EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

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EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von psclab38 » 05.04.2009, 18:09

Ich hab' bei meiner EDL mit externer Leistungsstufe und 4 mal IRFP2907 grade mal einen Leistungstest gemacht und bin damit auf die Nase gefallen:

Versuch 1: IHiVolt und I Soll 5A bei 20V, macht 100W. Lüfter der externen Stufe geht nach 'ner Weile an. Prima.
Versuch 2: wie oben, nur bis zur Maximalspannung 25V aufgedreht, macht 125W, da dauerte es nicht lange und das als Quelle fungierende Labor-Schaltnetzteil geht in die Strombegrenzung bei 5,1A.

Was ist passiert? Mir ist einer der IRFP2907 durchgeknallt! Scheinbar ist trotz der 0.1 Ohm Source-Widerstände die Stromverteilung so ungleichmäßig gewesen, daß sich der mit dem höchsten Strom am meisten erhitzt und dann wohl schützend vor die anderen drei geworfen hat. Sein Source-Widerstand ist zeitweise ganz dunkel geworden (hat sich wieder gegeben).

Die Toleranzen der einzelnen Transistoren bezüglich der Steuerung über die Gatespannung können von der derzeitigen Dimensionierung der Source-Widerstände scheinbar nicht kompensiert werden. Exemplarstreuugen bei den Transistoren können zur Ungleichverteilung der Last und damit zu Ausfällen führen. Und die Last war ja nur 50% der Nennlast!

Die EDL hatte nach dem internen Kurzschluß des FET einen permanenten Widerstand von 3.5 Ohm am Eingang. Ich muß mir erst mal Ersatz bestellen und werde die Stromverteilung danach nochmal messen. Derzeit (mit den drei verbliebenen FETs) liegt die Verteilung bei 30%+33%+37%.

Daher als Tipp: erstmal bei - sagen wir mal 50W Last - die Stromverteilung an den Sourcewiderständen messen, bevor Ihr höher aufdreht.

Viele Grüße
Paul

Roddot
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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von Roddot » 05.04.2009, 19:07

@psclab38
Es gibt schon einen längeren ( oder auch zwei) Thread(s) der sich mit der Auslegung (10A) befasst.
CM hat da anfänglich auch mitgearbeitet und zB den zweiten 75er nachgerüstet.
Da ist nachzulesen das bei der CM Dimensionierung zumindest zweifel aufkommen können.

Ich hatte ZWEI IRFP2907 auf GETRENNTEN Kühlkörpern probelaufen (thermisch nicht gekoppelt) wenn auch nicht dynamisch. Die löten aus bevor Sie sterben.
Die scheinen sich tatsächlich durch den PTC-Charakter (separate Kühlkörper) nun doch gegenseitig vor der Zerstörung zu schützen.
Da das schon bei zwei ein Wagnis darstellt ist bei vier IRFP2907 natürlich mit noch mehr Problemen zu rechnen.
Ich halte deshalb, nach wie vor, maximal zwei (zB die beschriebenen IXIS) für nötig.

Da ich die teuren 1843 erst einmal falsch eingelötet hatte und die Diode/Widerstands- Frage noch nicht von CM beantwortet wurde (Sättigung) habe ich nicht weiter gelötet, um nicht noch mehr € zu versenken;
Bis zu dem Zeitpunkt bis einer wie du das mal in die richtigen Worte fasst und eine CM/Segor Lösung (IXI FETs ?) nach Diskussion heraus kommt.
Die Frage warum die CM doKu eine andere Revisionsnummer hat als das PCB ist auch solch ein Mysterium.

Ich hatte frühzeitig den Bedenkenträger gespielt, scheint aber nichts gebracht zu haben.
Die Rolle scheint dir ja auch nicht fremd zu sein UND du scheinst wohl auch noch den richtige akademischen Rang zu haben.

Mal sehen ob wir nun, mit deiner Hilfe, eine ausbaufähige 10A EDL bekommen.
PS CM hat die Spannung für die 200 W begrenzt aber offenbar nicht in der FW
Mfg
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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von psclab38 » 06.04.2009, 00:07

Ich hatte frühzeitig den Bedenkenträger gespielt, scheint aber nichts gebracht zu haben.
Die Rolle scheint dir ja auch nicht fremd zu sein
Ja, scheint mir fast auch so :) Für Leistungselektronik bin ich normalerweise nicht der Experte, aber jetzt müssen wir halt mal sehen, was sich machen läßt.

