Hur kyler man en SMD MOSFET på hög watt?

[Janson1]

Alltså, jag tror av texten att döma att du inte förstår detta med spänning, ström, dimensionering... När du konstruerade ditt universal styrkort så skulle det vara i det närmaste bombsäkert vad gäller felkopplingar, felanvändningar mm och nu vill du på fullt allvar välja en transistor som förmodligen kommer att lämna in direkt vid allra minsta fel, kanske den lämnar in ändå? Det är ytterligheter, antingen en bautatransistor eller en liten skit som knappt håller måttet. Sen så är jag tveksam till att PTC-motståndet blir varmt så fort att den hinner skydda transistorn men det skall du nog prova ut, inte i ditt simuleringsprogram utan IRL med flera exemplar av både transistor och PTC. Sen "strömmen låses in" Den kan aldrig låsas in men däremot så kan en spänningspotential "låsas in" dvs det kan ligga restspänning kvar ungefär som statisk elektricitet, man får en stöt när man tar i en järngrej. Det finns givetvis uträkningar på vilket gatemotstånd man bör använda. Det är flera faktorer som bestämmer det. Switchfrekvens, gatens kapasitans, vilken drain-sourse spänning man har, vad drivkretsen klarar av, hur snabbt man vill att den skall switcha, hur snabbt den måste switcha för att inte elda upp sig själv eller att man eldar upp drivsteget. Om du nu verkligen tänker använda den lilla rackarn så är väl det tveksamt till om du behöver något gatemotstånd överhuvudtaget... Men sätt ett på 47 ohm så mildrar man processorns slutsteg mot att gå varmt.
"Tror du att en liten schottky-diod kan släppa igenom strömmen när spänningen går över 40V?" Är detta en olycklig formulering eller... Vitsen med en diod kopplad som den är såsom över spolen är ju att se till att det aldrig byggs upp någon backspänning, det skall ju dioden ta! Däremot så måste dioden klara den vanliga drivspänningen med råge och 24 v drivspänning och 40 volts tålighet på dioden är gott nog. Men jag har inga bra erfarenheter av just schhotty-dioder över spolar, dom är för känsliga. Jag har gått tillbaka till typ 1N4007, 1N5408 tror jag dom heter, helt vanliga kiseldioder. Sen när man får komponenter som går över en watt så kommer nästa problem, värme! En bipolär transistor typ NPN/PNP där går dess spänningsfall ner när den blir varm och på så vis lite självreglerande. På en MOS är det precis tvärtom, spänningsfallet ökar vid ökad temp och då ökar dess förlusteffekt och så ökar dess spänningsfall ytterligare osv, finns det ingen kylning som håller den i schack så dör den...Du har fått det till 1,2 watt från början och det bådar inte gått! (Sen skall väl tilläggas att den transistor som du har i ditt simuleringsprogram är nog tvärfel...)

[Janson1]

Ytterligare: Jag har ett alster där jag använder IRFZ44N och driver dom direkt från Arduino NANO (5 volt) och kör dom med ca 30 Ampere i korta pulser (dom driver spridare på en dieselmotor) och dom blir inte ens ljumna och jag har ingen som helst kylning mer än att transistorerna ligger fastskruvade på kretskortet. Nu är detta TO-220 kapslar men trots ganska hög ström så har dom ingen antydan till värmeutveckling. Mao, jag tycker du Daniel skall välja lite, lite bättre transistorer till ditt alster...

[Pucco]

Du har skygglapppar på dig när du läser databladen, du ser en parameter som passar och "då måste ju komponenten fungera". Man måste se helheten när man designar sånt här.
Du byter komponenter utan eftertanke, du ändrar förutsättningarna plötsligt. Först var det 24V och 5ohm som last sedan visar det sig att det är 13V och 7,5ohm du använder.

Den sista transistorn du valt är ju helt underdimensionerad. En SOT23-kapsel har i princip all kylning genom anslutningsbenen vilket innebär att den måste lödas fast på stora kopparytor på PCBt. EN sak som Janson1 också verkat notera är att i sista schemat är transistorsymbolen en PMOS.

Dioden du valt kommer troligen att brinna ganska snart då den överlastas rejält. Dioden som används måste tåla matningsspänningen med lite marginal vilket den gör men den måste också klara strömmen som går i spolen. Din diod har en pulstålighet på max 0,6A vilket gör att dina 2A kommer att bränna den. När transistorn stängs av finns energi lagrat i magnetfältet i spolen. Magnetfältet faller samman och genererar en ström som dioden kortsluter. Energin kommer att värmas bort i resistansen i spolen och spänningsfallet i dioden. Jag skulle välja en 1A kraftdiod med en pulstålighet av minst 5A.

