Mosfet berekenen.

STEL: ik heb een condensator die ontladen moet worden.

Om het concreet te maken: Hij is 4700uF, en kan tot 60V opgeladen zijn. De mosfet zou een IRFS7530 kunnen worden.

Die condensator, daar zit dan 8.5J aan energie in.

Nu zet ik daar de mosfet over en ik reguleer de gate spanning zodanig dat er een tijdje een constante stroom gaat lopen.

Nu zeggen de specs dat ik "zomaar" 0.5 of 1.0 J aan energie er in mag dumpen, alhoewel die spec voor een ander geval bedoeld zijn.

Maar goed. Mijn vraag: Hoe reken ik uit over hoeveel seconden ik het ontladen van de condensator moet uitspreiden om binnen de SOA van de mosfet te blijven.

Als ik uitga van een delta-tJ van 80 graden en een Tja van 40k/W, mag ik 2W verstoken. Dan moet ik er dus ruim 4s over doen. Maar dan zit ik in het begin als de spanning hoog is, toch ook weer boven z'n max.

Als ik in het begin onder die 2W moet blijven, mag de stroom max 2W/60V = 33mA zijn. Dat is dan weer super-veilig. Dan doet de condensator 6.4V/sec, dus ruim 9s over het hele ontlaad-proces.

Ik denk dat ik met die laatste berekening een "veilige" limiet heb gepakt. Maar kan ik het beter uitrekenen. Meer om de marge te weten die ik heb dan om daadwerkelijk de boel te versnellen. Anderzijds, 9s is eigenlijk ook net wel aan de lange kant.

Kader: Dit wordt een softstart voor een ESC. De condensator wordt dus opgeladen ipv ontladen. Complicerende factor bedenk ik me nu: De belasting zal "idle" ook iets als 20-30mA gebruiken, en dat gaat zeker van start zodra de condensator boven de 12V is gekomen.

Als je ook de DS spanning meet kun je die stroom bijsturen en toch in de SOA blijven. Scheelt vast in de tijd.

Begrijp ik dat je die ESC als geheel wilt inschakelen met een vette elko ernaast om dat "geleidelijk" te doen?

De bedoeling was eigenlijk om het "simpel" te doen: Gate aan de 12V via een grote weerstand (er wordt toch niet geschakeld) en dan de drain aan de gate via een condensator. De threshold en de 12V bepalen samen de stroom naar de gate. En zodra je de threshold bereikt bepaalt die stroom met de condensator de dU/dt van de "uitgang".

Wat je me vertelt is

en dan snap ik niet hoe die condensator zich gaat laden...

Volgens mij gebeurt er dit (puur beredeneerd, geen simulatie):
Die FET zal initiëel vol opengestuurd worden (Vgs = 12V) om meteen daarna weer helemaal dicht te gaan, de elko is immers nog leeg wat resulteert in een Vgs=0. Dit blijft een tijdje heen-en-weer schieten totdat de treshold is bereikt (als dat al gebeurt: als de FET weer dichtgaat wordt de elko ook weer ontladen).

EDIT
Simulator maar even opgestart: het oscilleert niet.
Maar een bruikbare softstart zou ik het ook niet willen noemen...

[Bericht gewijzigd door fatbeard op (12%)]

Die rechter RL, bevat ook een DIKKE (die 4700uF) condensator.
De load wordt vanuit een 50V (laten we worst-case op 60 rekenen) voeding gevoedt.

De elco die jij getekend hebt wordt een gewoon condensatortje.

Bij de threshold spanning van de mosfet, zeg 4V, dan zit er zo'n 8V over mijn weerstand. Stel ik neem daar 1M dan loopt daar 8µA. Als ik de timing-C dan kies op 1uF. Als de drain van de mosfet dan naar beneden komt met 8V/sec dan wordt de stroom: door de timing-C: I = C dU/dt = 1uF 8V/s = 8µA. Precies de stroom door de weerstand. Zodra de drainspanning in de buurt van de nul komt, wordt de stroom door de timing-C ineens een gewone RC met m'n timing-weerstand en zal de gate-spanning beginnen te stijgen met 8V per sec.

Edit; Ah! mooi! simulatie! Die Rload moet dus 4700uF zijn. en C1, R1 1uF en 1M.

Aha. Juist ja. Hrgmmm...
Ben ik alleen ff benieuwd waar jij die 8V/s daaltijd van de drain vandaan haalt.

LTspice zegt er het volgende over (ik had geen model van de IRFS7530, maar let even op de tijdschaal):

De gate spanning begint pas bij t=0.6 op te lopen.