Na, ich hatte mir - nachdem die ursprüngliche Diskussion irgendwann so Richtung Drehmomente und Anpressdrücke abgedriftet war - gedacht, daß wohl die ursprüngliche Dimensionierung also soo falsch nicht gewesen sein könnte. CM hatte ja auch die Lastverteilung an seinem Versuchsaufbau mit vier IRFP150 aus gleicher Charge gemessen und war zufrieden. Das hab ich dann gar nicht mehr in Frage gestellt, geschweige denn, nachgemessen.

Allerdings denke ich nach meiner heutigen Erfahrung nicht wie CM an eine Verringerung des Source-Widerstandes, sondern eher an eine Erhöhung. Evtl. muß man den IRFP2907 zusätzlich auch selektieren, was bei dem Preis aber nicht schön ist.
[aus dem ursprünglichen Thread:]...und jeder Fet scheint wohl einen eignen Regelkreis zu besitzen.
Q.E.D. Wenn schon aufgrund der Ug zu Id-Kennlinie zu große Exemplarstreuungen vorhanden sind, kann das der Source-widerstand und der positive Temperaturkoeffizient nicht kompensieren.
Wenn die FETs aber einigermaßen gleich laufen, dann sollte das keine Rolle spielen, die Frage ist dann höchstens, ob irgendwelche thermischen Effekte unter Belastung dazu führen, daß der Gleichlauf wieder aus dem Tritt kommt.
Die Dinger sind halt für schnelles Schalten von hohen Strömen designed ...

Die Montage auf verschiedenen Kühlkörpern ist m.E. nicht nötig, weil die Wärmewiderstände des FET-Gehäuses und der Glimmerscheibe von Haus den größten Anteil haben dürften (ich hab das jetzt nicht nachgerechnet). Die Siliziumchips sind damit nie auf gleicher Temperatur (quasi kurzgeschlossen), die können schon zehn Grad Abweichung haben, auch wenn sie auf dem gleichen Kühlköper geschraubt sind. Das sollte für ausreichend Entkopplung sorgen.
CM hat die Spannung für die 200 W begrenzt aber offenbar nicht in der FW
Wie meinst Du das? Ich hab immer 250W gelesen. Und die max. Spannung kannst Du in der FW einstellen, ab der Überspannung angezeigt wird (OPT 165). Oder meinst Du was anderes?

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von Roddot » 06.04.2009, 04:22

psclab38 hat geschrieben:
Na, ich hatte mir - nachdem die ursprüngliche Diskussion irgendwann so Richtung Drehmomente und Anpressdrücke abgedriftet war - gedacht...
Ich sehe schon bin noch nicht ausreichend penetrant genug gewesen, da ist nichts abgedriftet.

Bei vier FETs auf EINEM Kühlkörper ist die Möglichkeit die thermisch schlecht angeschraubt zu haben recht gross. Da kann sich dann der Hotspot im Bruchteil einer Sekunde bilden.
Wenn die nicht definiert auf den Kühlkörper gepresst werden kann mann sich alles weitere sparen; wegen des Hotspots.
Wenn du die FETs nur unzureichend luschig mit je einer Schraube angeschraubt hattest könnte auch das dein jetziges Problem ausgelöst haben.

Das die Stromverteilungs Rs unabhängig von ihrem R-Wert nicht (mehr) arbeiten wie von CM angedacht ist bei einem Hotspot nicht verwunderlich. (Scheint doch letztlich niederohmig zu werden->kaputt)
Auch deshalb bin ich für getrennte Kühlkörper. Da kann ein FET (im eigenen saft kochend) den anderen nicht auch noch aufzuheizen, dann wirkt auch der Stromverteilungs R besser.
Wenn auch nur ein FET einen Hotspot mit anschliessenden defekt bekommt ist es vorbei mit der FET PTC Charakteristik.
Die Verlustleistung bleibt ja auf dem Kühlkörper, dadurch müssten nun auch alle anderen FETs höhere Ri's bekommen und nun regelt die EDL den Strom auch noch nach und damit ihre verbliebenen Endstufen FETs über den Jordan.
Da muss noch eine Schutzschaltung rein wohl möglich für jeden FETeinzeln auch für das Gate.

