24V AC verlustarm schalten, evtl. mit antiparallelen MOSFETS?

Hallöchen,

gibt es eine Möglichkeit, Wechselspannung verlustwärmearm zu schalten? Gibt es einen Bauteil, das zwei antiparallele MOSFETs ggfls mit integrierter Ansteuerelektronik in sich vereinigt, und dabei die jeweils rückwärts leitende Diode elimieren konnte?

Da bekanntlich bei einer Beantwortung regelmässig die Fragen nach der akuten Problemstellung kommen, dieses: Ich möchte 24V Wechselspannung bei etwa 3A zur Temperaturregelung einer Heizpatrone mit einer Schaltfrequenz von höchstens 1 Hz schalten. Da nur wenige Kubikzentimeter und Gramm für mehrere solcher Regelungen auf einer bewegten Fläche in einem warmen Hantierungsbereich zur Verfügung stehen, muss die Schaltung nahezu verlustwärmefrei (1 Watt) sein. Triacs scheiden somit ebenso wie Gleichrichter wegen der hohen Verlustspannung aus. Eine irgendwie geartete Primärregelung vor Trafos scheidet aus, da die Minimierung auf zwei problematische Zuleitungen Sinn des ganzen Unternehmens ist. Zudem kann der vorhandene Trafo wegen besonderer Nebeneigenschaften kaum gewechselt werden. Ein Controller mit "Wechselspannungs MOSFETs" wäre hier eine gute Lösung. Daher die obige Eingangsfrage.

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Paul Rosen
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Paul Rosen schrieb:

Ich kürze mal und Stelle noch eine Frage: Sind Trafo und Heizpatrone potentialfrei zu betreiben? Dann hätte ich nämlich eine ultraeinfache Lösung, die deine Wünsche erfüllt...

fragt Jens

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Jens Carstens

Paul Rosen schrieb:

Klar gibts das, nennt sich PhotoMOS, schau bei

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Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Genial Dieter, Die Lösung trifft den Nagel auf den Kopf. Vielen Dank! :o)

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Paul Rosen

Obwohl ich weiter unten schon eine Lösung gefunden habe, wäre ich natürlich an etwas möglicherweise Einfacherem interessiert. Mir ist jetzt bloß noch nicht klar, was von was potentialgetrennt sein soll. Wenn Du "potentialfrei von der Netzerde" meinst, so müsste ich das erst verifizieren, da dies bisher keine Frage war. Es müsste aber am konkreten Objekt geschehen, was in den nächsten Tagen nicht möglich ist. Die Wahrscheinlichkeit für die Möglichkeit eine Nichterdung ist aber groß.

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Paul Rosen

Ja.

Zwei antiparallel geschaltete MOSFETs sind vermutlich nicht in Deinem Sinne, denn die beiden Body-Dioden wären dann ja auch antiparallel geschaltet und das Ganze würde immer in beiden Richtungen leiten.

Viel praktischer sind zwei antiseriell geschaltete MOSFETs. Es gibt genügend Leistungs-MOSFETs mit niedrigem R_DS_on in kleinen Gehäusen, z.B. SI7370DP von Siliconix/Vishay (Gehäuse: PowerPAK SO8). Hat gerade mal 11mOhm bei U_GS=10V. Bei zwei davon in Reihe und 3A gibt das ca.

200mW an Verlustleistung. Die Ansteuerung muss da noch dazu. Wie die aussehen soll, ist davon abhängig, wie der zu schaltende Stromkreis aussieht (massefrei, wenn nicht, wo geerdet und an welcher stelle darf aufgetrennt werden, um den Schalter einzufügen, etc.). Aber vermutlich lässt sich das mit sehr geringem Aufwand erledigen (Gleichrichter, Zenerdiode, kleiner Elko, Optokoppler, Schmitt-trigger - zwecks steiler Flanken am Gate).

Falls der Platz sogar für zwei PowerPAK SO8 (5mm x 6mm, SMD) zu knapp sein sollte, gibt es auch Doppel-MOSFETs. Da muss man dann aber bei den elektrischen Parametern Abstriche machen. Bei sonst gleichen Werten ist z.B. der R_DS_on etwa doppelt so groß wie bei einem Einzel-Typ.

