei Modellmotoren wird auch oft im Leerlauf geglüht, da sie dann besser laufen und der Leerlauf stabiler wird. Wenn es dann also in einem Modellflugzeug sitzt kann ich schon verstehen, das es kompakt und leicht werden soll.

MfG
Manu