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Seite / page < FET a> Beschreibung der Arbeitsweise der Power FET’s Stand ca. 2003 bei Nessel.info 22.03.2005
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Diese Seite “FET 1. Teil” und “FET 2. Teil” sind die Beschreibung der Power FETs / SIPMOS FET, “HEXFET” und wie sie alle genannt und benannt werden.
Diese technische Unterlagen sind die
“gelben Seiten 3”, die jeder MOS-FET Lieferung beigefügt werden können. Im Laufe der Zeit kommen auch auf diesen Internet Seiten Schaltplanskizzen, Schaltpläne und dergleichen hinzu, hier bitte ich aber um etwas
Geduld, bis alle fertig ist. im Juni 2002
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D i e P O W E R F E T s
1.) Die POWER-FETs / SIPMOS - FETs Leistungs-Feld-Effekt-Transistoren
sind moderne elektronische Bauteile, die leistungslos angesteuert, auf der Ausgangsseite hohe Leistungen / Ströme
schalten können. Man findet die Feldeffekt Steuertechnik aber nicht nur in Leistungsstufen, sondern auch in vielen integrierten Schaltungen: ICs, Uhren ICs, usw. arbeiten in ähnlicher Technik, der MOS - Technik.
1a) Spezielle Behandlungshinweise für POWER-FETs und ICs:
Die heutige Fernsteuertechnik, mit immer hochwertigeren, kompakteren Bauteilen von Transistoren und ICs und Prozessoren bedürfen einer gewissen
sorgfältigen Behandlung. Dies bedeutet ,daß man offene Geräte wie Servos, Empfänger, Fahrtregler usw. nicht auf blanke, spannungsführende Leitungen legt, da hohe Ströme ( 0,1A kann hoch sein ) die Transistoren und
ICs zerstören können.
Bei den MOS - ICs und ICs mit ihren hochohmigen Eingängen, kommt die Empfindlichkeit gegen statische Ladungen hinzu, dies gilt auch für die POWER-FETs = SIPMOS - FETs = HEXFET = ENHENCEMENT
MODE TRANSISTORs = MEGA FETs = FIELD EFFECT TRANSISTORs = Trench-MOS-FETs.
D e s h a l b : Geben Sie nie Bauteile direkt von Ihrer in die Hand eines Kollegen
S o n d e r n:Legen Sie die Bauteile auf den
Tisch, Ihr Kollege nimmt sie von dort wieder auf. Es sieht etwas unfreundlich aus, ist aber bauteilsicher. Greifen Sie mit den Fingerspitzen zum Aufnehmen erst auf die Tischplatte und dann an die Bauteile, oder an
das Gerät. Beachten Sie dieses besonders in Räumen mit PVC- oder Teppichboden ( statische Aufladung ).
Wenn Sie das vorgenannte beachten, dann packen Sie die SIPMOS - FETs = POER FETs, HEXFETs, ICs
Transistoren und Regler ohne Scheu an, packen Sie zu.
Im Bausatz sind die ICs oft in Antistatikmaterial eingepackt. Diese Bauteile können Sie auspacken und zwischen die anderen Bauteile auf Ihrem Arbeitsplatz
legen.
Die SIPMOS - FETs / POWER-FETs sind ebenfalls in MOS - Schaum oder Alufolie eingepackt. Packen Sie auch diese Bauteile auch ohne Scheu aus.
Für den Einbau der POWER-FETs und für den Aufbau der
Regler sind keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen. Auch der Lötkolben kann ein 220V betriebener sein.
GE F A H R : jedes nicht verlötete Gate ( Wackelkontakt ) bedeutet mindestens
einen defekten FET. Bei längerem Anhalten dieses Zustandes unter Last, führt dies für Einen, oder mehreren FETs zu dessem / deren Defekt durch überhitzen.
