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Parallelschaltung Power-MOSFETs

Als Testlast für einen Versuchsgenerator habe ich eine "Konstantspannungssenke" gebastelt und dabei

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nachgebaut, mit fünf parallel geschalteten IRLZ34N auf fettem Kühlkörper.

Der Generator kann bei 16V oder 24V DC bis zu 250 Watt liefern. Das tut bei kleiner Leistung allerliebst und begrenzt die Spannung sehr präzise. Bei >180 Watt knallt aber reproduzierbar nach kürzester Zeit einer der MOSFETs durch und geht in den Kurzschluß. Versuchsweise zu jedem Transsitor in Reihe geschaltete 0.1 Ohm brachten keinen Unterschied. Die Transistoren sind thermisch gut angekoppelt und werden bei den kurzen Betriebsszeiten nicht heißer als 50°C. Laut Datenblatt sollten Spannung, Strom und Leitung gut im Rahmen des zulässigen bleiben.

Was geht da schief? Darf man MOSFETs doch nicht so einfach parallel schalten, wie in

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im Abschnitt "Logic-Level Power-MOSFETs" beschrieben?

Hilft ein Umstieg auf nominell leistungsfähigere MOSFETs wie IRL2203N? Soll ich größere Leistungswiderstände jeweils an Drain schalten um kleine Unterschiede bei den Transistoren auszugleichen? Hilft ein kleinerer Widerstand zwischen OPAmp und den Gates?

TIA Andreas

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Andreas Oehler
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"Andreas Oehler" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@n.nabendynamo.de...

Richtig. Man muß zwischen Analogbetrieb und Digitalbetrieb unterscheiden Siehe de.sci.electronics FAQ:

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am Ende des Kapitels.

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://www.reocities.com/mwinterhoff/
Lies 'Die hohe Schule der Elektronik' von Horowitz/Hill bevor du fragst.
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
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MaWin

"MaWin" :

Ja, um einen Regler pro FET wird der OP nicht drumrumkommen. Konstantstromsenken kann man ohne Probleme parallel schalten, da muss halt jede Senke nur auf den halben Strom eingestellt werden. Darum lieber einen einzelnen fetten FET: FDL100N50F-ND mit 2500W :-), das Teil kostet auch nur 11Eur.

M.

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Matthias Weingart

snipped-for-privacy@gmx.de (Andreas Oehler) am 24.02.12:

Erste Maßnahme wäre, zu prüfen, ob da was schwingt. Wichtig ist, daß die Gate-Widerstände (10 kOhm ist ganz schön viel) möglichst dicht an den Transistoranschlüssen angeordnet sind, bei einem abgesetzten Kühlkörper gerne auch direkt ans Transistorbeinchen gelötet.

Jain. Es kömmt auf den Arbeitsbereich an.

Guggstu

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Da findest du in Fig. 4 den typischen Widerstandsverlauf über die Temperatur, auf dem die übliche Aussage "Mosfets kann man problemlos parallelschalten" beruht. Trägt einer deiner fünf mehr Strom als die anderen, wird er wärmer, der Widerstand steigt und der Strom verteilt sich wieder mehr auf die anderen. So gleicht sich das in der Theorie aus. In der Praxis auch, aber leider ist das nicht der einzige Temperaturgang in so einem FET.

Betrachte dazu Fig. 3

Hier kannst du erkennen, daß der Temperaturgang der Gatespannung gegenläufig ist. Je nach Ansteuerung und Temperatur kann der im linearen Betrieb den Effekt nach Fig.4 so überlagern, daß selbiger zum Ausgleich der Lastströme nicht mehr ausreicht.

Abhilfe schaffen passend dimensionierte Source-Widerstände. Ganz klassisch, wie man es als Emitterwiderstände von Bipolaren kennt.

Nein, die arbeiten ja gleich. Ein größeres Gehäuse wird natürlich die Verlustleistung besser los, so daß du unter Umständen mit weniger Transistoren auskommen kannst.

Bei dem beschriebenen Effekt nicht.

Rainer

--
"Immerhin sind im aktuellen Linux-Kernel etwas über 7000 GOTO's"
"19 sind von mir ;-)"
(H. Milz und G. Acher in de.sci.electronics)
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Rainer Knaepper

snipped-for-privacy@pentax.boerde.de (Matthias Weingart) am 24.02.12:

Nein.

Rainer

--
Recht und Gesetz werden seit Jahren durch die Gerichte vertreten -
wird Zeit das sie wiederkommen. (Markus Philippi in ger.ct)
Reply to
Rainer Knaepper

Rainer Knaepper :

Doch.

M.

