MOSFET

Hallo forumleden,

Ik zit met de volgende situatie:

Ik ben bezig met de bouw van een grote (500 mm x 500 mm x 500 mm) 3D-printer. De elektronica wordt aangestuurd met een RAMPS 1.4 bord. Omdat mijn printbed zo groot is moet er een grote stroom lopen om deze te verwarmen. Het gaat om ca. 40 ampère op 12 volt. Op het RAMPS bord zit een MOSFET die normaal gesproken tot ca. 10 ampère stuurt. In de eerste instantie wilde ik daarmee een groot relais aansturen voor de stroom naar het printbed, maar recentelijk kwam ik er achter dat de regeling van de verwarming gebruik maakt van PWM, waardoor een relais ongeschikt is.

Nu wil ik hier één of meerdere MOSFETs voor gebruiken, maar ik zou niet weten welke. Ik heb me een beetje ingelezen, maar ik word er niet veel wijzer van.

Concreet is mijn vraag: Welke MOSFET of MOSFETs kan ik gebruiken om (met gemak) 40 A op 12 V te kunnen sturen? Het liefst gebruik ik geen koelblok. Vandaar dat het gebruikt van meerdere MOSFETs om de stroom wat te verdelen geen probleem is. De MOSFET(s) worden dus aangestuurd d.m.v. een andere MOSFET die 12 V levert.

Bij voorbaat dank.

M.v.g. Gijs

Edit: De titel wou ik nog aanpassen, maar dat ben ik vergeten. Hoe kan ik dit alsnog doen?

Ha Gijs94,

Je moet kijken wat op dit moment populair is dan lift je mee voor wat de prijs betreft ;) .
Het enige wat je in de gaten moet houden is de Rds(on)en of je een N kanaal
dan wel een P kanaal wil gebruiken.
Je spanning is laag en een stroom van 40 Amp is met 1 fet te doen maar dat moet je niet doen als je FET voor 40 Amp geschikt is moet er tenminste 2 nemen maar voor professioneel gebruik 4 denk aan de levensduur.
Ik heb hier nog een bak met MTP40N10E liggen maar die zijn obsolete dus die moet je niet hebben maar iets in die trant.
Altijd tussen de FET's ferriet kralen gebruiken en liever koelen maar goed daar heb je al op gewezen.
Kijk bij de bekende leveranciers.

Groet Henk.

Er zijn zat MOSFETs die 40A of meer kunnen schakelen, het is echter verstandig om er een te kiezen met een zo laag mogelijke RDS(on)
Deze zijn veelvuldig leverbaar als je een N-channel neemt, hierdoor word wel de massa van het verwarmings-element geschakeld.
Als je er een aantal parallel zet zal je bijvoorbeeld Deze kunnen gebruken, die heeft een RDS(on) van slechts 2mΩ!

Waarschijnlijk zul je ook een MOSFET driver moeten gebruiken, ik denk dat er wel forumleden zijn die een geschikt type zullen ophoesten :)

Op 7 september 2016 16:09:15 schreef Gijs94:
Edit: De titel wou ik nog aanpassen, maar dat ben ik vergeten. Hoe kan ik dit alsnog doen?

Heeeeeel lief aan de Moderators vragen :)

Mijn keuze voor deze toepassing zou IRLB3004 + TC4427 zijn.
Deze fet heeft 1,2 mΩ RDS-on, met de TC4427 kan je hem betrouwbaar snel openen.
Reken wel even je gate requirements uit gezien de PWM frequentie.

Mijn excuses voor de late reactie. Het dorpsfeest is er tussendoor gekomen en ik heb niet meer aan dit topic gedacht. Iedereen bedankt voor de reacties. Het lijkt allemaal wat makkelijker dan geacht.

@electron920: Redundant uitvoeren i.v.m. de levensduur is een goede. Een print kan maar zo enkele dagen duren, dus een kapotte FET tussendoor zou lullig zijn. Dat van die ferrietkralen heb ik nog niet eerder gelezen bij FETs. Is dat i.v.m. het gebruik van PWM?

@Thevel: De betekenis van deze RDS(on) heb ik even opgezocht. Logisch dat die laag moet zijn :). Ik zal 2 mΩ aanhouden als richtlijn. Ik zal even opzoeken wat een MOSFET-driver doet. Het gebruik ervan heb ik nog niet eerder gezien

Het is nu een beetje laat om de moderators lief aan te kijken...

@walkura: Dat is concreet :D. En wederom een nuttige term om op te zoeken. Volgens mij is de PWM-frequentie van een Arduino te sturen in de software. Ik neem aan dat dit al gebeurt om de prijs van de elektronica te drukken. Ik zal de software even doorkijken.