Ich hatte bei meinem Versuchsaufbau mal mit je einer Polyfuse 7A (Tropfwassergekühlt) gespielt. Die könnten helfen einen Hotspot generell zu verhindern da sie bei Erwärmung erst langsam hochohmig werden und dann erst plötzlich reversibel abschalten.
Sollte es doch einmal zu einem vereinzelten Hotspot kommen helfen die Polyfuses auch nicht umbedingt weiter. Da macht es dann plop, plop und plop.
Ausschalten abkühlen lassen und hoffen das es nun doch wieder funktioniert ist bei einem ambitionierten Bastelprojekt auch nicht das wahre! Klar in der Serie ist das normal, Chinaplatine kost ja nichts.

Einfach die Rs zu vergrössern schützt nicht wirklich vor dem Hotspot wenn die auf einem Kühlkörper sitzen und steigert die minimale Spannung im 10A Bereich was ich nicht für wünschenswert halte.
Was macht Z1 oder Z2 hast du die falsche ausgebaut? Da sollte natürlich auch eine passende, um die 12V je nach FET Endstufe rein.
Ich denke da ist CM/Segor gefragt.
Auch gibt es die benötigten FETs wohl nicht von der Stange.
Die Schaltung für 10A 250W ist zu überdenken.

Meine 200W kamen noch von den 4 X 3305 ist also obsolet.

mfg
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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von amd-65 » 06.04.2009, 20:57

Hi,

parallelschalten von FETs im Analogbetrieb, um Leistungen zu verteilen, funktioniert nicht wirklich. FETs haben eine temperaturabhängige Transfercharakteristik. Damit es funktioniert, muß man sich rechts vom Kennlinienschnittpunkt befinden. Ich hänge mal die Kennlinien vom IRFP2907 und IRFR120 an. Beim IRFP120 könnte eine Stromverteilung ab ca. 5A je Transistor funktionieren. Beim IRFP2907 funktioniert diese erst ab 300A je Transistor. Unterhalb dieser Ströme wird der wärmere Transistor den gesamten Strom übernehmen. Es bringt also nichts, die Endstufe mit total überdimensionierten FETs zu bestücken. Stromverteilungswiderstände bringen bei FETs auch nichts, da die zu kompensierenden Spannungen viel zu groß sind.

Gruß
amd-65
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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von psclab38 » 06.04.2009, 21:15

Wenn du die FETs nur unzureichend luschig mit je einer Schraube angeschraubt hattest könnte auch das dein jetziges Problem ausgelöst haben.
Kann ich mir nicht vorstellen, die FET-Gehäuse werden bei mir mit einem Alu-U-Profil flächig auf den Kühlkörper (Fischer LAV6150) gepreßt. Die Teile hab ich fast nicht mehr vom Pad gekriegt, so festgeklebt waren die. Ich hab allerdings ein Pad verwendet; ich weiß jetzt nicht, ob das soo viel schlechter ist als Glimmerscheibe und Paste.
Wenn sich rausstellen sollte, daß der Wärmewiderstand mit Isolierung zu groß ist, dann hilft allerdings nur noch, die FETs direkt zu montieren und den Kühlkörper zu isolieren. Wäre jetzt aber auch nicht so tragisch.
Das die Stromverteilungs Rs unabhängig von ihrem R-Wert nicht (mehr) arbeiten wie von CM angedacht ist bei einem Hotspot nicht verwunderlich. (Scheint doch letztlich niederohmig zu werden->kaputt)
Ja, wenn ein Transistor alleine zu heiß wird und einen Hotspot entwickelt, dann ist's sowieso vorbei. Es geht m. E. darum, die Last einigermaßen gleich zu verteilen .
Da muss noch eine Schutzschaltung rein wohl möglich für jeden FETeinzeln auch für das Gate.
Ja, aber vielleicht weniger "Schutz"-Schaltung als "Ausgleich"-Schaltung. Einen >Schutz< sehe ich eher zusätzlich.
Einfach die Rs zu vergrössern schützt nicht wirklich vor dem Hotspot wenn die auf einem Kühlkörper sitzen und steigert die minimale Spannung im 10A Bereich was ich nicht für wünschenswert halte.
Was macht Z1 oder Z2 hast du die falsche ausgebaut? Da sollte natürlich auch eine passende, um die 12V je nach FET Endstufe rein.
Das sollte passen, ist glaub ich eine 12V-ZD drin.
Ich denke da ist CM/Segor gefragt.
...
Die Schaltung für 10A 250W ist zu überdenken.
so sieht es wohl aus.


