Thema: Neues vom Netzteilteststand

[Zeh Emm]

Gut, dass es gänzlich nicht funzt war ja auch nicht meine Meinung. Bloß wenn du all das optimierst, was du nanntest, dann kannst du nahezu alles neu aufbauen.

[nemon]

aus spaß habe ich die betreffende platine mal neu designt, es passen tatsächlich 16 regelungen, also 2 komplette kanäle auf eine platine. ich habe dazu noch zusätzlich ein manko behoben, welches ich bislang ebenfalls habe, was mich auch etwas nerven gekostet hat. undzwar verwende ich 0,082ohm-shunts in jedem kanal (die leistungswiderstände), über denen ja eine gewisse spannung abfällt. diese spannung soll gleich dem referenzwert der steuerplatine sein. war sie aber nicht. also eigentlich schon, aber dann doch nicht, undzwar ist diese spannung gegen die netzteilmasse gemessen. d.h., der nicht unerhebliche spannungsabfall über den kabeln wird von den operationsverstärkern ebenfalls gemessen. in meiner jugendlichen ignoranz habe ich anscheinend die spannung über den shunts stets direkt an den beinen gemessen, die referenzspannung aber immer gegen masse. es war also die spannung über den shunts stets im soll (wegen U=R*R wär alles andere auch EXTREM verwunderlich), aber die referenzspannung war meist so 50% höher. diesen unterschied konnte ich mir lange nicht erklären, bis mir die sache mit den kabeln aufgefallen ist. deswegen ist der jetzige aufbau ein wenig komplizierter geworden, denn ich nutze für jeden kanal jetzt einen dual operationsverstärker, dessen einer opamp als differenzverstärker die spannung über dem shunt (und nur über den shunt) auskoppelt und dem 2. opamp im gehäuse als rückkoppungsspannung übergibt. das ganze gibt es auch als bilder:




die platinen würde ich dann nicht mehr hochkant nebeneinander verbauen, sondern übereinander. ich benötige 4 dieser platinen, die wären dann mit abstandhaltern voneinander getrannt mit genug paltz zum luftdurchzug. das gefummel mit den bisherigen platinenführungen würde dann auch entfallen, aber eine schnelle demontage zwecks diagnose wär beinahe unmöglich. um etwas platz zu sparen, habe ich die lm358 in smdbauweise gewählt, ich hätte es auch mit den widerständen machen können, dies spart aber kaum platz und die zusätzlichen durchkontaktierungen würden auch noch etwas platz benötigen, die sind in den bedrahteten widerständen ja schon quasi inclusive. bis auf die 5 opamps unten rechts und die zugehörigen widerstände habe ich alles von hand geroutet, beim rest hab ich den autorouter laufen lassen, da ich keine lust mehr hatte.

wer gerade mal seine ätzausrüstung testen möchte, darf mir gerne einen prototypen davon fertigen, angebote nehme ich gerne an

achja, wer sich (zu recht) fragt, was die lötinseln da machen: die sind für klemmleisten von wago (745-801), die es in der eagle-bibliothek nicht gab, auch nichts pinkompatibles, daher die platzhalter....

zum gerät selbst: ich werde die tage mal die steuerplatinen mit der front verbinden, heute kam der vorletzte stromsensor von schuricht, für den bestellten zweiten hat es wohl nicht mehr gereicht, der erreicht erst in KW 28 schuricht

[nemon]

*vordenkopfschlag*

ich habe den fehler gefunden: in der verkabelung habe ich auf den steuerplatinen die reihenfolge der gate- und sourceleitungen umgedreht, also drain von fet1 ist an der klemme von drain 12 usw. usf., also habe ich 12x2x5=120 kabel falsch angeklemmt, was ich nun alles ändern darf. dies erklärt hoffentlich auch die ungleiche belastung der fets. um ehrlich zu sein verwundert es mich sogar, dass nicht ein, oder mehrere fets voll durchgeschaltet haben und so einen kurzschluss provoziert haben.

schuricht hat nun auch den letzten stromsensor geliefert, die platine ist fertig gelötet und einbaubereit, wenn die kabel umgeklemmt sind, sind auch alle platinen eingebaut, dann gibts eue infos, dauert aber "paar tage", da ich gerade in der klausurenzeit bin.

nicht nur wegen der galvanischen trennung zum steuerpc, auch wegen voller i²c-geschwindigkeit (400kbit/sek, anstelle von nichtmal die theoretischen 800bit/sek vom usb/i²c-wandler) und einer ansteuerbarkeit fernab des nächsten usbhubs habe ich einmal ein aufge auf folgendes geworfen:
http://www.channaa.com/html/lan_i2c_adapter.html
es scheint sehr leicht zu sein, dieses teil in eigene programme einzubinden, eine mitgelieferte .dll-datei kümmert sich dabei um die kommunikation, man muss also sich nicht um die packetierung der daten, die kommunikation mit dem lanport usw. usf. kümmern. wer weiß, evtl. gibts ja zu dem teil irgendwann was neues, möglicherweise frage ich die mal wegen einem sample an, aber erst gibt es eine lauffähige, langsame usb-version, der nts soll endlich mal zum laufen kommen!