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2) Gefahr und Sicherheit für den FET: FET - Durchbruch, Evelenchfestigkeit, Freilaufdiode:
FET - Endstufen gehen im allgemeinen durch Überspannungen sowohl an der Gate – Source - Strecke, als
auch an der Drain - Source- Strecke defekt.
Zum Schutz der Gate - Source- Strecke haben alle meine Regler Zenerdioden in der Ansteuerstufe, die Gatespannung auf die verträgliche Spannung begrenzt.
„Alle“ Power
- FETs (bis gestern) vertragen eine Gate- / Source Spannung von +-20V. Bei 28V z. B. verabschieden sie sich (SGS, TEMIC = Silicon ICs, Siemens, National usw..).
Auch LOGIC LEVEL FETs, deren Stromkanal bereits bei 3V Ugs öffnet, verträgt +-20V.
Die Philips = HITACHI TRENCH-MOS-FETs (2SK.. , 2SJ... Typen) haben oftmals eine Zenerdiode mit 15V / 12V / 20V im Gatekreis, sodaß diese FETs dann die Gatespannung mit einem Gatestrom begrenzen. Achtung
besonders bei MOS – FET - Treiberbetrieb.
Die Source - Drainstrecke verträgt ebenfalls nur eine bestimmte Spannung, bis die Strecke durchbricht (Kurzschluß ) und der FET defekt wird. Die meisten Typen im
Modellbau vertragen 50...60V, viele Logic level FETs nur 30V. Diese Durchbruchspannung wird durch die Dicke der Halbleiterschichten bestimmt.
Zum Schutz der FETs vor den hohen, am Motor ( Induktivität = Spule
) erzeugte Induktionsspannung, werden diese Spannungen über schnelle Freilaufdioden (BYV28-050 / BYV28-100 3A / Schottky Dioden D5/D6 ( SB360 / SB560 usw. ) zum +Fahrakku abgeleitet. Ein kleiner Glättungselko (
4..10uF..100uF) parallel zum Fahrakku auf der Reglerplatine verbessert die Glättung der Induktionsspannungsspitzen, mindert Störeffekte.
Die meisten FETs im Modellbaueinsatz sind heute „EVELENCHFEST“
in meinem Prospekt
„MIT X“
gekennzeichnet. Sie haben die Inversdiode als Zenerdiode ausgebildet, die hohen Spannungsspitzen über 50V / 60V / 30V vernichten. Die heutigen FETs haben ausschließlich diese Inversdiode als Zenerdiode ausgebildet.
Überließ man der Evelenchdiode alle Induktionsspannungen (ohne Freilaufdiode) würde die FET - Endstufe durch die Energie der Induktionsspannung bei den getakteten Stellern (1...6kHz ) schnell überhitzen.
Auch
kann man die Induktionsspitzen durch eine Gegenkopplung am FET, vom Drain zum Gate per Zenerdiode und Diode („Z77 / D77“) mit dem FET selbst löschen, was natürlich eine extra Erwärmung des FETs bedeutet.
FET S. 3a/.........
Seite FET 3a
Andere Entwickler verzichten
auf die Freilaufdioden und bauen die Spannungen an den FETs langsamer auf und ab, (der Gateimpuls steigt und fällt langsam) wodurch dann keine Induktionsspannungen entstehen. Dafür werden aber auch die POWER-FETs
wärmer und es muß eher für eine Kühlfläche für die FETs gesorgt werden. Details siehe spätere Kapitel Seite 3i.
Vergessen Sie bei aller exklusiver Technik der einzelnen Entwickler nicht, daß am
Motor auch ein Entstörkondensator ca. 470nF / 680nF / 1mF von Pol zu Pol eingebaut werden sollte, auch wenn bessere Motore einen Entstörkondensator haben: ca. 10nF = 0,01uF haben.
C MM Ich
empfehle 0,47u / 0,68uF bis 1uF, von Motorpol zu Motorpol einzubauen.