En PTC-säkring har egentligen inget med skydd av elektonikkomponenter att göra. Det är tänkt som en effektbegränsning som ska skydda mot brand.

[DanielM]

Alltså, jag tror av texten att döma att du inte förstår detta med spänning, ström, dimensionering...

Jag förstår det där med ström och spänninng. Men dimensionering har jag problem med. Orsaken har med att det finns så många olika personliga åsikter vad som är rätt och fel så det blir väldigt förvirrande.

När du konstruerade ditt universal styrkort så skulle det vara i det närmaste bombsäkert vad gäller felkopplingar, felanvändningar mm och nu vill du på fullt allvar välja en transistor som förmodligen kommer att lämna in direkt vid allra minsta fel, kanske den lämnar in ändå?

Jag glömde dioden. Annars är det bombsäkert. Men inget kretskort är bombsäkert för allt beror på vad man vill utsätta kortet för.

Det är ytterligheter, antingen en bautatransistor eller en liten skit som knappt håller måttet. Sen så är jag tveksam till att PTC-motståndet blir varmt så fort att den hinner skydda transistorn men det skall du nog prova ut, inte i ditt simuleringsprogram utan IRL med flera exemplar av både transistor och PTC.

Enligt TomasL så är PTC riktigt bra. Åter igen, personliga åsikter. Jag tittar bara på databladet och läser hur snabbt PLC motståndet aktiveras om man överstiger en viss strömnivå.

Det finns givetvis uträkningar på vilket gatemotstånd man bör använda. Det är flera faktorer som bestämmer det. Switchfrekvens, gatens kapasitans, vilken drain-sourse spänning man har, vad drivkretsen klarar av, hur snabbt man vill att den skall switcha, hur snabbt den måste switcha för att inte elda upp sig själv eller att man eldar upp drivsteget. Om du nu verkligen tänker använda den lilla rackarn så är väl det tveksamt till om du behöver något gatemotstånd överhuvudtaget... Men sätt ett på 47 ohm så mildrar man processorns slutsteg mot att gå varmt.

Menar du att normalt laborerar man sig fram, istället för att kolla i datablad?

"Tror du att en liten schottky-diod kan släppa igenom strömmen när spänningen går över 40V?" Är detta en olycklig formulering eller... Vitsen med en diod kopplad som den är såsom över spolen är ju att se till att det aldrig byggs upp någon backspänning, det skall ju dioden ta! Däremot så måste dioden klara den vanliga drivspänningen med råge och 24 v drivspänning och 40 volts tålighet på dioden är gott nog. Men jag har inga bra erfarenheter av just schhotty-dioder över spolar, dom är för känsliga. Jag har gått tillbaka till typ 1N4007, 1N5408 tror jag dom heter, helt vanliga kiseldioder.

Vad är känsliga? För mig så har en scheottky-diod bara lägre framspänning än vad en vanlig germanium-diod. Annars gör dom exakt samma sak.

Sen när man får komponenter som går över en watt så kommer nästa problem, värme! En bipolär transistor typ NPN/PNP där går dess spänningsfall ner när den blir varm och på så vis lite självreglerande. På en MOS är det precis tvärtom, spänningsfallet ökar vid ökad temp och då ökar dess förlusteffekt och så ökar dess spänningsfall ytterligare osv, finns det ingen kylning som håller den i schack så dör den...Du har fått det till 1,2 watt från början och det bådar inte gått! (Sen skall väl tilläggas att den transistor som du har i ditt simuleringsprogram är nog tvärfel...)

Men då är frågan...hur mycket förluster blir det?`
Låt oss säga att mosfeten är 100 grader. Låter mycket. Men ur mycket ström kan mosfeten skicka igenom då vid Vgs = 3.3V. Jo, svaret finns i databladet.

Skärmklipp.PNG

Ytterligare: Jag har ett alster där jag använder IRFZ44N och driver dom direkt från Arduino NANO (5 volt) och kör dom med ca 30 Ampere i korta pulser (dom driver spridare på en dieselmotor) och dom blir inte ens ljumna och jag har ingen som helst kylning mer än att transistorerna ligger fastskruvade på kretskortet. Nu är detta TO-220 kapslar men trots ganska hög ström så har dom ingen antydan till värmeutveckling. Mao, jag tycker du Daniel skall välja lite, lite bättre transistorer till ditt alster...

Tycker? Jag har svårt med det där "tycka" på detta forum. Det blir så förvirrande då alla tycker olika. Jag har alltid fått kritiken att jag ska börja läsa datablad och lusläsa dom. När jag gör det, så får jag kritiken att jag dimensionerar för snävft. Men mina uträkningar stämmer från databladet, eller hur?