[nemon]

bitte ignoriert meinen letzten post. zumindest den oberen absatz.

die platinen, welche ich für die ansteuerung der transistoren verwende, sind so nicht bracuhbar. ich habe mich beim layouten vertan und vermutlich einmal zu oft spiegelverkehrt gedacht. diesen fehler habe ich erst vor ca. einem monat bemerkt. ich hatte davor wegen klausuren viel zu tun und auch sonst andere sachen am hut/keine lust, weiterzubasteln. zwar habe ich jetzt auch nicht viel zeit, aber wo ich den fehler gefunden habe, wieer etwas motivation geschöpft. durch umverkabeln an der frontplatte (ich hatte gehofft, da nicht nochmal ranzumüssen) kann ich den teststand aber mit 6 kanälen anstelle von 8 betrereiben, bzw. in der praxis nur noch 5. das ist aber vorerst ok. heute habe ich etwas zeit gehabt und konnte eine platine mit dann 12 transistoren an ein regelbares netzteil von efferman anschließen. nach kurzen startschwierigkeiten (der platinenfertiger hat eine leiterbahn vergeigt -> operationsverstärker bekamen keine versorgungsspannung) lief die platine sogar auf anhieb. vorsichtig habe ich dann das teil bei 5 volt und 10 ampere ausprobiert, weder die transistoren, noch die shunts wurden merklich warm. so soll es sein. 11 der transis regeln auch exakt so, wie sie sollen, einer bringt nur ca. 80% der geplanten leistung. da muss ich nochmal nachschauen. nunja, ich wurde mutiger und habe die spannung am netzteil auf 12 volt eingestellt. der strom blieb konstan, so soll es sein. hier wurden die transistoren langsam warm, wohlgemerkt von einer wärmeleitmatte elektrisch isoliert vom kühlkörper, also bei weitem nicht ideal der wärmeübergang. nun habe ich in 5 ampere-stufen den strom aufgedreht. 20a gesamtstrom waren auch überhaupt kein problem, wenngleich der kühlkörper sich zunehmend erwärmte (bei 13kg alu natürlich recht träge). nun kamen die transistoren langsam auf die 60°c zu. für solch leistungsbauteile ist das jedoch kein problem. also den strom weiter aufgedreht, bei 30 ampere wurd es den shunts auch kuschelig warm. so 50°c konnte ich dort messen, wohlgemerkt 12 shunts direkt nebeneinander. die große massefläche der platine wirkte dabei als kühlblech und wurde bis zum anderen ende der platine warm. aber alles im grünen bereich. also vollen saft. das netzteil ließ sich bis 43 ampere (laut interner anzeige) aufdrehen, 40 ampere kann es dauerhaft ab. die 12 volt sind etwas eingebrochen (11,5 volt), da ich das über 2 parallele laborleitungen mit nur 1,5mm² geleitet habe, zudem waren das 2 meter lange kabel, also je hin und zurück. die stecker waren auch nur bis 25 ampere ausgelegt, da ich die stecker "hintereinander" am netzteil eingesteckt habe, wurde der vordere also ein wenig überlastet, macht das nicht unbedingt nach. der war am ende doch recht heiß (60°c schätze ich, konnte ihn also nicht festhalten). die shunts pendelten sich bei ca. 70°c ein, ganz ok, aber anstelle von 0,083 ohm würde ich nächstes mal doch lieber 0,05 ohm nehmen. die transistoren hatten es nicht ganz so leicht. der kühlkörper erreichte auch langsam, aber sicher die 55°c, die transistoren schritten an den beinchen gemessen auf 110°c zu. tendenz steigend. also die lüftung anschmeißen. leider war der lüfter zu weit vom hilfsnetzteil entfernt, also musste noch eben eine verlängerung für ein lüfterkabel gelötet werden. hab ich eh schon immer mal machen wollen..... das teil schaufelte auch beim anlassen verdammt warme luft raus, ist klar, wenn ein rippenkühlkörper mit bodenplatte nach oben montiert ist, entsteht kaum konvektion und die luft staut sich. aber der temperaturanstieg hörte auf und die temperatur an den transistorbeinchen pendelte sich bei rund 100°c ein (etwa 10°c streuung über alle transistoren, ich führe das auf minimal andere wärmeabgabe und nicht ganz gleiche thermische kopplung an den kühlkörper zurück. auch konnte ich messen, dass die transistoren an ende mit dem luftauslass wärmer waren. ist auch klar, die kühlluft erwärmt sich im kühlkörper zunehmend und der vordere teil wrd mit der kältesten luft gekühlt. bemerkenswerter effekt am rande