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AP 3) Die defekte Endstufe und die Fehlersuche:
Geht eine Endstufe defekt, so ist im allgemeinen 1 / 2 FET defekt Schweißperlen,
Wärmetest weiter S. 3b
3a) Widerstandstest mit dem OHMMETERbei eingebauten FETs:
Wenn Gatewiderstände eingebaut sind, werden die FETs für diesen Test nicht ausgebaut.
Gatewiderstände haben die meisten Entwickler heute eingesetzt. Die FETs bleiben in der Schaltung
Kommt man mit dem Wärmetest nicht weiter, dann wird die Endstufe mit einem OHMMETER durchgemessen. Die defekten
FETs brechen im allgemeinen von Drain nach Gate durch, oder von Gate nach Source. Auch ausgebaute und neue FETs werden mit der nachfolgenden Methode gefahrlos getestet.
Ohmmter in den 2k / 5k Ohmbereich schalten, nicht in den 100k Bereich.
G S Jetzt wird zunächst von Source „S“ nach Gate „G“
gemessen. Die Polarität + - des Ohmmeters spielt hierbei zunächst keine Rolle. Erst im Kapitel 3a) kommen die Feinheiten. Ist ein MOS-FET-Treiber im Betrieb, so kann er das Ergebnis der Gate - Source Messung
verfälschen. und man nimmt ihn ggf. aus der Schaltung.
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D S Zunächst berühren Sie mit dem Finger alle 3 Anschlüsse des FETs gemeinsam, um etwaige Spannungen auf dem Gate zu entfernen,
wenn der FET ausgebaut ist.
Dann wird von Source „S“ nach Drain „D“ gemessen. Hier können Sie feststellen, daß Sie beim Messen einmal 1....2 k Ohm messen, drehen Sie die Meßspitzen um ( + - ), wird es
hochohmig. Dies ist durch die Inversdiode von Drain nach Source verursacht.
120r
Erhalten Sie jetzt von „G“ nach „S“, oder von „G“ nach „D“, oder Drain nach Source einen Widerstand von 120r....500r, so ist ein FET sicher defekt. Sind Gatewiderstände eingebaut, läßt sich der / die defekten FETs leicht messen. Der defekte FET hat den niedrigsten Widerstand zum Gate. Bei den anderen messen Sie einen Widerstand der um den Betrag des Gatewiderstands höher liegt.
Fazit: Den defekten entfernen und wieder die Ohmmessung machen, ob der Widerstand jetzt größer ist, bzw. im 2k oder 10k Bereich keine Widerstandsanzeige stattfindet.
D S
Messen Sie mit dem Ohmmeter von „D“ nach „S“, so finden Sie einmal keinen Widerstand ( größer 10k ). Tauschen Sie die Messspitzen des Ohmmeters (+ -), so st der Widerstand plötzlich 2k. Dies ist in Ordnung, denn die Inversdiode beginnt zu leiten, wenn die +Spitze des Ohmmeters an die Anode der Inversdiode gelegt wird. Die Anode der Inversdiode ist bei N-Kanal-FETs an der „S“. Messen Sie in einem Drehzahlsteller mit einer Fahrtrichtung OW = Or, ist ggf. die Freilaufdiode selbst oder der Brems-FET defekt.
Ist ein MOS-FET-Treiber eingesetzt, muß man bei der Interpretation des gemessenen Gate-Source-Widerstands vorsichtig sein, der Treiber könnte auch ohne anliegende Spannung den Ausgang auf Masse
schalten oder er kann defekt sein. Siehe spezielle Fehlersuchhilfe für „NEPTUN“ mit der N-, P – FET - Brücke. Bei einer Zweideutigkeit, den MOS-FET-Treiber einmal aus dem Sockel nehmen.
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Abb.:FET-3a-a
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3b) Überprüfung eines ausgebauten / neuen FETs:
Ob der FET einen Kurzschluß hat, wird nach obiger Methode ( Ohmmeter ) ermittelt.