Der 60V-Typ ist übrigens nicht zu großzügig dimensioniert. Wenn man die Toleranzen der Netzspannung und den Scheitelwert berücksichtigt, ist die Spannungsreserve gar nicht mehr so groß. Je nach Umgebung wäre noch eine Bisuppressordiode als Überspannungsschutz zu empfehlen.

Grüße,

Günther

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Günther Dietrich

Hallo Paul!

Paul Rosen schrieb:

Also erstmal vorweg: Dieters Lösung ist bestimmt die bessere, weil mit weniger Aufwand verbunden (Nur 1 Teil), allerdings bewegst du dich da mit deinen 3A schon im Grenzbereich (soweit ich auf die Schnelle bei NAIS gesehen habe). Ich hatte neulich mal das Problem, einen Heizkörper mit einer 12V-AC-Versorgung möglichst verlustarm zu schalten, allerdings bei 12A, und bin zu folgender Lösung gekommen:

220V | | xxxx ---- xxxx | | ___ +---- --------|___|---+ | 12V | | | | | | | | | ||-+ ||-+ ||
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Jens Carstens

Richtig, deswegen sprach ich ja von "rückwärts leitende Diode elimieren".

Der leitende MOSFET selbst hat kaum Verlustleistung, die rückwärts leitende Diode im dazu seriell geschalteten schon. Da liegt der Hund begraben.

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Paul Rosen

Günther Dietrich schrieb:

So kompliziert? Impulstrafochen und minimales Hühnerfutter reicht für den Zweck völlig.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Dieter Wiedmann schrieb:

Oder zwei dicke NMOS-FETs. Die Gatewiderstände kann man auch weglassen :-) Um ehrlich zu sein: ich befeuere obige Schaltung schon seit geraumer Zeit mit einigen Watt (144), und niemals ist sie warm geworden! Und das, obwohl ich statt 12V nur 5V am Gate reintu, direkt vom ATMega8 sein Ausgangsbeinchen (vulgo Portpin).

dito, Jens 'Antigalvano' Carstens

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Jens Carstens

Paul Rosen schrieb:

Nein, denn der andere FET leitet im eingeschalteten Zustand ebenso.

Tilmann

--
http://www.autometer.de - Elektronik nach Maß.
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Tilmann Reh

Jens Carstens schrieb:

Nicht oder, eben diese werden über o.g. angesteuert, galvanisch getrennt.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Paul Rosen schrieb:

Vielleicht w=E4re ja dieses das richtige Bauelement f=FCr Dich:

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Siehe auch hier:
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Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Dieter Wiedmann schrieb:

*patsch*, klar, ich konnte dir aufgrund der Sp=E4te der Stunde nicht folgen...

Gruss, Jens 'erst kucken, dann mucken' Carstens

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Jens Carstens

Was Du hier mal so nebenbei erwähnst, läßt das Problem in einem ganz anderen Licht erscheinen und ich habe es natürlich gleich selbst probiert. Meinen Standard MOSFET IRLU 2905 von International Rectifier im handlichen I-Pak rückwärts mit 3A Konstantstom belegt ergab 800 mV Spannungsabfall (die Diode). Das Gate mit 4 V angesteuert und tatsächlich waren es dann nur noch 60 mV, exact derselbe Wert, wie bei Vorwärtsbetrieb. Verlustleistung ist also 180mW.

Abhandlungen über MOSFETs erwähnen diese Möglichkeit des Rückwärtsbetriebes in aller Regel nicht. Mit diesem Wissen ist der antiserielle Betrieb als Lösung meiner Eingangsfrage natürlich naheliegend. Vielleicht bin ich nicht der einzige, der hier beim Lesen noch etwas gelernt hat.

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Paul Rosen

Ohne jetzt gross nachgedacht zu haben: 24 VAC sind fast

35 V peak, und um zu sperren muss ich noch ca. 4-5 V mehr negativ draufgeben. Da muss ich zuerst -40 V mal haben. Dazu kommt, dass obiger Typ diese Spannung nicht aushält.
--
mfg Rolf Bombach
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Rolf_Bombach

Irgendwie schafft Shimano das aber im SW-NX30 sogar ohne externe Versorgung etc.

Schaltbild nach besten Wissen und Gewissen im Beleuchtungstext auf

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Fahrrad> Irgendwo auf Seite

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Olaf Schultz

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