Kühlung ist kein Thema (s.u.), Gate-RC kostet praktisch nichts. (>>
Wie kommst Du auf diese Werte? Ich habe mal eine Simulation mit dem BSC014N03MS angeworfen,
10Hz 90% Duty, 100R Gate, 47n Drain-Gate. Mittlere Verlustleistung: 102mW. Der Löwenanteil sind RDSon-Verluste.
Der genannte FET kann bei Raumtemperatur bis über 2W, ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen.
Dafür brauchst Du erstmal ne passende Antenne. Und mit Deinen Ferritperlen erreichst Du auf Mittelwelle gar nichts. Bei 10Hz könnte Frank auch nochmal 10mal langsamer Schalten, also 1k Gate-Vorwiderstand. Dann spart er sich den Treiber. Sind dann um die 150mW
Warum? Thermisch völlig unkritisch. Riesen Abstand zu den Grenzen der SOA.
Trotzdem Kirche im Dorf lassen. Viel mehr Gedanken würde ich mir über die Strommessung machen, die mit Shunt ein Vielfaches der Verlustleistung erzeugt.
Ein Motor ist störtechnisch ein ganz anderes Kaliber, zumal da lange Netzleitungen als Antenne dranhängen und die Einschaltströme ein vielfaches des Nennstromes betragen. Das Bürstenfeuer tut sein übriges.
Langsames Schalten hat in der Deiner Anwendung praktisch keine Nachteile und die Störungen werden erst gar nicht erzeugt. Jörg will schnell schalten, erzeugt damit Störungen, die er dann wieder rausfiltern muss. Es gibt aber keinen realen Grund, schneller zu schalten, denn ein Verlustleistungsproblem durch Schaltverluste gibts bei 10Hz einfach nicht.
Wenn Du C3 gegen Drain schaltest, bekommst Du eine ähnlich gute FFT auch ganz ohne Filter. ALT gedrückt halten und den FET andrücken, zeigt Dir die Verlustleistung an. Mit STRG-Klick auf im Plot auf das Signal kannst Du dann den Mittelwert ablesen. Um die Verlustleistung im Schaltaugenblick musst Du Dir mit Deinem dicken MOSFET keine Sorgen machen.
Die Mittlere Verlustleistung durch die Schaltverluste sind bei 10Hz im unteren Milliwattbereich, auch wenn Du sehr langsam schaltest.
Den kann man voll digital ansteuern, mache ich fast immer so. Dann bleibt er schoen kuehl. Z.B. letztes Jahr, fette Pumpe mit 12V Motor bis etwas ueber 15A, ueber PWM musste das Pumpvolumen geregelt werden. Da sind zwei FETs drauf, ohne besondere Kuehlung und nichts wird heiss.
Das ist ziemlich egal, was Du gerade so da hast. Genuegend grosse 10A Ferritperlen hat man ja meist nicht, aber dicke 1uH fuer Schaltregler eher. War nur ein Beispiel, es geht auch mit anderen Spulen und ein wenig Saettigung ist nicht schlimm. Aber wie Michael schrieb, das ist jetzt schon Overkill.
Sollte man 1W Kohleschicht fuer nehmen. Bei 10Hz reicht auch 1/2W. Mit LTSpice kannst Du durch ALT-Linksklick den Verlauf der Verlustleistung in den Plot schreiben lassen. Im Plot dann mit CTRL-Linksklick auf den Ausdruck dafuer, das zeigt die Verlustleistung ueber der Zeit an.
Der Vorteil ist, dass Widerstaende fuer sowas ausgelegt sind, FETs hingegen sollte man deutlich und 70C halten, damit es Reserven gibt.
LTSpice hat noch leichte Macken in dieser Richtung. Man kann mit RELTOL und allem moeglichen experimentieren. Bringt die Kuh aber nicht immer vom Eis. Ich hatte das im Fruehjahr bei einem Schaltregler, wo ich die Taktfrequenz um einige Prozent verschieben musste, damit es durchlief.
Immer noch besser, als PSpice, was mir regelmaessig mit "COM Wrapper Error" und solchen Scherzen voll abgekachelt ist.
Oder wenn die Farbe der Solder Mask nicht mehr gefaellt :-)
Die Leiterin der Entwicklungsabteilung eines Kunden hat einen Dodge Sprinter (wie Eure von Mercedes) und nimmt ihre Giant Malamutes mit zur Arbeit. Diese Hunde haben eher die Statur eines Baeren, daher koennen die wochentags nicht mit rein. Da es hier heiss ist, laeuft staendig eine Klimaanlage. Diese wird komplett ueber Solarzellen auf dem Wagendach versorgt. Dann gibt es noch eine regelmaessige Statusmeldung mit Bilduebertragung und allem, sodass ein Ausfall der Anlage oder eine Klopperei unter den Hunden auf ihr Smart Phone uebertragen wird.