Da die meisten Ohmmeter zur Ohm-Messung eine
Spannung von ca. 3V anlegen, kann man einen ausgebauten FET meist mit dem Ohmmeter prüfen, ob sein Kanal öffnet / schließt. Diese Messung gilt für N-Kanal-FETs, und für P-Kanal-FETs. Manche „Conrad“ Voltmeter
arbeiten hier mit weniger als 1V, da klappt es dann nicht.
Setzen Sie die +Tastspitze des Ohmmeters an die Metallasche=„D“, mit der anderen Tastspitze (-) tasten Sie das Gate an, kein meßbarer Widerstand:
o.k.
Jetzt mit der -Spitze an den „S“ Source Anschluß tasten, es darf kein meßbarer Widerstand vorhanden sein: Stromkanal ist geschlossen: das ist o.k.
aufJetzt die „-“ Spitze des Ohmmeters an die
Metallasche = „D“ setzen, mit der anderen Tastspitze ( + ) tasten Sie das Gate an, kein meßbarer Widerstand: o.k.
Jetzt mit der +Spitze an den „S“ Source Anschluß tasten, es soll ein Widerstand kleiner als 100r
meßbar sein. Beim Logic level FET wird er deutlich kleiner sein, als bei einem normalen FET: Der Stromkanal ist geöffnet, da auf dem Gate noch die statische positive Ladung vom vorherigen antasten des Gates anliegt,
das ist in Ordnung.
FET S. 3b/...
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Nachdem der Stromkanal geöffnet ist, kann er wieder geschlossen werden, indem Sie die drei Anschlußdrähte mit den Fingern berühren: Die Ladung wird genommen.
Sollte es wider erwarten nicht funktionieren, dann setzen Sie die erste Tastspitze einmal nicht an die Metallasche des Drains an,
sondern an den Sourceanschlußdraht.
Bei eingebauten FETs funktioniert dieser Test im allgemeinen nicht, da sich keine statische Spannung am Gate halten kann, außer bei MOS – FET - Treibern, aber nur bedingt.
AP 3) Die defekte Endstufe und die Fehlersuche:
: Schweißperlen, Wärmetest
Geht eine Endstufe defekt, so ist im allgemeinen 1...2 FET defekt. Dieser stellt aber den anderen FETs eine mittlere Gatespannung zur Verfügung,
sodaß die Endstufe unregelbar eingeschaltet wird, aber auch nicht voll durchgesteuert ist. Dies führt zu starker Erwärmumg der Endstufe: S C H N E L L den Fahrakku trennen
Im Einsatz schaltet dann die
Endstufe unbeeinflußbar den Motorstrom ein, die Endstufe ist nach kurzer Zeit heiß. Auch ein Temp. Schutz mit PTC oder NTC, oder im Prozessor hilft nicht. Nur das Trennen von Fahrakku und Drehzahlsteller bringt
Abhilfe. Sicherheitsvorschlag für Rennboote mit hoher Zellenzahl: Es könnte ein 4mm „GOLDI“ mit einem Servo mechanisch getrennt werden.
Für kleine Betriebsströme 2A bis 20A kann eine Überstromsicherung auf PTC Basis „Overcurrent Protection Device“ in den Hauptstromkreis eingesetzt werden. Sie wird bei Überhitzung hochohmig
(selbstheilend.)
SchweißperlenNach dem Feststellen des Defekts, kontrollieren Sie, ob Schweißperlen (Silicium) aus den FETs zwischen der Metallasche und dem Plastikteil des FETs ausgetreten sind. Diese
FETs sind zu erneuern, obwohl sie sich in allen Funktionskontrollen meist als einwandfrei erweisen.
Wärmetest::Schließen Sie den nicht knackevollen Fahrakku an, ohne Motor, und warten 2...3 sec.. Dann
den Akku abklemmen und mit den Lippen die einzelnen FETs nach dem wärmsten abtasten. Diesen FET auslöten und den Test wiederholen, ob noch ein defekter dabei ist.