Du har skygglapppar på dig när du läser databladen, du ser en parameter som passar och "då måste ju komponenten fungera". Man måste se helheten när man designar sånt här.
Du byter komponenter utan eftertanke, du ändrar förutsättningarna plötsligt. Först var det 24V och 5ohm som last sedan visar det sig att det är 13V och 7,5ohm du använder.

Jag har bestämt mig nu att 2A är maxgränsen och 24V är maxspänningen.

Den sista transistorn du valt är ju helt underdimensionerad. En SOT23-kapsel har i princip all kylning genom anslutningsbenen vilket innebär att den måste lödas fast på stora kopparytor på PCBt. EN sak som Janson1 också verkat notera är att i sista schemat är transistorsymbolen en PMOS.

Ja, nu ser jag. 105 grader per watt. Det låter mycket. Jag hade totalt missat den parametern. 100 grader på ett kretskort är mycket.

Dioden du valt kommer troligen att brinna ganska snart då den överlastas rejält. Dioden som används måste tåla matningsspänningen med lite marginal vilket den gör men den måste också klara strömmen som går i spolen. Din diod har en pulstålighet på max 0,6A vilket gör att dina 2A kommer att bränna den. När transistorn stängs av finns energi lagrat i magnetfältet i spolen. Magnetfältet faller samman och genererar en ström som dioden kortsluter. Energin kommer att värmas bort i resistansen i spolen och spänningsfallet i dioden. Jag skulle välja en 1A kraftdiod med en pulstålighet av minst 5A.

Så du menar om jag pulserar med 2A, så kommer transientströmmen över dioden också vara 2A, men spänningen kommer vara betydlig högre? Så valet av min diod fallerar grundat på att pulståligheten är under maximala strömnivån från spolen?

En PTC-säkring har egentligen inget med skydd av elektonikkomponenter att göra. Det är tänkt som en effektbegränsning som ska skydda mot brand.

Den kan skydda komponenter också om man kör för mycket ström igenom.

[Janson1]

"Så du menar om jag pulserar med 2A, så kommer transientströmmen över dioden också vara 2A, men spänningen kommer vara betydlig högre? "
Nej, antingen har du en spänningsspik på x antal volt ELLER om du har en diod får du en strömspik på x amp men bara diodens framspänningsfall (0,2-0,8 volt)

[svanted]

och backspänningen över dioden kommer att vara lika med drivspänningen, om det är det du menar.

[H.O]

Dioden som används måste tåla matningsspänningen med lite marginal vilket den gör men den måste också klara strömmen som går i spolen.

Angående det här med diodens strömtålighet. Jag har aldrig RIKTIGT tänkt igenom det här utan bara satt dit en 1N4148 på små reläer, en 1N4001 på små kontaktorer och kanske en 1N5401 eller liknande på lite större grejer. Men låt oss säga att spolen i fråga drar 4A vid 24VDC och således har en resistans på 6 ohm. När switchen stänger av hamnar dioden i serie med spolen, förspänd i framriktningen. Om nu resistansen i spolen är 6 ohm och framspänningsfallet över dioden är 0.7V så borde ju strömmen aldrig bli mer än 117mA. Spänningen över spolen är ju "samma" som över dioden och det som begränsar strömmen är spolens resistans.

Alltså blir inte strömmen i närheten av de 4A som spolen drar "steady state".

Eller? Vad är det jag missar?

Kontaktor och oscilloskop står redo på bänken, det kanske blir en liten laboration framåt fredagskvällen

[Janson1]

Daniel: Det här med dimensionering... Först och främst så tror jag (läs tror) Att du egentligen inte har någon verklighetsförankring i dina antaganden. Saken blir inte bättre av att du försöker konstruera egna kretslösning som blir sämre än inget alls, (tex en bipolär push-pull som drivare till en mos. Utan denna koppling kommer det att funka utan vidare, med kopplingen blir det skit) Det är där kunskapen sätts på prov om man har fattat eller ej. Sen så tror jag inte alls att vi andra på forumet ger dig kontraproduktiv hjälp, det gör du så bra själv ändå. Börja tänk till vad som är rimligt. Mao, välj en mos-transistor som klarar det du vill + kanske 50-100 % överkapacitet. Ex. Du behöver en transistor som skall sänka 24 volt max 2 Amp och den skall drivas direkt av processorn som i sin tur går på 3,3 volt. Switchfrekvensen är 40 hz (om jag läste rätt förut) Kapseln är kanske av mindre betydelse just nu då kretskortet inte finns än. Sen kan man ha önskemål om yt eller hålmonterat. Då skulle jag leta upp en transistor som tål åtminstone 40-50 volt och 4 amp eller mer. Vidare skall den vara bottnad (så gott som) en garanterad bit innan 3,3 volt. Nu finns det förmodligen uppåt 1000 st att välja på. Välj nu den kapsel som du tror mest på med avseende på montering, ev kylning (egenligen skall transistorn inte behöva kylning överhuvudtaget vid så små belastningar). Vid 40 hz så behöver du nog inte bry dig över gatekapasitansen över huvud taget, det kommer att funka ändå. Sen sist men inte minst, man köper några transistorer och kopplar upp så att det i verkligheten verkligen funkar!