An meinen verbleibenden 3 FETs hab ich jetzt mal gemessen:

U I P I1 I3 I4 Ug
10V 2.5A 25W 0.74A 0.79A 0.90A 4.06V
20V 2.5A 50W 0.67A 0.78A 0.98A 3.98V
25V 2.5A 62W 0.54A 0.73A 1.16A 3.88V

10V 3.0A 30W 0.88A 0.96A 1.07A 3.89V
20V 3.0A 62W 0.70A 0.94A 1.26A 3.81V
25V 3.0A 75W 0.65A 0.88A 1.40A 3.78V "kalt" *)
25V 3.0A 75W 0.57A 0.81A 1.66A 3.73V "heiß" **)

Ug gemessen von Gate zum gemeinsamen Fußpunkt der Source-Widerstände.

**) Dieser Zustand stellt sich erst nach einer Minute ein.
Damit galoppiert der T4 den anderen davon, zieht alle Leistung auf sich und damit wird er rein leistungsmäßig überfahren.
Das kommt davon, daß der Ugs(th) mit steigender Temperatur sinkt, und zwar erheblich, da kommt der Source-Widerstand in unserem Wertebereich aber nicht dagegen an.

Bin schon 'ne Weile am Tippen.und hab jetzt grade gesehen, daß amd-65 in der Zwischenzeit die Sache theoretisch aufgearbeitet hat. Da deckt sich die Theorie und die Praxis recht gut.
amd-65:Es bringt also nichts, die Endstufe mit total überdimensionierten FETs zu bestücken.
Hast du dann eine Empfehlung für die Bestückung, für mehr Leistung als die standardmäßigen 50W?

Viele Grüße
Paul

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von Roddot » 06.04.2009, 23:12

amd-65 hat geschrieben:Hi,
Ich hänge mal die Kennlinien vom IRFP2907 und IRFR120 an. Beim IRFP120 könnte eine Stromverteilung ab ca. 5A je Transistor funktionieren. Beim IRFP2907 funktioniert diese erst ab 300A je Transistor. Unterhalb dieser Ströme wird der wärmere Transistor den gesamten Strom übernehmen. Es bringt also nichts, die Endstufe mit total überdimensionierten FETs zu bestücken. Stromverteilungswiderstände bringen bei FETs auch nichts, da die zu kompensierenden Spannungen viel zu groß sind.
Hallo AMD65,

Ja das hilft schon mal das alles Prinzipiell zu verstehen. Die beiden Kennlinien sind aber halt nicht für DC gerechnet oder geschrieben.
Deshalb hilft das Datenblatt nicht bei der wirklichen praktischen Dimensionierung.
Wenn man das mal ausser Acht lässt sprechen deine genannten 5A und deine Einschätzung der Sinnhaftigkeit der Source Widerstände ja auch dafür maximal nur zwei FETs zu verwenden.
Ich denke wir kommen nicht an Fet Typen herum die DC im Datenblatt haben und das auch noch bei 75°C Übertemperatur.
Oder eben doch alle typen kaufen und ausprobieren, nur wer hat da bei einem Hobby-Projekt die nötige Marie dazu?
Mechanisch bin ich auch immer noch für getrennte Kühlkörper ohne Iso zum Fet geklemmt mit den >100Nm Klemmen und nötigenfalls halt den Kühlkörper sammt Lüfter "isolieren".
EIn dritter LM-75 sollte adresstechnisch ja noch gehen. Ok der Kompiler.....
Die Lüftersteuerung könnte man wieder unabhängig (2X PC-Lüfter-Steuerung "Schraubpille") realisieren, die 75er schalten nötigenfalls das EDL ab. (wenn nur ein 75er eine zu heisse Endstufe (Temp. Asymmetrie) meldet. OK der Kompiler....
---
Beim umladen müssten die parallelisierten FETs je nach Gatekapazität auch noch eine Problematik haben die wieder einem Fet alle Last aufbürdet, wodurch dieser, über die Zeit, wieder Hotspot gefährdet ist.
Da habe ich keine Idee ob man das überhaupt schaltungstechnisch kompensieren kann.