AP 3c) Spezielles Defekt-Verhalten, besonders der SiliconICs Typen wie SMP60Nxx Typen:
Im allgemeinen liegen die Gate-, Source-Widerstände defekter FETs bei 0...200 Ohm.
Silicon ICs - Typen können aber mittelohmig werden, durch positive / negative Überspannungsspitzen und
haben dann Rgs Widerstandswerte von 1...4k. Sie lassen sich nach wie vor ansteuern, die Endstufen arbeiten quasi korrekt, werden aber schnell warm. Auch bricht die Spannung des U - Dopplers ( am C83 ) zusammen.
Abhilfe:
1.
Kondensator 0,47uF von Pol zu Pol am Motor
2.
In vielen Reglern baue ich zusätzlich eine Diode „D74“ ( 1N4148 / SB140 / BYV28-100 ) in die Sammel - Gateansteuerleitung nach Masse , die negativen Impulse auf der Gateleitung nach Masse ableiten.
Info In den Bremsstufen der E-Flug-Drehzahlsteller Serie „TAIFUN“ und RC – Car - Steller „TEDDI 95“ finden sich Kondensatoren 1nF...10nF von Gate „G“ nach Source „S“. So wird der Fahrstromimpuls
zum Gate gekoppelt und das Gate bleibt wechselspannungsmäßig auf Sourceniveau. An diesen Gates sind keine steilen Ansteuerflanken nötig. Ebenso haben die oberen Brückenzweige meiner Steller meist diese Kondensatoren
von Source zur Gateleiterbahn.
AP3d) Überprüfung / FEHLERSUCHE von FET - Brücken, aus N – Kanal - FETs:
Ein FET Brückendrehzahlsteller, oder Fahrtregler bestehen aus vier Gruppen, die über Kreuz
angeordnet sind und in der X-Diagonalen eingeschaltet werden, bzw. eine Diagonale bleibt ausgeschaltet. Hier beziehe ich mich mit den Bezeichnungen auf meine hauseigenen Bezeichnungen und Schaltungen aus „TORNADO“,
„TOTO“, „TÜMMLER“, „TOGRO“, „NAUTIK“.
Die „VW“ und „RW“ Gruppe ist die Gruppe die den Motorstrom jeweils nach Masse durchschaltet, hier wird der Strom auch getaktet. Die dazugehörige „VVW“ bzw. „RRW“ Gruppe
schaltet die +Spg. mit einem Dauersignal auf den Motor. Die „RRW“ und „VVW“ Stufen sind dann wechselweise als Freilaufdioden im Einsatz, da ja die FETs über Inversdioden verfügen. Die „RRW“ FETs sind also in
der Vorfahrt mit ihrer Inversdiode als Freilaufdiode in Funktion: werden bei der mittlerer Vorfahrt auch warm
In einer ( defekten / neuen ) FET - Brücke mißt man zunächst die Gatespannungen an den FETs der „RRW“
und „VVW“ Stufe. Die eine hat eine Spannung von ca. 1...2V, während die andere Gruppe die erhöhte Spannung aus dem Spannungsdoppler „C93“ hat. Diese Spannung wird durch Zenerdioden auf einen Spannungshub von max.
20V gegenüber der entsprechenden Sourcespannung „S“ begrenzt.
Während der proportionalen Bremszeit wird die „RW“ und „VW“ Gruppe gleichmäßig angesteuert, während „VVW“ und „RRW“ 0V aufweisen.
Die „VW“ und „RW“ FET-Gruppen werden abwechselnd, entsprechend der Vor- und Rückfahrt mit einer getakteten Spannung bis max. 20V in der max. Fahrt angesteuert. Wichtig ist hier, daß beide Gruppen „VW“ und „RW“ in
der max. Fahrt die gleiche Gatespannung erreichen. Ist dies nicht der Fall, die „VW“ erreicht 15V, die „RW“ nur 6V, so ist garantiert ein FET nicht in Ordnung, er bringt vielleicht einen mittleren
Widerstand ( Kapitel 3c ) am Gate nach Source „S“ ein.