fazit vom ganzen leistungverblasen: 12 volt und über 40 ampere macht rund 500 watt. das ist mein ziel. wenn nun auch die anderen kanäle dazukommen, wird natürlich der kühlkörper wärmer, dafür habe ich noch einen 2. lüfter. trotzdem sind so die 500w auf allen 8 kanälen zugleich zu viel. die transis würden vermutlich zu heiß. eine lösung ist, für jeden kanal einen eigenen kühlkörper zu verwenden, der elektrisch von den anderen getrennt ist und nur den luftkanal gemeinsam hat. dann kann jeder transistor mit seiner metallrückseite direkt auf die kühlfläche geschraubt werden, unter verwendung von elektrisch leitender wärmeleitpaste, wenn das vorteile bringt. zudem kann eine stahlschraube zum befestigen verwendet werden. ich bin noch immer etwas skeptisch, dass die sache mit den polyamidschrauben auf dauer gutgeht, aber das wird die zeit zeigen diese monatge hat den vorteil, dass die temperaturdifferenz transistor <-> kühlkörper deutlich geringer wird, also entweder die temperatur der transis deutlich sinkt, oder eben der kühlkörper wärmer werden kann. versuche mit einem einzelnen transi direkt auf dem kühlkörper haben gezeigt: die dann erforderlcihen ca. 60 watt / transistor sind gut zu erreichen. ihr lest vermutlich heraus, dass ich über die hoffentlich bald kommende ausbaustufe spreche, aber schon mir gedanken über die darauffolgende version mache. das ist auch richtig, wie die nächste stufe aussehen wird, weiß ich mittlerweile recht konkret, da dafür aber ein ganzer haufen neu gemacht werden muss, stelle ich dies zurück und fummel jetzt die aktuelle stufe hin. seit ich den fehle kenne, der mich das letzte halbe jahr verfolgt hat, komme ich auch gut voran. ich denke mal, ich könnte noch dieses jahr eine brauchbare version hier stehen haben, aber ich verspreche da aus erfahrung ersteinmal nichts. bei gelegenheit halte ich euch natürlich weiter auf dem laufenden. der letzte post ist so lange her, da ich nichts neues zu berichten habe, ich hab nur die software etwas verbessert und einige fehler ausgemerzt.

einen nachtrag habe ich noch: meine software sampelt insgesammt 18 messwerte in einem zyklus. auf dem rechner, von dem ich gerade schreibe (xp64) schaffe ich ca. 1,3-1,7 samples/sekunde, an meinem laptop (xp32) 3,5-4,0 samples/sekunde. hat da jemand eine erklärung für? an diesem rechner ist es auch egal, ob ich die platine direkt am mainboard anschließe, oder über 2 hubs laufen lasse. deswegen verdächtige ich den treiber. wobei mir das auch etwas komisch vorkommt.

[dennisstrehl]

Falls du irgendwann nochmal eine komplett neue Version entwickelst, solltest du evtl. über isolierte TO247 nachdenken... Das könnte das Wärmemanagement etwas einfacher machen. Beispiel: IXTR200N10P (Die Leistungsdaten braucht man natürlich nicht, war nur gerade der erste den ich gefunden hab).

[nemon]

diese platinchen werden mir hoffentlich demnächst weiterhelfen:

.
das letzte bild nochmal in groß: http://eiskaltmacher.de/gallery/main.php?g2_view=core.DownloadItem&g2_itemId=20523&g2_serialNumber=1
die obere platine ab ich zum teil mit dem autorouter gemacht, die "große" aber komplett von hand. und den schaltplan dazu gibt es auch noch, ist nur etwas groß (von den pixeln), da man sonst nur schwer etwas erkennt: http://eiskaltmacher.de/gallery/main.php?g2_view=core.DownloadItem&g2_itemId=20531&g2_serialNumber=1
und nun möchte ich mal rausfinden, wie man unter eagle einen schaltplan auf verschiedene blätter verteilt.

[maxigs]

nun möchte ich mal rausfinden, wie man unter eagle einen schaltplan auf verschiedene blätter verteilt.

geht ganz easy - du musst nicht alle teile der schaltung  komplett als "eines" machen, du kannst auch (üblicherweile logische teile) einzeln machen und diese dann verbinden lassen.

bei masse und versorgungsspannung macht man es meißt eh so - alle leitungen die auf "GND" gehen werden zusammengeführt, auch wenn diese im schaltplan nicht direkt verbunden werden.
andere leitungen kannst du nach dem gleichen schema benennen und sie werden verbunden
zb spannungsversorgung als eigenes modul, dessen ausgang auf "+5V" (für die logic), bei den anderen teilen der schaltung brauchst du die versorgungspins ebenfalls nur auf "+5V" legen und im routing sind diese automatisch verbunden

[DaReal]

Hallöchen.


Erstmal GUTEN TAG, habe mich hier eben extra wegen diesem Thread angemeldet.
Verfolge das Projekt schon lange, auch als es anfangs bei Kaltmacher im Forum dmait losging.


Ich selbst habe vor einiger Zeit ebenfalls "versucht" eine Netzteil-Teststation aufzubauen.
Von anfangs umschaltbaren Widerstandsbänken bis hin zu Mosfets.

Im Endeffekt habe ich es dann doch aufgegeben, weil das Projekt zu groß wurde, die Netzteile immer stärker wurden (mann musste ständig neu dimensionieren) und es mir auch so zu umfangreich wurde.