Die IRFP240/250 hatten wir ja auch schon mal erwähnt. die haben manchmal DC im Datenblatt stehen, eben manchmal auch nicht.

Wie siehst du da die mögliche verwendung von nur zwei IRFP?

Ist es da nicht wirklich besser CM/Segor auf den sich abzeichnenden unbefriedigenden Zustand der EDL-250W hinzuweisen und die Planung/Bauteilbeschaffung (zB IXYS) wieder in deren Hände zu legen.
Genügend Stichpunkte finden sich ja nun in den verschiedenen Threats.

Grüsse

@psclab38
Wenn du zwei große getrennte Kühlkörper hast, mach die gleiche Messung doch mal mit zwei IRFP ohne Iso-Scheiben.
Auch wenn die IRFP nun schon gelitten haben ist es im dynamischen Zustand mal interessant zu sehen (Gate-Kapazitäten) wie die sich schlagen.
Let's fets with Static-DC. :-)

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von psclab38 » 07.04.2009, 07:22

Beim umladen müssten die parallelisierten FETs je nach Gatekapazität auch noch eine Problematik haben die wieder einem Fet alle Last aufbürdet, wodurch dieser, über die Zeit, wieder Hotspot gefährdet ist.
Da habe ich keine Idee ob man das überhaupt schaltungstechnisch kompensieren kann.
Die Gate-Kapazität ist bei unserer DC_Anwendung untergeordnet, die kommt hauptsächlich bei sehr schnellen Schaltanwendungen zum Tragen, weil man da mit hohem Treiberstrom den FET nur kurz in der Zone hoher Verlustleistung halten will/kann. Also genau das Gegenteil von unserer Anwendung, wir wollen ja maximal Leistung verbraten. Die Treiberleistung der EDL ist IMHO ausreichend, die Gatespannung dümpelt über Minuten gerade mal um ein paar 10 mV, da ist die Gatekapazität (zumindest bei statischer Last) kein Thema. Und beim Ripple-Modus dominiert auch die statische Last gegenüber den Unterschieden beim Schalten.
Wenn du zwei große getrennte Kühlkörper hast, mach die gleiche Messung doch mal mit zwei IRFP ohne Iso-Scheiben.
Auch wenn die IRFP nun schon gelitten haben ist es im dynamischen Zustand mal interessant zu sehen (Gate-Kapazitäten) wie die sich schlagen.
Nein, ich habe keine zwei gleich großen Kühlkörper, und ich bezweifle, daß wir das Problem mit der thermischen Trennung in den Griff kriegen können. Der heißeste Transistor wird einfach davonlaufen und den Großteil der Last auf sich ziehen. Das wird der sein, der bereits bei Raumtemperatur die niedrigste Ugs(th) hat. Der PTC-Effekt des FET hat im Prinzip mit der Lastverteilung on-chip zu tun, da können sich auf dem Chip selbst über einen weiten Temperaturbereich keine Hotspots bilden, bei uns wird ein Transistor selbst zum Hotspot, weil er einfach zuviel Leistung auf sich vereint.

Das Problem ist das rein thermische Verhalten der FETs, indem die Gate-Threshold-Spannung sinkt, wenn die Temperatur steigt (und in unserem Strombereich ist das dann leider ein NTC), und das geht ganz langsam über eine Minute, mit der Temperatur. Weil das aber so langsam geht, kann ich darauf zurückschließen, daß die thermische Kopplung des Transistors an den Kühlkörper ganz brauchbar ist.
Wir haben hier ein instabiles Gleichgewicht, wenn wir mehrere Transistoren parallelschalten, und das Problem hast du schon bei zweien, die dann aber deutlich mehr Last abkönnen müssen, wodurch sich der Effekt nochmal verstärkt.

Wir brauchen also entweder Typen, die von Haus aus brav sind, also Gatespannungen mit positiver Charakteristik haben, zumindest im interessanten Strombereich bis 5A pro Transistor (das sieht aber schwierig aus), oder wir müßten den Transistoren jedem einzeln eine Regelschleife verpassen, damit sie - jeder für sich - auf dem Pfad der Tugend bleiben. Das schränkt zwar vielleicht die Dynamik etwas ein, aber möglicherweise ist das ja ein Ansatz. Ein Hinweis aus dem alten Thread hatte mich darauf gebracht.