FET S. 3b/....
FET S. 3c
Die Metallaschen der „VW“, „RW“ sowie
„VVW“ und „RRW“ sind elektrisch zu trennen = isolieren. Verzichtet man auf einen Sicherungseffekt, kann „VVW“ und „RRW“ in der N – Kanal – FET - Brücke (bei „TOGRO“, „NAUITIK“) miteinander verbunden werden.
Bei „NEPTUN“ ist eine andere Brückenschaltung gewählt. Hier arbeiten N-Kanal-FETs in der „VW“ und „RW“ Stufe, während P-Kanal FETs in der „vvw“ + „rrw“ Gruppe eingesetzt sind. Da die Drains der N- und P-Kanal-FETs
auf der Metallasche liegen und beide Drains „VW“ und „rrw“, bzw. „RW“ und „vvw“ gleiches Potential (sind am gleichen Motorpol = die Drains sind gruppenweise elektrisch verbunden), können sie auch wärmetechnisch
verbunden werden: „VW“ mit „rrw“ und „RW“ mit „vvw“.
3e) Überprüfung der Endstufe, ob alle FETs arbeiten:
In 99% aller Fälle zeigt sich ein defekter FET durch einen Kurzschluß, Schweißperlen siehe
Kapitel 3. Es gibt auch Fälle in denen ggf. ein FET taub ist. Sind die FETs nicht in der Schaltung eingebaut, so lassen sie sich nach Kapitel 3b) und 3a) messen und testen.
Sind die FETs in der Schaltung eingebaut, so gebe ich hier eine Möglichkeit bekannt, die in Verbindung mit meinen Reglern durchgeführt werden kann. Wichtige Voraussetzungen:
1. Ein Gatewiderstand für jeden FET muß vorhanden sein, ca. 56...560r.
2. Die
Treiberstufe gibt keine Gatespannung ab, die gelbe Leuchtdiode ist max. HELL. Dies erzielt man bei TAIFUN, TAIBO, TEDDI wo die 5V Versorgung ( LM2940 ) da ist, indem der Fahrakku angeschlossen ist, aber das
Empfängerkabel nicht eingesteckt wird.
3a. Beim „TAIFUNs“ muß die Bremse außer Betrieb gesetzt werden („C T95“ nach „E T95“ kurzschließen), sonst
gibt es heiße Laschen: „C T95“ nach „E T95“ ( Masse ) verbinden, so kann am Brems - FET keine Ansteuerspannung entstehen. ( TAIBO )
3b. Bei
den nichtumpolenden vor dem Akkuanschluß Emitter T78 nach Masse ( -FA ) verbinden, kurzschließen.
4. Bei umpolenden Drehzahlstellern mit
MOS – FET - Treiber diesen entfernen, sofern er nicht in SMD - Technik eingelötet ist. Immer läßt sich das IC“G“ ZN409 aus dem Sockel nehmen, womit der MOS – FET - Treiber ausgeschaltet bleibt, beim „NAUTIK“ und
„NAUTEX“ der PIC..
5. Man verwendet einen 6...10 zellige Fahrakku, der nicht knackevoll beladen ist. Anstelle des Motors kann eine Lampe als
Verbraucher angeschlossen werden. Im Zweifelsfall bitte einmal vorher bei mir anrufen. Im Anhang finden Sie die grundsätzlichen Schaltungsskizzen meiner Endstufenansteuerungsarten.
.. Akku anschließen, es darf nichts warm werden, kein Stromfluß, Lampe bleibt dunkel.
6. Jetzt wird z. B. mit einem
Schraubendreher immer von der Drainleiterbahn zu einem Gate direkt eine Verbindung hergestellt. Dann muß die Lampe den Strom anzeigen. Bleibt die Lampe einmal dunkel, so ist der entsprechende FET taub und wird
ausgewechselt. Es darf keine Verbindung vom Drain zur Gate-Sammelleiterbahn erfolgen, sonst ggf. Defekt des T75 / T77 / MOS – FET - Treibers. Am Gate und Drain des getesteten FETs steht eine Spannung von
3...4V an, an den Gates der anderen FETs ...1V.
weiter auf der page FET 2. Teil
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Abb.: FET-3b-a
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4. Was kann ein Power FET ohne zusätzliche Kühlung vertragen?