Reply to
Matthias Weingart

Andreas Oehler :

Der Witz ist die thermische Gegenkopplung. Bei bipolaren Kraftdingern geht das nicht wg. Mitkopplung, je wärmer, umso mehr Strom bei gleicher Ansteuerung. Hier isses andersrum.

Weitersuchen ... Sorry, eigentlich keine Idee. Fängt da an den Gates etwas zu oszillieren an?

Sind die anderen an der Grenze ihrer Auslegung?

Eigentlich nicht, wg. Gegenkopplung. Am Drain sowieso eher nicht, wenn schon, dann längs zur Source (bei bipolaren kann man damit harmlosere Situationen noch ein wenig ausbügeln, MOSFETs bringen in diesem Punkt Robustheit per Bauart mit).

Z.B. Bei Schwingneigung. Oder vielleicht ist die Treiberstufe mit den Eingangskapazitäten überfordert?

Bringt die klassische Miller-Kapazität von Gate nach Drain etwas?

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Ewald Pfau

Am 24.02.2012 11:45, schrieb Andreas Oehler:

Schwingt da vieleicht was? Mal ein Oszilliskope drangehalten?

Vor einem Gate sollte meiner Meinung nach immer ein Gatewiderstand...

Andreas

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Andreas Ruetten

Fri, 24 Feb 2012 13:02:00 +0100, Rainer Knaepper:

Erstem Anschein nach schwingt da nix. Allerdings ist das ein Pedalgetriebener Generator und es ist schwierig gleichzeitig mit 200 Watt zu pedalieren und am Oszi herumzudrehen... Bei niedrigeren Leistungen schwingt zumindest nix.

Die 10k sind jeweils direkt am Transistor angelötet. Ich probier es mal mit nur 1k.

Das probiere ich jetzt mal. Ist ja auch praktisch, um die Stromverteilung messen zu können.

Nunja - nominell dreimal soviel P D max und viermal soviel I D max sollten doch etwas mehr "Luft" verschaffen.

Das Gerät soll am Montag in Betrieb genommen werden und die Bastelkiste gibt leider keinen Super-MOSFET her...

Danke auch für die anderen Tipps und Erläuterungen im Thread!

Andreas

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Andreas Oehler
24 Feb 2012 13:54:05 GMT, Ewald Pfau:

Verstehe ich jetzt auch mit Googlen nicht? Soll ich noch C's jeweils zwischen G und S hängen?

Andreas

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Andreas Oehler

Lieber 30-50 Ohm.

0.1 Ohm ist allerdings was wenig.

Mehr SOA-Flaeche fuer DC waere sehr paesslich. Aber Du kannst ja jetzt nur noch aus Elektroniklaeden bekommen was samstags mit dem Auto erreichbar ist. Oder den dicken Stereo von Frau Suhrbier schlachten :-)

Oh, schon Montag? Dann ist wohl Eile geboten. Kannst Du irgendwo noch am Wochenende bessere FET herbekommen? Die SOA (Fig 8) des IRLZ34 sieht nicht besonders anheimelnd aus:

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DC haben sie vorsichthalber ueberhaupt nicht angegeben und ich fuerchte mal dass der bei 20V oder so schon bei zwei oder drei Ampere den Knall hinlegt. D.h. fuer die Ausgleichswiderstaende im Source Pfad braeuchtest Du bei diesen FETs eher welche mit 0.3ohm oder so und mindestens 5W (besser mehr). Denn die Vth Toleranz ist mit 1-2V angegeben. Dazu brauchst Du fuer 200W am besten ein halbes Dutzend FETs, und natuerlich so viele dieser Source-Widerstaende.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

snipped-for-privacy@gmx.de (Andreas Oehler) am 24.02.12:

je, nun, kann natürlich sein, daß dickere Brummer in der gegebenen Anordnung die ungleiche Stromverteilung gerade eben aushalten. Auch die Kennlinien können ja in günstiger Richtung abweichen. Möglicherweise hilft auch schon ein älterer FET-Typ mit deutlich höherem Rdson statt eines auf Schaltbetrieb ausgelegten HexFet.

Rainer

--
Ja, ich weiß, das ist eigentlich fast nicht schön formuliert.
(Roy Kübrich)
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Rainer Knaepper

snipped-for-privacy@invalid.invalid (Joerg) am 24.02.12:

Hmnaja, super schnell schalten will er ja nicht.

Viel zu wenig.

Rainer

--
'Office-Produkte' wurden für den Bedarf von Heim- und SOHO-Anwendern
geschrieben. Und so sollte man sie auch betrachten. Quasi als
'fortgeschrittene Kartoffeldruckerei für zuhause'.
(Benedict Mangelsdorff in ger.ct)
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Rainer Knaepper

Andreas Oehler :

Das wäre zwischen G und D gewesen (Suche nach 'mosfet amplifier miller' spuckt ein wenig etwas aus); aus wäre nach Fig 5 für C[rss]=C[rd] die Größenordnung zu entnehmen und ein wenig draufzusatteln.