Viele Grüße
Paul

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von ompf » 07.04.2009, 07:47

Hat denn noch keiner IGBTs eingesetzt? Die sollten deutlich gutmütiger sein.


Gruß
Patrick

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von moosmichel001 » 07.04.2009, 11:32

Und da werfe ich doch mal die Frage auf, ob der Transistor HGTG20N60B3D eventuell geeignet wäre.
Dieser ist momentan bei Pollin gegen geringe Gebühr zu haben.
Eine genagelte Schraube hält besser als ein geschraubter Nagel.
FPGA v2.61 CORERAM/COREIO/(LCD)
ADAC v1.73 IO8-32/DA12-8(16bit)/AD16-8/CVC/REL8/OUT8
2 DCG(16bit) v2.91 DCP/BF + EDL 2A v1.78 + DIV v3.10 TRMSC
DDS v3.71 TRMSC + DIV v3.10 TRMSC + EDL 10A

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von Roddot » 07.04.2009, 12:00

Um auch die Entladekurven von Primärzellen und Akkus aufzunehmen sind die IGBT's nicht wirklich eine Alternative.
Die Gatekapasitäten müssten dann beim entladen/LAst mit PWM/PVM/Frequenz -förmigen Strömen zum tragen kommen.

Wir sind in den letzten 4-5 Monaten nicht wirklich weiter gekommen nur die Bestätigung das es Probleme gibt ist nun offenkundig.

Bei getrennten Kühlkörpern heizt der mit den mehr an Verlustleistung den mit der geringern nicht auch noch auf.
Wie ausgeführt muss das nicht unbedingt von Vorteil sein.
Es findet aber auch kein thermisches aufschaukeln statt, wenn nun die Lüfter noch separat drehzahlgeregelt sind gibt das generell ein Zuverlässigkeits-/Sicherheits- Gewinn durch den, zugegeben aufwändigeren, mechanischen Aufbau.
Der eine Fet zieht die Last zwar immer noch auf sich nur bleiben die Verhältnisse zueinander nun gleicher, das zusätzliche wegdriften unterbleibt.
Da müsste die Schaltung mit zwei getrennten Endstufen/Kühlkörpern in den von CM geplanten Parametern bleiben.
Die angesprochenen prinzipiellen Nachteile der Schaltungsauslegung bleiben dabei aber leider bestehen. Man hat aber nun die Chance das die Endstufe ersteinmal überlebt, bis eine "große" Lösung gefunden ist.

Die Montage mit Sil-Pads (Gewebe verstärkt) ist aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitung schon die grösstmögliche Thermischeentkopplung die überhaupt möglich erscheint wenn man die FETs auf nur einen Kühlkörper betreiben möchte.
Die praktischen Versuche von psclab38 zeigen doch ganz klar das die Thermischeentkopplung auf einem Kühlkörper zwar nachzumessen ist, funktioniert also wie von psclab38 geplant, trotzdem nicht ausreicht.
Zusätzlich schreibt psclab38 das die FETs selber zum "Hotspot" werden, dass würde ich so interpretieren das die Sil-Pads so schlecht die Wärme leiten das die FETs auch einfach zu heiss werden und auch deshalb "weglaufen".
Es funktioniert also wohl leider nicht die FETs mit Iso-Material zu montieren; Bei der momentanen Schaltungsauslegung zumindest.

Grüsse




Ich denke das AMD65 es schon am laufen hat oder hätte, wenn er den eine <= 250W EDL hätte haben wollen. :-)

Grüsse

Edit; PS:
IRFP2907 Drain liegt auf Kühlfläche
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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von psclab38 » 07.04.2009, 13:31

Die Montage mit Sil-Pads (Gewebe verstärkt) ist aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitung schon die grösstmögliche Thermischeentkopplung die überhaupt möglich erscheint wenn man die FETs auf nur einen Kühlkörper betreiben möchte.
Die praktischen Versuche von psclab38 zeigen doch ganz klar das die Thermischeentkopplung auf einem Kühlkörper zwar nachzumessen ist, funktioniert also wie von psclab38 geplant, trotzdem nicht ausreicht.
Zusätzlich schreibt psclab38 das die FETs selber zum "Hotspot" werden, dass würde ich so interpretieren das die Sil-Pads so schlecht die Wärme leiten das die FETs auch einfach zu heiss werden und auch deshalb "weglaufen".
Es funktioniert also wohl leider nicht die FETs mit Iso-Material zu montieren; Bei der momentanen Schaltungsauslegung zumindest.
Das hab ich so nicht geschrieben bzw. nicht so gemeint.
Also: Wenn der heißeste Transistor über eine Minute braucht um sich auf den Endzustand aufzuheizen (ohne daß der Lüfter lief), dann heißt das für mich, daß die Wärmeableitung über den Kühlkörper grundsätzlich in Ordnung ist. Kann man verbessern, wenn es grenzwertig ist, aber muß man erst mal nicht. Das ist aber für unser prinzipielles Problem erst mal unerheblich.