[ghu]

H.O

Man brukar säga att en spole är strömtrög, d v s man kan inte momentant ändra strömmen genom en spole utan det tar ett tag innan den ändras. I kraftelektronikbranchen brukar man säga att man aldrig kan bryta en ström genom en spole utan bara flytta den till en annan komponent.

Detta betyder att när det går 2 A genom spolen och du stryper transistorn så flyttas strömmen till frihjulsdioden och är i början 2A och sedan minskar tills all energin i spolen är förbruka i spolens resistans samt i dioden

Matematisk så gäller för en ideal spole med enbart induktans u = L di/dt
Att ändra strömmen med ett språng är ekvivalent med att derivatan di/dt är oändlig vilket enligt ekvationen ovan kräver oändlig spänning. Alltså går det inte att ändra strömmen språngvis.

OBS En verklig spole kan man vid låga frekvenser modellera med en ideal spole i serie med en ideal resistor.
Om du tänker med modellen i åtanke så är diodens framspänning över både ideal spole och ideal resistor men den ideala spolen har en spänning över sig som induceras av spolens magnetfält och är förmodligen mycket större än 0,7 V.

[Mindmapper]

Dioden som används måste tåla matningsspänningen med lite marginal vilket den gör men den måste också klara strömmen som går i spolen.

Angående det här med diodens strömtålighet. Jag har aldrig RIKTIGT tänkt igenom det här utan bara satt dit en 1N4148 på små reläer, en 1N4001 på små kontaktorer och kanske en 1N5401 eller liknande på lite större grejer. Men låt oss säga att spolen i fråga drar 4A vid 24VDC och således har en resistans på 6 ohm. När switchen stänger av hamnar dioden i serie med spolen, förspänd i framriktningen. Om nu resistansen i spolen är 6 ohm och framspänningsfallet över dioden är 0.7V så borde ju strömmen aldrig bli mer än 117mA. Spänningen över spolen är ju "samma" som över dioden och det som begränsar strömmen är spolens resistans.

Alltså blir inte strömmen i närheten av de 4A som spolen drar "steady state".

Eller? Vad är det jag missar?

Kontaktor och oscilloskop står redo på bänken, det kanske blir en liten laboration framåt fredagskvällen

Dioden leder och tar emot den ström som spolen kan leverera. Dess spänningsfall bestämmer alltså ej strömmen. En kortslutning skulle också ta emot den ström som spolen kan leverera. Naturligtvis kommer resistansen i spolen att vara en begränsande faktor. Likaväl spolens induktans. En mindre induktans har mindre energi lagrad. En 1N5401 som klarar 3A klarar en betydligt större stötström och är den jag skulle välja till en spole med en nominell ström på 4A och hög induktans. Är spolen liten går en 1N4001 bra.

[svanted]

Alltså blir inte strömmen i närheten av de 4A som spolen drar "steady state".

jo, det tror jag nog,
dioden sitter i backriktningen i förhållande till spänningen över spolen,
och när trissan, vad den nu heter, stryper, så vill induktansen fortsätta att dra samma ström och då drar den genom dioden,
alltså är strömmen första uS samma som spolströmmen, om vi kallar den det, men den sjunker snabbt allteftersom förlusterna tar hand om energin.
men spänningen över dioden/spolen blir lägre och negativ gentemot drivspänningen med ledande transistor.

[Janson1]

Ja, oavsett vad det blir för backström så brukar dioden aldrig gå sönder. Dom flesta backströmsdioder inom fordon brukar vara 1N400x, från 1 till 7...
Som svanted skriver så är det säkert samma förlopp vid avstängning som påslag ang strömmen. Sen är det väldigt korta tider rent allmänt, typ någon millisekund eller så och dom flesta dioder tål detta utan vidare. Så diodvalet är nog inte speciellt kritiskt men onödigt att välja schottydioder då dom är känsligare för nästan allt.
(min uppfattning)

[säter]

För mig så har en scheottky-diod bara lägre framspänning än vad en vanlig germanium-diod

Är det germanium i vanliga dioder nu för tiden?

[TomasL]

Blir nog rätt svårt att hitta.

[danei]

Vid tillslag börjar strömmen på noll och stiger. Så då blir det inga spikar.