Man muß bei den Stromangaben immer zwischen dem Stundendauerstrom unterscheiden, der
wirklich ständig und für Stunden fließt (bei Industrieschaltungen mit Netzversorgung) und unseren Einsatzbedingungen im Modellbetrieb.
Im Modellbetrieb stellt ein Akku für einen gewissen Zeitraum eine bestimmte
Energie zur Verfügung. Meine Angaben (auch bei den Relais) berücksichtigen diese Tatsache in der Angabe des „Minuten-Dauerstroms“.
Einen 1,4Ah Akkupack kann man in einer Minute in max. Fahrt leerfahren, so ist
der Strom 1,4A x 60 = 84A, oder mit einem anderen Motor in fünf Minuten, mit einem mittleren Strom von 18A. Hieraus resultiert die Angabe des MINUTEN – DAUERSTROM s.
Die Angaben des Minuten Dauerstrom für die
nichtumpolenden Drehzahlsteller werden im allgemeinen auf eine Restspanung von 0,2V in der Endstufe bezogen.
Die Leistungsstärke der Endstufe aus den beiden Beispielen bedürfen aber noch einer kleinen
sinnvollen Korrektur: Während man den Strom für den 1 Minuten Betrieb sinnvollerweise nicht reduziert bei der Wahl der FET - Endstufe, sollte man für den 5 Minuten Betrieb mit 18A einen Aufschlag machen,
zugunsten einer geringeren Erwärmung der Endstufe und hier eine 30A bis 50A Endstufe wählen.
Die Spannung des Fahrakku von 6V bis 60V spielt in der max. Fahrt, ohne mittlere Fahrt - Anteile keine Rolle.
Beispiel: Ein BUZ11 im TO220 Gehäuse, mit ca. 28mr ( Siemens ) wird bei 5A Stundenstrom, in stehender Luft ca. 90 Grad warm. Fließt dieser Strom nur 10 Minuten, erreicht er nur einen Teil dieser
Temperatur.
Die MINUTEN – DAUERSTROM - Angabe beinhaltet auch die hohen Anfahrströme.
Wird ein Motor mit 18A Stromaufnahme jetzt in mittlerer Fahrt betrieben, reduziert sich der Motorstrom. Im Betrieb mit 5....10 Zellen erfordert dies noch keine stärkere Endstufe, wenn Sie den
Aufschlag von 18A auf 50A gemacht haben.
FET S. 3 d /........
Seite FET S. 3 e.
Wird mit hohen Spannungen und mehr mittlerer Fahrt gearbeitet, dann muß die Endstufe
verstärkt werden. Eventuelle werden kleine Kühlelemente zwischen den FETs befestigt um die Wärmekapazität für die kurze Betriebszeit zu vergrößern.
ür GROSSE FAHRAKKUS (3Ah, 10Ah) im Boot muß die
Minuten-Dauerstromangabe, in max. Fahrt ohne zusätzliche Kühlung der Endstufe, schon einmal um 20.....40% vermindert werden. Wird eine Kühlung (kleine Rippen, MS Rohr, ggf. Wasserkühlung oder Montage der FETs auf
einem Kühlkörper ) an die Powe r - FETs montiert, dann ist auch bei großen Fahrakkus der angegebene Minuten-Dauerstrom der Betriebsstrom.