Ich hatte auch nicht geplant, die Pads extra zum thermischen Trennen der Transistoren einzusetzen, die sind halt für die elektrische Isolierung da und verursachen einen Wärmewiderstand. Wenn Du je einen Transistor alleine auf einen Kühlkörper packst, wird der Effekt genauso zu beobachten sein.
Bei getrennten Kühlkörpern heizt der mit den mehr an Verlustleistung den mit der geringern nicht auch noch auf.
Wie ausgeführt muss das nicht unbedingt von Vorteil sein.
Es findet aber auch kein thermisches aufschaukeln statt, wenn nun die Lüfter noch separat drehzahlgeregelt sind gibt das generell ein Zuverlässigkeits-/Sicherheits- Gewinn durch den, zugegeben aufwändigeren, mechanischen Aufbau.
Der eine Fet zieht die Last zwar immer noch auf sich nur bleiben die Verhältnisse zueinander nun gleicher, das zusätzliche wegdriften unterbleibt.
Das kann ich nicht nachvollziehen:
Es wird immer einen FET-Transistor geben, der sich aufgrund der niedrigeren Ugs(th) stärker aufheizt und damit den Effekt verstärkt und dann wegläuft. Bei meinem Aufbau hätte ja die abgegebene Wärme den direkten Nachbarn zum "Mitmachen" ermuntern müssen, das war aber so nicht zu beobachten. Man müßte die Transistorchips direkt zusammenpacken, damit alle gleich heiß sind, dann bleibt die ursprüngliche Stromverteilung vielleicht etwas besser erhalten.

IMHO muß die Ansteuerung der Transistoren an sich stabil sein, egal, ob ich sie auf ein kleines Kühlblech setze oder auf den dicken Kühlkörper. Diese Stabilität haben wir hier aber nicht, im Gegenteil. Die Transistoren werden immer unterschiedliche Temperaturen haben, auch wenn sie auf dem gleichen Kühlkörper sitzen, dafür sorgt schon der Wärmewiderstand vom Chip zum Gehäuse und vom Gehäuse aufs Alu (wenn man direkt montiert). Auch der dickste Kühlkörper hat ein Temperaturgefälle.
Den Ansatz, das Problem mit getrennten Kühlkörpern und und individueller Kühlung in den Griff zu bekommen, halte ich für gewagt. Der Kühlkörper ist nur dafür da, die Wärmeleistung vom Transistor wegzuleiten, die Verteilung der Leistung muß schon elektronisch (entweder implizit oder mit Schaltungsmaßnahmen) erfolgen. Dann ist es auch egal, ob es ein gemeinsamer Kühlklotz oder getrennte sind.

Viele Grüße
Paul

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von Roddot » 07.04.2009, 14:04

psclab38 hat geschrieben:
Das hab ich so nicht geschrieben bzw. nicht so gemeint.
Also: Wenn der heißeste Transistor über eine Minute braucht um sich auf den Endzustand aufzuheizen (ohne daß der Lüfter lief), dann heißt das für mich, daß die Wärmeableitung über den Kühlkörper grundsätzlich in Ordnung ist. Kann man verbessern, wenn es grenzwertig ist, aber muß man erst mal nicht. Das ist aber für unser prinzipielles Problem erst mal unerheblich.

Ich hatte auch nicht geplant, die Pads extra zum thermischen Trennen der Transistoren einzusetzen, die sind halt für die elektrische Isolierung da und verursachen einen Wärmewiderstand. Wenn Du je einen Transistor alleine auf einen Kühlkörper packst, wird der Effekt genauso zu beobachten sein.
Müssen die den wirklich isoliert sein? Also warum der Aufwand wenn nicht zur Thermischenentkopplung?