Allen nogmaals bedankt voor de input. Hiermee moet ik een heel eind komen.

De mijne pwm't op rond de 0.1Hz dus gate capaciteit is niet zo belangrijk. 40A * 2 mOhm = 80mV.... Dat maal 40A is 3.2W. Ik zou liever lager mikken. Ik gebruik IRFS7530 mosfets. Maar voor jou is hun toegestane spanning onnodig hoog. Je zou met wat goedkopers toe moeten kunnen....

Als ik even bij farnell rondclick kom ik dan op PSMN1R2 of PSMN1R0 uit....aansturen kan m.i. gewoon met een pullup en de bestaande FET. Het stuur signaal moet je dan in software inverteren...…

Gisteren heb ik de verwarmingsplaten getest, deze bleken niet allemaal even warm te worden. Omdat dat problemen op kan leveren heb ik besloten om 4 FETs te gebruiken, zodat ik later eventueel ieder verwarmingselement afzonderlijk kan aansturen.

Mijn keuze is daarvoor gevallen op een PSMN2R0-30PL. Is dit een geschikte FET? Als de verwarmingselementen extreem veel van elkaar zouden verschillen, en degene met de hoogste stroom zou 15A trekken, dan wordt de aansturende FET opgewarmd door 0,0017*152 = 0,38 W. Lijkt me te doen toch?

@rew: Bedankt voor je reactie. Ik heb je advies wat betreft een lagere warmtedissipatie ter harte genomen, zie bovenstaande stukje. Als ik het goed begrijp een verbinding tussen de drain van de 1e en de gate van de andere 4 FETs dus niet voldoende? Ook niet met het gebruik van een pull-down resistor?

De mosfet op je RAMPS is een N-fet. Die kan de "HEATED BED" output naar de 0V trekken. De andere kant van je heated bed schroef je normaliter vast aan de 12- of 24V. Dat is de normale gang van zaken.

Controleer vantevoren (nu dus!) dat je in software de polariteit van de heated bed output kan omdraaien. Ik denk van wel.

Normaliter zou je met een 1k weerstand zo'n 12mA aan stroom krijgen om de gates "op" (ik wilde schrijven op-en-neer, maar het is alleen "op") te jassen. Dan kan je "worst case" gaan rekenen. Met 12mA en 10nF aan capaciteit, gaat ie met 1 V per microseconde de gates opladen. Stel dat dit dus 12 microseconden gaat duren, en dat de totale stroom bij de hele spanning door de mosfets gaat. Dan heb je dus 15A * 12V = 180W in je mosfet. Gedurende 12 micro seconde... bij mekaar 2mJ. Prima te behappen. Wordt ie niet warm of koud van. :-)

Geeft dat dan geen problemen als de microcontroller nog niet draait / vastloopt etc.? Als de mcu uitgang een hoge impedantie heeft, wordt de gate van de bestaande mosfet omlaag getrokken (heeft een pull down weerstand van 100k blijkbaar). Dus gaat je heated bed aan, vol gas! Dan lijkt het mij fijner om nog een keer te inverteren.

Zit wat in... evt een pullup naar de 5v op de gate van de originele FET...

Mijn excuses, ik had helemaal niet meer gedacht aan dit topic. Uiteindelijk heb ik het opgelost door wat rew zei: De FET trekt de heated bed output naar 0V wanneer het bed aan moet (ik dacht aanvankelijk dat het andersom gebeurde). De output van het heated bed zit nu rechtstreeks op de groene draad van de ATX-voeding van het heated bed, waardoor de voeding aan gaat wanneer het heated bed door de RAMPS wordt ingeschakeld. Het heated bed heeft dus een eigen voeding. De PWM functie heb ik uit gezet. Het bed wordt nu in/uitgeschakeld bij een offset van de ingestelde temperatuur. Misschien dat iemand in dezelfde situatie er nog wat aan heeft.

[Bericht gewijzigd door Gijs94 op (13%)]

Interessant draadje,
Mijn ervaring met PWM aansturing van een FET is dat deze toch wél koeling nodig heeft bij hoge belasting. Tijdens de overgang van hoogohmig naar laagohmig is er een overgangsgebied waar er wel warmte ontwikkeld wordt. Bij een snelle pulsherhaling neem ik dit in het vervolg wel mee.

Daarom heb je ook een goede driver nodig voor de fet, zodat 'ie snel aan/uit schakelt en niet in het lineaire gebied blijft hangen.
Ook de pwm frequentie niet hoger kiezen als nodig is, dat geeft ook extra verliezen door het onnodig schakelen.
Deze zou kunnen: http://nl.farnell.com/nexperia/psmn1r0-30yld/mosfet-n-ch-30v-100a-sot-…

[Bericht gewijzigd door Arco op (18%)]