Nichtsdestotrotz habe ich das Thema "elektronische Last" nicht ganz aufgegeben. Für die Hardware-Seite, für die meine Teststation gedahct war arbeite ich shcon nicht mehr und auch so hat sich mein "Projekt" ein wenig verändert. Es soll eine einfache Stromsenke werden.



Viel Text, wenig zum Thema beigetragen, hier nun meine Erfahrungen/Eindrücke:

Ich habe selbst anfangs mit TO-220 Mosfet experimentiert und bin dort schnell an die Grenzen gestoßen. In großen Massen und zusammengefasst (keine einzelne Ansteuerung der Mosfets) sicherlich machbar, jedoch sind da meiner Meinung nach "dickere" Mosfet effektiver. Diese kosten extras mehr aber bringen auch ein vielfaches der Verlustleistung und haben meist auch niedrigere Rds(on)!!
Eindrücke meiner ersten Tests und Versuche: http://dareal.info/test/


Gute Erfahrungen habe ich z.B. mit IRFP450 gemacht. Diese FETs verkraften 190W (@25°C), ich slebst habe einen sogar bis ~480W getrieben, erst darüber ist er sehr spektakulär ins Jenseit geflogen. Was man bei der Sache unbedingt beachten sollte: Die Mosfets sollte man trotz dieser Extremerfahrung nicht außerhalb der specs betreiben. So habe ich mir mal drei IRFP2907 (75 V / 4,5 mOhm / 209 A / 470 W / je 4,70 Euro) ins jenseits gejagt. Habe das Derating nicht beachtet, das den IRFP450 wohl erstmal nicht so viel ausmacht, aber so einen IRFP2907 sofort killt!!! Zudem haben meine Mosftes bei diesen tests teilweise sehr nahe an der Tmax gearbeitet. Am beinchen kann man nämlich ziemlich genau die Temperatur messen.

Falls du jetzt in naher zukunft vorhast die Station umzubauen schaue dich am besten mal bei EBay um, dort sind oft wirkliche Power-Mosfets im "Angebot" ...
Habe jetzt insgesamt >40 IXYS-Mosfets mit 560W / 750W / 890W Ptot, womit sich sicherlich SO EINIGES machen lässt. Wenn man jedoch auf der einen Seite "aufstockt" dann ist die andere Seite wieder zu schwach. Meine Kühlkörper sind nämlich jetzt nicht mehr wirklich ausreichend, da gäbe es aber z.B. einen Anbieter bei EBay der wirkliche Power-Kühlkörper von Fischer verkauft (0,022 K/W)!!!

Zu den Mosfets nochmal: meine IXYS-Typen sind PLUS264 (TO-264 ohne Loch), PLUS247 (TO-247 ohne Loch) und TO-264 Gehäuse, diese haben noch mehr fläche als TO-247, deswegen auch diese enorme Ptot. Von solchen Mosfets brauchst du eigentlich nur 1-2 stück pro Kanal, was sicherlich viel Platz und Ansteuerung erspart.
Am besten wären sogar ISOTOP-Gehäuse (SOT-227), diese haben viel bessere Anschlüsse (M4 Schraubanschlüss), die Montagefläche ist elektrisch isoliert und die FETs haben trotzdem noch sehr gute Rthjc / hohe Ptot!!! Leider kosten solche Mosfets neu 20-80 Euro das Stück, bei EBay gibts aber desöfteren auch schnäppchen.

Alles in allem ist so eine NT-Teststation sicherlich eine sehr feine Sache, vor allem wenn gut durchdacht, ausreichend dimensioniert und vor allem einfach erweiterbar/umbaubar!



Ich bin selbst mit meiner einfachen elektronischen Last noch am Planen. Derzeit steht die Anschaffung eines µC an, woran ich erstmal programmieren lernen will und dann sollte ich mit der Last schon etwas weiter kommen.




So, hoffe der Text reicht erstmal. Würde mich sehr über feddback freuen, helfe auch gerne bzw. nehme auch von dir gerne Tips entgegen.


MfG, Erik

[nemon]

ich kommentiere es nacher einmal, komme gerade erst zurück und hau mich erstmal ins bett, dein text und die bilder auf deiner seite lesen sich aber schonmal sehr interessant

[nemon]

so, auf gehts:

zu deinen anfängen: jaja, schaltbare festwiderstände, bzw. bei mir sogar nur halogenlampen. die idee verwirft man schnell wieder