Grüsse
Let's fets with Static-DC. :-)

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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von cm » 07.04.2009, 18:45

Hallo,

hatte zwar wenig Zeit, die Diskussion mitzuverfolgen, hier aber Trotzdem meine Tube Senf:

Leistungen >80W pro Transistor in den Griff zu bekommen ist in der Tat problematisch. Die Dimensionierung haut nur hin, wenn man KEIN Glimmerplättchen verwendet, sondern den MOSFET direkt auf einen blank polierten (Eloxierung entfernen!) Alu-KK setzt. Hilfreich wäre auch ein Kupferstück als Heatspreader und ein WENIG Silber-Wärmeleitpaste. Wichtig ist, dass die Transistoren absolut plan aufliegen; Wärmeleitpaste kann einen direkten thermischen Kontakt nicht ersetzen!

Tödlich sind diese Silikon-Pads oder auch dicke Glimmerscheiben. Ich habe mal extrem dünne orangefarbene Isolierscheibchen verwenden, die ich noch rumliegen hatte, die gingen noch halbwegs.

Ansonsten sollte es ein thermisches Weglaufen eines einzelnen MOSFETs theoretisch gar nicht geben wg. negativem TK. Na ja, theoretisch...
Carsten Meyer

Redaktion c't

psclab38
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Re: EDL 250W-Version mit externer Leistungsendstufe und IRFP2907

Beitrag von psclab38 » 07.04.2009, 19:50

Leistungen >80W pro Transistor in den Griff zu bekommen ist in der Tat problematisch. Die Dimensionierung haut nur hin, wenn man KEIN Glimmerplättchen verwendet, sondern den MOSFET direkt auf einen blank polierten (Eloxierung entfernen!) Alu-KK setzt. Hilfreich wäre auch ein Kupferstück als Heatspreader und ein WENIG Silber-Wärmeleitpaste. Wichtig ist, dass die Transistoren absolut plan aufliegen; Wärmeleitpaste kann einen direkten thermischen Kontakt nicht ersetzen!
Ich gehe mal davon aus, daß damit die thermische Kopplung der Transistoren möglichst eng sein soll s.o. (abgesehen von der besser abgeführten Wärme)?
Tödlich sind diese Silikon-Pads oder auch dicke Glimmerscheiben. Ich habe mal extrem dünne orangefarbene Isolierscheibchen verwenden, die ich noch rumliegen hatte, die gingen noch halbwegs.
Das erklärt sich dann von selbst.
Ansonsten sollte es ein thermisches Weglaufen eines einzelnen MOSFETs theoretisch gar nicht geben wg. negativem TK. Na ja, theoretisch...
Das gilt auch für den Rds(on), da gleicht sich das (im Schaltbetrieb) ganz prima aus. Hier im Linearbetrieb dominiert aber die Ugs(th), und die läuft halt bei den hier verwendeten "niedrigen" Strömen in die falsche Richtung davon.

Viele Grüße
Paul

Nachtrag:
Ich konnte es ja nicht lassen und hab's gleich ausprobiert: Pads raus und nur mit Wärmeleitpaste (ohne Silber, hab keine andere da).
Ja, ich geb's zu: Ich hätte echt nicht geglaubt, daß der niedrigere Wärmewiderstand zum KK die Transistoren zur Vernunft ruft. Es ist zwar immer noch der gleiche, der am meisten Strom abkriegt, aber das Verhältnis ist (in gewissen Grenzen) stabil. Ich kann allerdings nur mit 5A messen, mehr gibt das Labornetzteil bei 25V nicht her: das ist immerhin Halblast, aber mit nur drei mal IRFP2907 (ich hab grade Nachschubprobleme), und das wäre vorher nicht gegangen.
Nettes Detail am Rande. Der "heiße" Transistor ist in der Nähe des Lüfters, der "mit dem geringsten Strom am anderen Ende des Kühltunnels. Wenn der Lüfter anspringt und damit der heiße Luftstrom zum kalten Transistor kommt, dann verschiebt sich das Strom-Verhältnis und beide haben annähernd die gleiche Last. Wenn der Lüfter wieder ausgeht, gehts zurück zum vorigen Zustand.

Warum ich die Pads verwendet hab? Eigentlich Faulheit: ich wollte den Kühlkörper nicht isoliert montieren müssen. Das ist aber so gesehen das kleinere Übel, wenn's dann funktioniert.

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