Ich mag Hunde und habe mit einem davon mal auf dem Parkplatz rumgeknuffelt. Die Leute drumherum dachten "Jetzt fetzt es gleich und wir muessen einen neuen Consultant finden".
Ich hatte das mit Franks FET probiert und mit diesen Werte liegst Du im Anstieg 1usec. Das sieht auf Mittelwelle und Kurzwelle garstig aus.
Der BSC014 Im SON-8 Gehaeuse? Selbst mit 6cm^2 Kuehlflaeche und vertikaler Platinenmontage schnackt der um 100K ueber Umgebungstemperatur. Wuerde ich nie tun.
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Zweimal 1uH gegenueber gar nix bringt auf Mittelwelle rund 20dB.
Das mit dem SON8 Gehaeuse solltest Du nochmal ueberschlagen :-)
Klar, ist ja auch eher als Lerneffekt gedacht. Bei Frank wird es kaum Aerger geben, wo sie dort alle Kabefernsehen haben. Mittelwelle hoeren mitten in Koeln geht heutzutage vermutlich eh nicht mehr.
Wenn man sowas jedoch mal fuer kommerziellen Einsatz entwickelt, kann das anders aussehen. Manchmal hat man nicht den Luxus, dass abgestrahlte Stoerungen nur ueber 30MHz gemessen werden.
Mit einem 2mOhm Shunt isses nicht so wild. Aber das erfordert MUX-Tricks, um den Offset wegzuklemmen. Oder teure Chopper-Amps.
Also lieber 1W in den Widerstand statt 100mW in den MOSFET?
Die meisten Widerstände haben Derating ab 70°C und gehen maximal bis
150°C. Außerdem altern die durch Pulsbelastungen. Also auch da ins Datenblatt schauen. Halbleiter sind da deutlich überlastfähiger, wenn man in der SOA bleibt. Die können für ein paar 100ns auch mal die 1000fache Leistung. Die meisten Widerstände können das nicht. Fets und 70°C ? Jede Automotive-Anwendung hat höhere Umgebungstemperaturen. Im Motorraum arbeiten FETs das ganze Autoleben bei über 100°C, weitgehend problemlos.
Bei gescheiter Entstoerung liegt der MOSFET eher im Bereich 3/4W. Der Widerstand bei weit weniger, man sollte die aber nicht so auswaehlen, dass die Platine darunter ueber die Jahre braun wird.
Daher schrieb ich Kohleschicht.
Das stimmt bei Kohleschicht nicht. Man braucht hier eh keine 1000x Leistung, sondern weniger als 50x Pulslast (mit der Spulenloesung).
Aeh, wie? Problemlos? Lies mal die Pannenstatistiken der letzten 10 Jahre. Wir haben den Kauf solcher Autos bewusst vermieden und das hat uns ueber 15 Jahre Pannenfreiheit beschert. Nachbarn haben ob der "unmodernen" Ausstattung anfangs gefrotzelt und in dieser Zeit heftige Summen wegen defekter KFZ-Elektronik bei den Werkstaetten gelassen. Ein sechs Jahre alter Land-Rover, ansonsten in top Zustand, war wegen weitraeumigem Elektronikschaden sogar kurz davor, verschrottet zu werden.
Ich komme auf weniger als 50mW im MOSFET bei Schaltzeiten zwischen 100µs und 10µs. Keine Ahnung, wie Du auf das 3/4W kommst.
In welchem PPM-Bereich spielen sich die Probleme denn wirklich ab? Die Halbleiter sind seltenst das Problem, eher Lötstellen, Elkos, usw.
Bei den E-Autos und Hybrid-Autos werden Leistungshalbleiter Wassergekühlt. Hier rechnet man mit Wassertemperaturen um die 75°C.
Wenn Du Automotive schon mit Deinen Elektroniken (Luftfahrt/Medizin) vergleichst, solltest Du die Fehlerrate auf die Stückzahlen beziehen. Die sind im Automobilbereich extrem viel höher, deshalb hört man auch mehr von Ausfällen. Wenn man aber zum Beispiel auf avherald.com die Zwischenfälle in der Luftfahrt so beobachtet dann scheinen die deutlich höhere Fehlerraten zu haben. Die leben von der Redundanz, sonst würden täglich einige Flieger runterfallen.
Habe ich mal ausprobiert für den 50 Ohm Widerstand und zeigt auch bei höherer Frequenz und größerem Zoom nur 15mA RMS an und ca. 120mA Spitzen. Spannungsabfall am Widerstand ist 760mV RMS und ca. 5V Spitzen (praktisch, daß man auch Expressions eingeben kann und so die Differenz zwischen zwei Spannungen anzeigen kann). Auch der Verlauf der Verlustleistung zeigt nur 600mW Spitzen für ein paar Mikrosekunden. Brennt ein Widerstand so schnell durch und mittelt das nicht gut?