als ich mit dem nts anfing, gabs netzteile mit maximal 400w, davon vielleicht 200w aus der 12v-schiene. das hat sich ja jetzt drastisch geändert. es macht einiges einfacher, weil die ströme geringer werden, die verteilung auf noch mehr schienen macht das ganze für den teststand aber wiederum aufwändiger, es müssen mehr getrennte lasten gebaut werden und so weiter und sofort. bei deinen aufbauten sehe ich, dass du die fets bis an deren absolutes limit getrieben hast. davon möchte ich absehen, ich möchte das ganze "sicher" betreiben mit dem hintergedanken, dass das teil ein wenig mehr kann, als ich zulasse und somit auch das teil ggf. mal unbeaufsichtigt laufen lasse, ohne, dass sich kabel ablöten und solche scherze . auch kann ich mir vorstellen, meinen nts später mal wiederzuverwerten, dafür brauche ich dann ein stabil und sicher laufendes konzept und keine lösung, bei der ich nicht weiß, ob die mir in den nächsten paar minuten um die ohren fliegt. wenn ich z.b. einmal entladekurven von bleiakkus aufnehmen sollte, darf kein fet an überhitzung sterben, der brückt dann und schließt den bleiakku kurz -> ungut... nunja, der irf540, den ich verwende, ist sicherlich was to220-fets angeht, recht brauchbar. wie du aber schon erwähnst, lässt sich aus anderen transistorbauformen mehr last abgeben. wieso ich dennoch wohl beim 540 bleiben werde, möchte ich hier auch erklären: ich beschränke die last je kanal nach obenhin auf 500w (bzw. 700w kurzzeitig per software limitiert). der strom ist auf 50 ampere begrenzt (hardwaremäßig, ich kann jedoch 2 kanäle zu einem zusammenschalten). bei 50 ampere muss der strom durch shunts fließen, damit die operationsverstärker die fets regeln können. und da wär ich auch gleich beim problem: in der geplanten stufe verwende ich je kanal 8 50mOhm-shunts und 2 kanäle auf einer euro-platine. d.h., die dort verbauten shunts geben in der summe ca. 31w an wärme ab, auch an die platine. die wird somit schon sehr warm. nehme ich weniger fets, müsste ich niedrigohmigere shunts verwenden, ich bekomme dann immer mehr probleme mit der verkabelung, bzw. deren eigenwiderstand. somit ist der widrstand der shunts nach unten hin begrenzt und zugleich auch der strom je shunt nach oben. höchstens die parallelschaltung 2er shunts würde weiterhelfen. das anbringen der shunts auf dem kühlkörper wär sicherlich auch nciht der königsweg, dies würde mehr verkablung erfordern. zudem müsste ich wohl für jeden shunt die differenzspannung zwischen beiden kontakten ermitteln und an den operationsverstärker weitergeben. das entfällt bei der platinenmontage zum glück. also benutze ich eher viele kleine shunts.
zum kühlkörper: ich lese und sehe, dass du welche von fischer hast. verrätst du mir, wo du die dicken teile herhast, die unter http://dareal.info/test/last_1001.jpg zu sehen sind?

was sonst noch interessant ist: ich kennen nun mehrere hobbymäßig aufgebaute elektronische lasten, die weitestgehend alle ein sehr ähnliches prinzip verwenden, also einen operationsverstärker, der einen leistungsfet regelt mit einem shunt, der den strom an den opamp zurückgibt als vergleichsgröße

[DaReal]

Die ganze Problematik mit Anzahl der Mosfets, Shunts etc. habe ich auch schon durch. Da muss man
dann irgendwie nen gutes Mitelmaß finden aus Anzahl und Aufwand.

Das Schlimmste bei der Wärmeableitung ist ja fast schon die elektrische Isolation. Mosfets mit gerigem
Wärmewiderstand sowie "dicke" Kühler sind schnell beschafft, aber was aktuelle Wärmeleitpads leisten
ist noch relativ wenig. Da meine geplante Last nur einen kanal haben wird kann ich alle Mosfets
unisoliert auf einen Kühlkörper montieren, da gibts keine Probleme. Wenn es mehrere Kanäle werden,
dann muss halt eine Isolation stattfinden, sei es durch einzelne Wärmeleitpads oder gar getrennte
Kühlkörper.


mal zu meiner aktuellen Mosfet-Sammlung:

4x IXTK102N30P
TO-264
300 V / 102 A (76 A) / 33 mOhm / 700 W / 0,18 K/W

20x IXFX180N10
Super 247
100 V / 180 A (76 A) / 8 mOhm / 560 W / 0,22 K/W

20x IXFB50N80Q2
Super 264
800 V / 50 A / 150 mOhm / 890 W / 0,14 K/W


Mit diesen Mosfets lässt sich shcon so EINIGES an Leistung in Wärme umsetzen.
Theoretisch 31,8 kW 

Meine Tests waren, wie du schon bemerkt hast, alle weit über die Grenzen der Bauteile hinaus.
Wollte es halt ausloten, und war sehr überascht. Meine projektierte Last wird aber vollkommen
innerhalb der technischen Daten laufen, da werde ich schon aufpassen.

Die Kühlkörper habe ich allesamt über EBay ergattert, zu Preisen von je 15-25 Euro ... schnäppchen!
Bei Reichelt gibt es seit kurzem jedoch auch Lüfteraggregate von Fischer Elektronik, schau mal im
aktuellen Katalog oder im Internet. Die kosten dort jedoch entsprechend. Ich glaube Schuricht oder
Farnell haben die ebenfalls im Sortiment, aber in ganz anderen Regionen als meine gebrauchten.
Die "dicken Klötze", die du angesprochen hast sind für 120er Lüfter, haben einen Rthsa von je
ca. 0,096 K/W ... da geht auch so einiges!