Um das regelungstechnisch grob auf eine Skizze zu bringen, würde ich den Generator quasi als Last für den Drain imaginieren, als Versuch, einen Eindruck von den wirksamen Verkstärkungsfaktoren zu bekommen. Bei der Gelegenheit dann: Vielleicht könnte man das Zeitverhalten, wenn es eher human zugeht, so verzögern, dass man in die Größenordnung der Thermik kommt (den Op-amp statt des 1 nF etwas beschleunigen, die MOSFETs mittels zusätzlichen C[gd] ein wenig bremsen, und hernach das Gesamtverhalten, um eine kleine Größenordnung darüber, über-alles bremsen)?

Mal so als Grobversuch, pi*daumen (hoffentlich wollen sich nicht ein paar abgeheizte Dreibeiner dann bei mir beschweren).

Aber unterwegs dorthin fällt mir noch die einfache Frage ein: Ob wohl ausgeschlossen ist, dass die Gate-Spannung kurz über die als maximal angegebenen 16 Volt klettern kann?

Reply to
Ewald Pfau
24 Feb 2012 20:03:17 GMT, Ewald Pfau:

Der Generator wurde zunächst nur für 16V DC genutzt und dann hoplahop für 22V umgebastelt. Die Spannugnen an den Gates waren bei niedriger Leistung aber stets weit weg von den 16V. Aber die Tüte mit

16V-Zenern liegt schon vor mir ;-)

Wie ist denn das übliche Versagensverhalten eines Hexfet bei ein paar Volt (also hier z.B. 22V statt erlaubten 16V) zu viel am Gate?

Andreas

Reply to
Andreas Oehler

Am 24.02.2012 12:27, schrieb Matthias Weingart:

Das Teil (also der FDL100N50F) ist ja von den Daten her furchteinflössend! Ich frag mich nur, wie man das Ding so gekühlt kriegt, daß es wirklich 2500W Verlustleistung überlebt...

Cheers Possel

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Andreas Wollschlaeger

Da haben schon Leute Versuche mit gemacht und das Gate ist bei vielen FETs erst weit jenseits von 50V durchgeballert. Ist wie mit vielen SMT Keramikkondensatoren. 16V Typen genommen, versuchsweise an das 60V Labornetzteil gehaengt, voll aufgedreht ... nix.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

Ist eher wie die PMPO-Angaben und leider hat sich das Phaenomen bei FETs breitgemacht. Junction to sink betraegt laut Datenblatt rund 0.15C/W. Bei 25C Umgebungstemperatur und angenommenem idealem Kuehlkoerper unermaesslicher Dimension kaeme das auf rund 400C. Aehm, ja ...

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Unter der PD Angabe steht dann ja auch 20W/C Derating ueber 25C. Was das ganze so ziemlich ad absurdum fuehrt.

Richtige FETs in diesem Metier werden mit dem Schraubenschluessel montiert:

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--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

Kühlung mit flüssigem Stickstoff würde erstmal die Kiste in die Regionen bringen. Helium wäre besser, aber auf Dauer etwas teuer. Aber es ist schon ein Witzgehäuse, alles Kunststoff, nur ein 11x14mm^2 Plättchen, durch das 2.5kW gehen sollen ;-).

Waldemar

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My jsme Borgové. Sklopte ¨títy a vzdejte se. Odpor je marný.
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Waldemar Krzok

snipped-for-privacy@arcor.de (Andreas Wollschlaeger) am 24.02.12:

Gar nicht. Jedenfalls nicht dauerhaft.

Die 2.5kW gelten für eine Gehäusetemperatur von 25 Grad.

Chip zum Gehäuse max. 0.05 K/W Gehäuse zum Kühlkörper minimal 0.1 K/W

2500*.15 sind 375K Der Kühlkörper müßte demnach also schon einen negativen Wärmewiderstand bieten. Ist selten.

Der Wert kann also nur im gepulsten Betrieb erreicht werden, für die Parameter müßte man sich die entsprechenden Transienten in den anderen Diagrammen ansehen, wozu ich jetzt gerade keine Lust habe :-)

Rainer

--
Junge, Du bist wirklich lern- und begriffsresistent. Man kann Dir
Quellen anbieten, aus denen Du Deine Defizite abbauen könntest,
wie man will, es ist, als ob man einen Ochsen ins Ohr zwickt.
(Paul Zeiler in de.comp.hardware.kuehlung+laermdaemmung)
Reply to
Rainer Knaepper

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