Ich hätte normale 1/4 Watt Drahtwiderstände hier. Könnte ich dann vier
50Ohm Widerstände nehmen, je zwei parallel und die dann in Serie?
--
Frank Buss, http://www.frank-buss.de
electronics and more: http://www.youtube.com/user/frankbuss
Wo soll der Störpegel denn herkommen? Durch die Gegenkopplung bestimmt nicht. Durch die 100Ohm auch nicht. Richtiges Layout ist natürlich wichtig.
Frank hat doch den hier:
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Aso. Und diese Ferritperlen sättigen bei 10A nicht? Ein Windung macht 1µ? Was sind denn das für riesige Dinger? Die Verlustbehafteten Eigenschaften von Ferrit die man im UKW-Bereich nutzt, spielen hier ja noch keine Rolle.
Ok, habe mal nachgeschaut was Ayrton-Perry ist und klingt sinnvoll, denn soll ja nicht noch eine Spule sein :-) Vielleicht finde ich da auch noch was passendes in der Restekiste.
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Frank Buss, http://www.frank-buss.de
electronics and more: http://www.youtube.com/user/frankbuss
Da kommt der Integrator in LTSpice drauf, wenn ich Franks Orginalschaltung laufen lassen. Die mit rund 100usec.
Es ist fast epidemisch. Die Zeitschriften habe ich nicht mehr und an deren Web Info mit den Statistiken, was wo wie oft kaputt ging, kommt man nur als Abonnent ran. Ich bin nichtmal AAA Mitglied (sowas wie Euer ADAC) weil ... mein Auto einfach nicht kaputtgeht. Aber Stories wie diese sind (in Amerika) allgemein bekannt:
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Zitat " ... has yet again found that Volkswagen, Mercedes-Benz, BMW, Mini, Audi, Porsche and Jaguar all scored in the second half of its rankings".
Das sind ansonsten meist beliebte und von der mechanischen Konstruktion her sehr soldide Fahrzeuge, tolle Strassenlage, sportlich. Die Probleme sind immer mehr in der Elektronik und das ist in der Werkstatt schmerzhaft teuer.
Hier wird es noch drastischer gesagt:
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Zitat "The reliability of electrical and electronic components and systems in Japanese-made vehicles is better than that of North American vehicles and far superior to that of European luxury cars, a new study contends. For designers of such systems and the automakers that design them in, the lesson appears to be threefold: Keep it simple, pay attention to detail and be scrupulous in tracking down the cause of failures".
Man kann das als Autohersteller jetzt wegdiskutieren, runterputzen oder schoenreden, nutzt alle nix mehr. Die Leute reagieren mit den Fuessen, gehen zu anderen Herstellern. Dieses Thema ist ein Grund, warum unsere beiden Autos japanische sind. Da ist nur ein Minimum an Elektronik drin und die ist robuster als bei Marken aus USA oder Europa. Die Hersteller sollten daraus lernen, doch es scheint, dass das nicht geschieht.
Die Halbleiter gehen nicht immer kaputt, aber, und das habe ich selbst mitbekommen: TO220 ungekuehlt stehen direkt neben einem Elko. Wurde so heiss, dass man sich fast Blasen holte. Sowas ist Murks.
Tja, nur die meisten sind Benzin- und Dieselfahrzeuge. Auch da wird manches elektronische inzwischen wassergekuehlt, aber nicht viel.
Es ist definitiv so, dass mit dem Einzug von mehr Elektronik die Qualitaet von Autos vieler Hersteller rapide abgesackt ist. Die bleiben nicht mit Motorschaeden oder Bremsversagen liegen, sondern weil eine Lampe im Armaturenbrett anging und der Motor danach ausging. Der Pannendienst macht dann gar nichts, da kommt der Wagen sofort auf den Abschlepper.
Viele Problem gibt es, weil sie nicht durch die (hier sehr strenge) ASU kommen und der Fehler nicht bei Motor, Katalysator oder Lambdasonde liegt.
Elektronikprobleme sehe ich da aber nicht viel.
Das Design hat ein anderes Kaliber. Z.B. habe ich in dem Bereich noch keinen einzigen Elko eingesetzt und das versuche ich bis zur Rente auch so beizubehalten. Sowas kostet manchmal ordentlich Klimmzuege, besonders wenn man PFC Vorgaben hat, aber es geht. Bei KFZ hatte ich bisher als Entwickler nur mit Nutzfahrzeugen zu tun und da halten wir das aehnlich.
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