Leider arbeite ich nicht mehr da, wo damals die Tests stattfanden und mir stehen auch bei weitem
nicht mehr solche leistungsstarken Geräte zur Verfügung, deswegen ist der praktische Teil meiner
"Forschung" weitestgehend zum erliegen gekommen. Dafür tüftle ich gerade an einer Excel-Tabelle,
zur genauen Berechnung ...


Zu meiner aktuellen Überlegung:
Auf einem der kleinen Kühlkörper können 4 Mosfets vom Typ IXFB50N80Q2 montiert werden.
Das würde bei einer Sperrschichttemperatur von 100°C eine Leistungsabfuhr von ~415 W ermöglichen.
Mit 8 Mosfets wären es knappe 460 W, was bei doppelter Anzahl an Fets nur eine zunahme von 10% ist!
Da macht sich schnell bemerkbar, dass meine Kühlkörper schon an der Grenze sind.

[nemon]

mein plan für demnächst irgendwann ist, 8 kühlkörper zu nehmen, die alle elektrisch voneinander isoliert sind und auf die je 8 irf540 kommen, ohne wärmeleitpad, einfach direkt drauf, ggf. mit einem tröpfchen wärmeleitpaste. ich denke, ich werde 8 "la 15" von fischer nehmen, bzw. vergleichbare. jeder 80mm lang, das muss reichen. durch die elektrische isolation usw. haben die auch je so ne art vorkammer, sodass ich mit 2 lüftern zu je 150m³/h (freiblasend) vermutlich bei 0,08k/w lande. bei den preisen der teile erkundige ich mich aber, ob die mich ein wenig sponsorn wollen.

nunja, nächstes jahr werde ich mich wohl auch mit microkontrollern beschäftigen

so, dann bastel ich mal ein wenig weiter und stelle die bestellung bei schuricht zusammen, das werden auch wieder 150-200 euro

[DaReal]

Acht LA (V) 15? ...

Dir ist aber schon klar, dass einer davon schon ca. 100 Euro kosten wird oder? ..

Vllt. solltest du mal gegenüberstellen:

- viele kleine billige Mosfets und dazu dicke Kühler
- höherwertige und leistungsfähige mosfets und dazu mittlere Kühler

Die IRF540 haben nen ziemlich schlechten Rthjc (1,76 K/W), welchen du ja durch den Kühlkörper ausgleichen musst.
Falls du da bessere Mosfets nimmst, kannst auch gleich kleinere Kühlkörper nehmen.

Habe hier mal fix ne Rechnung gemacht:  (deltaT von 75°C)

8x IRF 540 + LA HL 1 150 (0,096 K/W)
= 237 W

4x IRFP 450 + LA 6 210 (0,145 K/W)
= 243 W

An dem Beispiel siehst du:
- bessere Mosfets, davon nur die Hälfte auf nem kleineren Kühlkörper bringen in etwas gleiche Leistung ...

Also vllt. mal eine Überlegung wert mehrere Kombinationen durchzurechnen ...
kann dir natürlich auch paar geheimtips per PN schicken

[dennisstrehl]

Bloß dass man für den Preis von 4 IRFP450 gleich 16 IRF540N bekommt... (Reichelt-Preise angenommen)

IRF gibt für den IRF540N 1,1K/W an, auf 16 Stück aufgeteilt sind das dann 68,7mK/W. IRFP450 hat 0,83K/W, macht bei 4 Stück 207 mK/W.

Gibt dann natürlich einen leichten Mehraufwand bei der Ansteuerung... Ist letztlich ein Abwägen zwischen den Kosten und dem Aufwand für alle Baugruppen.

[DaReal]

Du hast jetzt aber im Endeffekt das vergessen worauf ich hinaus will:

Durch die besseren Mosfets erspart man sich viel mehr kosten bei den
Kühlkörpern, hat weniger Ansteuerungsaufwand und das Ganze passt
in ein kleineres Gehäuse! Zudem spart man auch einige Shunts, welche
ja auch nicht gerade billig sind in den Leistungsklassen!
Mit Shunts im Einzelpreis miteinbezogen bekommt man nämlich nur
10 IRF540 für 4 IRFP450

Andere Rechnung:

1x IXFB50N80Q2 (0,14 K/W) + LA 6 210 (0,145 K/W)
= 263 W

Da würde man mit einem Mosfet das schaffen, wofür man sonst 4 oder
8 braucht ... das auf nem "kleinen" Kühlkörper!

meine Rthjc für die Mosfets:
IRF 540 - 1,76 K/W (ST)
IRFP 450 - 0,65 K/W (IR)

Ich habe aber gerade bemerkt, dass die Hersteller doch recht
unterschiedliche Werte angeben, je nach Herstellungsqualität.

Im Endeffekt beeinflusst das halt auch seine Hauptplatine. Wenn er
theoretisch pro Kanal mit nur einem Mosfet auskommen würde, wäre
die um einiges kompakter, seine Verkabelung einfacher etc. !


