Hochleistungs-FETs meist nur noch als Schalter geeignet

Hallo allerseits,

Hatte die Idee, eine elektronische Last für Prüfzwecke mit FETs zu machen. Bei Gleichstrom-Dauerstrich immerhin leistungslos an zu steuern. 4 Stück parallel sollten bis ca. 600W verbraten, von ca. 10V bis ursprünglich 70V. Macht bei 70V eigentlich nur 8,5/4=2,1 A für jedes. Bei z.B. 35 V dann das Doppelte.

Bin ran gegangen wie bei der Auswahl von Bipolar-Transistoren, also pnp oder npn.
Wenn man dann sowas liest, hier MosFET, müsste es eigentlich sicher gehen, mit ausreichender Wärmeabfuhr natürlich.


Bild 1: Referenzdaten vom PSMN5R6-100PS
Schon eins für die Industrie, aber es gab auch andere dicke Brocken für Jedermann.

Hier mal die Schaltung, mit Bauelement-Historie. Immer die letzten sollten gültig sein.


Bild 2

Obwohl mit D2, D3, C4 und D4 umfangreicher Überspannungsschutz vorgesehen war, die sind alle tot:


Bild 3 gestorbene Überreste

In Wahrheit noch 8 weitere. Immer als Quartett, da ausreichend Energie in der Quelle.
Einmal ein Labornetzteil 70V 20A, ein anderes Mal beim Versuch, Schaltung etwas umgebaut als nicht schaltenden Laderegler für einen Akku zu nehmen: Leistungs-Z-Diode 13,6 Volt.

Hatte ansich schon ein Trauma. Wollte nie mehr was mit Leistungs-FETs machen. Aber hilft ja nüscht.
Dachte schon, es wären Überspannungs-Einstreuungen. Dabei ist die lösung ganz einfach. Musste mich aber erst mal einer drauf bringen:

Die SOA-Diagramme (Saf Operating Area) geben Aufschluss, dass die modernen FETs bei langsamen Abfahren der Kennlinie fast alle schwächeln. Hier das Beispiel vom genannten FET:


Bild 4
Bei 80V DC also gerade mal sicher bis 1 A.
Das in der Bauteilliste der Schaltung unten genannte IRFB 7730 PBF - auch ein Brummer mit 195A und 75V, 375W,
ermöglicht 1A sogar lediglich bei 25V.
Ursache ist die Interne Parallelschaltung mehrerer Systeme. Im Schaltbetrieb unproblematisch, nicht aber im A- oder B-Betrieb.
Da sind die Übertragungskennlinien (a) temperaturabhängig und (b) toleranzbehaftet. Sind sie sonst auch, nur im Schaltbetrieb
mach es nüscht.


Bild 5: Übertragungskennlinie vom PSMN5R6-100PS. Bei anderen ähnlich.
Übrigens durchaus mit großem Linearbereich. Führt bei anderen halblogarithmischen Darstellungen immer zu falschen Schlüssen.

Habe nur ein FET gefunden, was ich lt. SOA-Diagramm trotzdem verwenden kann: STW70N60M2


Bild 6
Hat zwar für DC keine Angaben. Liegt aber wohl daran, dass sie an solche ausgefallenen Nutzung garnicht erst gedacht haben.
Die DC-Grenzkurve liegt aber sonst dicht unter der für 100ms bzw. 10 Hz.
Hier nur für 10 ms eingetragen, denke aber, dass ich die 2,5 A /Stck bei 100V (dann bereits 1000W) lt. SOA sicher verbraten kann. Geht es doch da bis geschätzt 6 oder 7 A.

Ist auch sonst ein ungewöhnliches Bauteil, als N-FET bis 600V, mit Gate-Schutzdiode auch, aber nicht billig. Bei reichelt 10,50 EUR. Aber Spaß kostet.

Eine Lösung mit Darlington-Transistoren wäre billiger, Beispiel. Der Stromverstärkungsfaktor streut aber sehr, so das man sie aussuchen muss (FETs aber auch!). Stromgegenkopplung (R6) muss auch sein, auf U_BE angepasst.
Alois, FamZim, hatte da mal eine Idee, und eine Schaltung.

Dass generell ausreichende Kühlkörper dazu gehören, möge klar sein. Bei mir mit den Maßen 90x90x100, verrippt, 4 Stck..
2 Lüfter 12V ca. 0,2 A auch noch, mit 120 Kantenmaß. Also schon recht leise. Damit 600W sicher möglich, ohne um 300.

Noch sind die dicken FETs nicht da. Alles verzögert durch Korona. Bin jetzt aber guter Dinge.

Grüße vom Che

Hmm

Ich hatte mal Versuche mit FETs gemacht um sie als Schalter zu verwenden.
Mit änlicher Schaltung wie bei Che.
Es ging aber nicht, es gab immer einen recht hohen Spannungsverbrauch im FET.??
Ich nahm dann eine zusätzliche Spannungsquelle, ich denke mit + an den - Anschluß und mit - an den Gate denke Ich.
Und dann schaltete ER ganz durch. ??

Gruß Aloys.

Erspart wird mir nichts.
In Schaltung s. Forum/cf3/topic.php?p=55027#real55027
die dicken Dinger STW70N60M2 eingesetzt.
Jetzt Schwingneigung vom Feinsten. Wiederholfrequenz nur 500 Hz. Was da aber sonst noch drin ist..... Gewiss ein ganzes Bouquet an Frequenzen.


Fast schon Kunst, nur nicht zu gebrauchen.

Gewiss, Steilheit ist hoch, mit 60A/V. Haben aber andere vergleichbar auch.

Heute mal ein 12V Ladegerät an die Schaltung als Akku-Dummi 13V angeschlossen. Es flossen 12A. Geht also.
Dabei haben sich die Unterschiede der Spannungsfälle über 0,47 Ohm reduziert auf 3,3%. Scheint so, als ob sich die Kennlinien-Toleranzen der FETs vermehrt auf kleinere Ströme auswirken. Also auf die Anfänge der Übertragungskurven.

Und was die 73W bei 12,5 A je FET betrifft. Es ist eher selten, dass eine 600W-Anlage 50A aus hält, an 12V.
Realistisch eher die Hälfte nur. Dann sind es pro Widerstand 18 W. 25 W sind angegeben.
Und schon lauert neues Ungemach, denn als 25W verkauft, ist in den Datenblättern zu lesen, nur mit Kühlkörper bzw. Kühlblech 535 cm², bei 25°C. Ohne Wärmesenke, so nennt man das, nur 9W.

Aber auch hier gibt es Trost. Sie sind im Kühlstrom von 2 Ventilatoren. Und wenn die nur 2 m/s schaffen, so erhöht sich damit die Würmeabfuhr auf das 2,5-Fache. 18W sollten also kein Problem werden.

Hier aber nochmal der Hinweis, dass ich so etwas beim nächsten Mal mit 4 bis 6 Darlington-Transistoren lösen würde, ausgesucht, und wahrscheinlich angesteuert mit einem gemeinsamen Treiber.