Bei umpolenden Drehzahlstellern mit FET -Brücken gebe ich
meine Betriebsströme = Minuten Dauerstrom gern bei einer Restspannung von 0,1V bis max. 0,15V in der Endstufe an. Für GROSSE FAHRAKKUS ( 3Ah, 10Ah ) im Schiffsmodell, im Truck, sollt / muß die
Minuten-Dauerstromangabe auch reduziert werden. Ebenso bei mittlerer Fahrt und höheren Akkuspannungen ohne zusätzliche Kühlung der Endstufe schon einmal um 20%...50%. Wird eine Kühlung ( kleine Rippen, MS Rohr ggf.
Wasserkühlung, FET Montage auf einem Kühlkörper ) an die Power - FETs montiert, dann gilt auch hier bei großen Fahrakkus der angegebene Minuten-Dauerstrom als Betriebsstrom.
AP 4a) Moderne
Überwachung der Temperatur der Endstufe. TEMPERATURÜBERWACHUNG
Im Zeitalter der prozessorgesteuerten Elektronik, wird oft auch die Endstufe mit Temperaturfühlern (PTC, NTC oder IC-Bausteinen)
kontrolliert. Hier tritt of der Effekt ein, daß nach einer gewissen Zeit, der Motor auf Stillstand geht, weil die Endstufe zu warm wurde. Dies sichert natürlich die Endstufe vor der Zerstörung, mindert aber den
Betriebskomfort, weil die Endstufe für den Einsatzfall zu klein, zu wenig gekühlt ausgeführt ist.
„ÜLA“
meine elektronische Strombegrenzung“ in der FET - Stufe ist ebenfalls eine Leistungskontrolle und Wärmekontrolle der Endstufe, die in all meinen Stellern eingesetzt ist. Sie unterbindet den Motorstrom bei Überlast zunächst im 2..3 sec. Takt.
AP 4b) Einschaltwiderstand RDSon der Power - FETs
Der Einschaltwiderstand RDSon der Power - FETs ist nicht nur von der Gatespannung UgS abhängig, sondern auch von der Betriebstemperatur des Power - FETs.
Mit steigender Gatespannung z. B. von 8V auf 18V so ergibt sich eine Verbesserung des RDSon von ca. 20%. Dies gilt für alle Power - FETs. Auch von 5 auf 8V ist eine entsprechende RDSon Verbesserung zu verzeichnen. Die meisten FETs vertragen eine UGS Gatespannung
von 20V bis 24V. Bei 27V wird der FET gesprengt. Achtung, viele Philips = HITACHI FETs haben im Gateeingang eine bidirektionale Zenerdiode (12V oder 15V), die ab dieser Spannung den Impulstreiber / MOS-FET Treiber
belasten. Auch die negativen Impulse werden ab einer Spannung von 12V / 15V hier abgeleitet. Alternativ der Einbau einer Diode „D74“ bei anderen FETs.
Mit steigender Temperatur wird der RDSon schlechter, deshalb bin ich bemüht die Endstufe großzügig auszulegen, daß sie kalt / lauwarm in Betrieb bleibt. Der steigende RDSon bei
Erwärmung der FETs hat auch einen positiven Aspekt: Der wärmere FET übernimmt dann weniger Strom und schützt sich so vor „Überarbeitung“, wenn viele FETs parallel geschaltet sind.
So ist auch eine
Temperaturbrücke zwischen den FETs der einzelnen Arbeitsgruppen mit Drehteilen positiv. Es ergibt sich hier eine gleichmäßige Wärmeverteilung zwischen den FETs. In der SMD Technik sind die FETs oft auf die
Kupferschicht aufgelötet, sodaß hier eine Wärmebrücke mit voller Absicht erzielt ist.
Weiter zur AP 5) unter “FET 2. Teil” Seite “FET 3 d .......
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Abb. FET-3a-a und FET-3a-b1
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Abb.: FET-3b-a Motorstromumkehrung mit Relais
(2 x UM), Halbbrücke und Voll-Brücke und Abb. FET-3e-a
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Abb. FET-3f-a FET Ersatzschaltbild
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Abb. FET-3fg-a Kennlinienfeld BUZ11 (Siemens “SipMOS”)
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