Das Ganze sollte nur als Beispiel dienen. Wofür er sich im Edeffekt
entscheidet ist seine Sache. Die Mosfets hat er schon, also wäre
das das kleinste Problem. Von daher würde es sich vllt. nicht wirklich
rentieren, wenn er nun sich extra noch große zulegt.

Nochwas, thema Derating:
IRF 540 N - 130 W
Derating: 0,87 W/K
Tj :100°C -> 64,75 W

IRFP 450 - 190 W
Derating: 1,5 W/K
Tj :100°C -> 77,5 W

IXFB50N80Q2 - 890 W
Derating: 7,12 W/K
Tj :100°C -> 356 W


Nunja, ich habe mir halt meine IXYS-Mosfets zugelegt und werde auch
damit weiterbauen. 1 Euro/Fet ist sicher ein guter Preis, bei
Ladenpreisen um 15-25 Euro das Stück!!


Außerdem habe ich auch nicht gesagt, dass es unbedingt der IRFP450
sein muss, es gibt weitaus besser dafür geeignete FETs ... der IRFP450
war halt in einer gewissen Stückzahl schon vorhanden und ich habe ihn
zum experimentieren genutzt. Für diese Aufgabe hat er eine "zu hohe"
Vdss, einen miesen ON-Widerstand (0,4 Ohm) und kann auch "nur" 14 A
ab (bei 25°C).

Für diesen Fall (vor allem wegen dem Spannungsberiech) würde ich z.B.
einen IRFP2907 vorziehen, welcher aber schon rel. teuer ist (4,70 Euro).
Der verkraftet 470W, Rthjc von 0,32 K/W.
Damit würde man mit zwei Stück auf dem kleinen Kühlkörper (0,145 K/W)
245 W abführen können bei deltaT von 75°C!

[nemon]

es sind zum glück keine 100euro/stk, sondern 30-40e/stk. und wenn ich auf 8 kanälen je 500w abgeben will, brauche ich ohnehin dicke kühlkörper, da der luftstrom für alle kühlkörper zusammen reichen muss. und ich komme mit 8 540 locker auf 500w, ich habe letztens einen test mit rund 500w gefahren, zwar mit 12 vo den teilen, die waren aber von einem wärmeleitpad elektrisch vom kükö isoliert, bei direkter montage geht da noch deutlich mehr. aber gewissermaßen hast du recht, ich werde mal schaun, welche fets einen etwas geringeren thermischen widerstand haben. sogar, wenn es welche im to247-gehäuse werden sollten,w erde ich wohl bei 8 stück bleiben, da wie gesagt der strom je fet nicht beliebig hoch werden kann. ich komme dann auf 64 fets in der summe, wenn die dann das stück 1-2 euro mehr kosten, aber deutlich kühler bleiben, kann ich nochmal drüber nachdenken, aber denke mal, dass ich die teile durchaus innerhalb der spezifikation, aber dennoch eher am oberen ende betreiben kann. und ich kann durch die parallelschaltung so niedrige widerstände erreichen (die opamps schaufeln maximal knapp 14 volt auf die gate), dass ich ein netzteil bei 3 volt (ließ sich nicht tiefer regeln) und 45 ampere in die strombegrenzung treiben konnte. wohlgemerkt noch mit 2 parallelen, 2 meter langen 1,0mm²-leitungen zwischen netzteil und nts. alleine das machte schon einen signifikanten widerstand aus. im inneren hab ich so viele kabel parallel, dass da keine probleme auftreten sollten. für den kurzschlusstest schalte ich ein relais um, dass an die steuerplatinen nicht mehr die referenzspannung über den shunts (bereich: bis zu 0,5 volt etwa) bekommen, sondern 15v versorgungsspannung, sprich alle fets maximal durchgeschaltet werden.
zum thermal derating: 500w auf 8 fets verteilt macht 62,5w/fet, passt also exakt
wie gesagt, ich schaue nochmal, ob es etwas bessere fets gibt, werde aber wohl von den 8 stk/kanal nicht abweichen, zumal ich auch gerade erst neue platinen für diese kombination in auftrag gegeben habe.
das gehäuse istübrigens soweit vorgegeben: 19" format, 4 höheneinheiten und beliebige tiefe, derzeit schaut es nach ca. 750mm tiefe aus, das ganze aus vermutlich 1,5mm stahlblech. da passt ein 240mm breiter kükö gut neben die elektronik, selbst ein 170mm breites mini-itx-board hat ausreichend platz.

[DaReal]

So, jetzt hast du dir quasi ins Bein geschossen 

Das Derating muss man sich BERECHNEN, für die entsprechende
Junction-Temperatur!

Bei acht IRF 540 auf dem LA V 15 (0,08 K/W) ergibt das:

Tu = 25 °C

P = 500 W / 8
P = 62,5 W

deltaT = (Rthjc + Rthsa) * P
deltaT = (1,15 K/W + (0,08 K/W * 8) * 62,5
deltaT = 111,875 °K

Tj = Tu + deltaT
Tj = 25°C + 111,875 °K
Tj = 136,875 °C

Derating(137) = deltaT * 1,0
Derating(137) = 111,875 W

P(137) = Ptot - Derating(137)
P(137) = 150 W - 111,875 W
P(137) = 38,125 W


Somit wäre bewiesen, dass bei 8 montierten IRF540 auf dem LA V 15 jeder
FET nur 38,125W verpulvern dürfte (bei der berechneten Tj(deltaT)).
Ich habe sogar den Wärmewiderstand zwischen Case und Sink
vernachlässigt, dieser sollte zwar bei direkter Montage mit Wärmeleitpaste
sehr gering sein, beeinflusst das Ganze aber auch noch ein klein wenig!
Damit wärst du schon außerhalb der Spezifikationen.

Das Derating, welches ich oben berechnet habe trifft nur auf Tj = 100°C zu!


Zu deinem gehäuse: WOW ... wie schwer soll das denn werden? *grins*

[nemon]

hm, bei 0,08k/w komme ich auf 40k erwärmung gegenüber der luft, also bei 25°c luft 65°c.
der irf540 hat ein Rth von 1,75k/w, was in der tat 110k erwärmung machen soll. wobei von den maximal 500w nicht alles im fet verbraten wird, sondern in den kabeln und shunts auch ein signifikanter anteil, daher sag ich mal 100k erwärmung. irgendwie ist das aber ein wenig komisch, denn beim jetzigen kühlkörper kam ich beim test mit 500w auf ca. 50-60k erwärmung des fets an den beinchen gegenüber den kühlkörper. wohlgemerkt mit wärmeleitmatte und kunststoffschraube!einen einzelnen fet, den ich mal so direkt aufs alu geschraubt habe, blieb deutlich kühler, in zahlen ausgedrückt bis zu 20k weniger.

du hast mir ja per pn ein paar links zu ebay-auktionen geschickt, ich werde das nochmal überdenken und ggf. doch zumindest auf to247-gehäuse ausweichen. du hattest mir eine auktion zum irfp350 geschickt, das klingt ganz interessant, bei 0,24k/w case to sink-widerstand macht das bei 65°c kühlkörpertemperatur und 62,5w nur 80°c fet-temperatur. das gibt genug spielraum. jetzt habe ich natürlich gerade erst bei reichelt bestellt, sonst hätte ich mir da mal 5 stück geordert, jetzt schau ich mal ob der elektronikladen um die ecke da einen von hat.

zum gehäuse: hab derzeit ein ausgeschlachtetes servergehäuse mit 1mm blechdicke und 650mm tiefe, das kommt mit kühlkörper, elektronik usw. auf gut 25kg, das geht noch ^^ ich sag mal so: alles unter 40kg ist noch ok, das kann man noch bewegen

[DaReal]

Ich weiß zwar bei Gott nicht wie du das mit dem IRFP berechnet
hast aber ich glaube da ist was falsch gelaufen

Ein IRFP350 hat:
Rthjc: 0,65 K/W
Rthcs: 0,24 K/W


8 Stück davon ein einem LA V 15: (Tu = 25°C / Tj=100°C)
P = 8 * (deltaT / (Rthjc + Rthcs + (Rthsa / 8))
P = 392 W


dazu das Derating berechnet: (= 1,5 W/K)

P100 = P - (deltaT * Derating)
P100 = 77,5 W (je Mosfet)

Wir haben 8 Stück auf dem KK = 620 W
Somit wäre hier alles im grünen Bereich!


Bei deinen Versuchen wirst du genau das rausgefunden haben was
auch ich bemerkt haben: die Wärmewiderstände können teils sehr
stark abweichen. Auch das Derating kann man wohl teilweise außer
Acht lassen, jedoch im Fertigzustand und im Dauerbetrieb würde ich
das schon peinlichst genau einhalten!!


Welche KK würdest du dann jetzt alternativ nehmen (kleinere) wenn
du das mit den stärkeren Mosfet realisieren würdest? Da könnte man
ja dann mal Beispielrechnungen anstellen. Die 300 IRFP350 sind
sicherlich ein Schnäppchen, zumal braucht man bei der Menge dann
auch nicht mehr drauf achten, dass einem bei Versuchen einer mal
kaputt geht.

[nemon]

ich werde dennoch die dickeren kühlkörper nehmen. grund: ich habe für alle 8 kühler nur einen luftstrom zur verfügung, sprich, die kühlkörper am ende vom luftkanal werden mit deutlich vorgewärmter luft gekühlt. von 25°c kann ich da bei weitem nicht mehr ausgehen. 40°c und drüber sind realistischer.

bei meiner berechnung oben habe ich tatsächlich den einen thermischen widerstand vergessen, mit 0,65k/w und 0,24k/w in reihenschaltung komme ich auf 56k mehr, als der Kühlkörper, also 121°c, das ist schonmal nen ganzes stück mehr, mit derating komme ich auf nur noch 46w je fet, also weniger, als die benötigten 62w/stk, aber das passt schon.... hat ja schon im deutlich schlimmeren fall (kleinerer fet mit wärmeleitpad) funktioniert