De 1uF condensator moet op 60V beginnen. De "rust situatie" is met de fet UIT, gate op 0V, en dus de drain op 60V.
Let op: Hoewel NA het opstarten het de bedoeling is om best 60A te gaan trekken, is het NIET de bedoeling dat er iets anders dan de condensator stroom trekt tijdens de "softstart".

Ik overweeg twee dingen. Enerzijds een losse tussenschakel module. Een schakelaar zet dan "de boel" aan, door de "12V" voeding" aan te zetten. De andere optie is om de boel in de ESC te integreren. Dan komt er een zevende mosfet, en de ESC schakelt pas enige tijd na het opkomen van de voeding de negatieve kant van de dikke condensator naar de GND....

[edit] IK heb LTSpice aangeslingerd en het opggegeven toen ik noch de voeding noch de transistoren kon vinden.

De simulatie liep nu met de externe bronnen beginnend op 0. Om het iets nauwkeuriger te simuleren heb ik twee vraagjes:

Wordt die 12V uit de 60V afgeleid of is die geheel onafhankelijk?
Wat is de tijdsrelatie tussen het inschakelen van die twee?

In een van de mogelijkheden blijft de hoofdvoeding 60V gewoon bestaan, en wordt de 12V later ingeschakeld. Als je de condensator niet "geladen" kan laten beginnen, dan is de 12V voeding de eerste 5S "uit". Oh, wacht. Dan ragt ie in de simulatie ongecontroleerd even wat spanning in de dikke condensator. In spice kan ik me herinneren kan je van een condensator opgeven wat z'n beginspaning is. In LTspice zie ik dat niet in de "eigenschappen" van de condensator terug.

Kan je met een tweede mosfet de gate van de eerste, de eerste seconde strak op nul houden? Dan is m'n zielige condensatortje wel opgeladen.

Er speelt meer dan alleen de SOA. Volgens de SOA curve in Fig 10 van
http://www.infineon.com/dgdl/irfs7530-7ppbf.pdf?fileId=5546d462533600a…
mag je DC bij 60V nog geen 100 mA laten lopen.

Wat het echte probleem van een mosfet is: onder bepaalde stroom,en, bij lage Ugs wordt de curve in plaats van PTC een NTC. Dan krijg je thermal runaway met hotspots. Je ziet het in Fig 1 van de mosfet. Bij 12V Ugs zie je dat de Rdson bij 125 graden hoger is dan bij 25 graden. Echter onder een Ugs van ca 5V zie je dat de lijnen elkaar gekruist hebben en dat bij een hogere temperatuur er juist een lagere Rdson is. Dit is een gevaarlijk gebied voor een mosfet met mogelijke hotspots.

Wat kun je doen? Heel eenvoudig een kleinere mosfet gebruiken. Een die altijd in het PTC gebied zit waar je hem wil gebruiken.

Maar wat ik zou doen: gewoon een transistor gebruiken. Veel makkelijker. Ook met SOA natuurlijk.

An sich is het idee van rew niet verkeerd, er zijn alleen wat bijkomende verschijnselen...
Ik heb ff zitten vogelen in de simulatie en volgens mij kom je met dit schemaatje wel weg

Waar komt die RSS nu weer vandaan? DIE neemt nu met laden van de elco voor z'n rekening (met 12A in het begin).

Die heb ik erbij verzonnen: Rsoftstart.
Neemt inderdaad het laden van de 4700uF voor zijn rekening, en voorkomt daarmee dat de aan-uit FET aan diggelen gaat. Eventueel blokkeer je de gate-sturing door een tweede (kleinvermogen)FET die zijn gate-spanning haalt van de D-S spanning: dan ben je voor alle voedingsspanningen veilig (de grote FET kan dan pas schakelen als de DS-spanning onder de treshold van de tweede FET ligt).

Omdat dat laden een eenmalige gebeurtenis is hoef je daar geen 700W weerstand voor te nemen, mits een pulsbestendig type wordt uitgezocht schat ik in dat je met een 5 Watter nog wel weg komt...

Is het niet handiger om een kleine MOSFET, spoel en diode te gebruiken al buck converter, die je open-loop aanstuurt met de microcontroller die je toch al hebt, zodanig dat hij altijd in discontinuous conduction mode blijft om zeker te weten dat de spoel niet verzadigd? Je hebt daar alleen de in- en uitgaande spanning voor nodig, en ik neem aan dat je de spanning over de condensators toch al meet.

Bijkomend voordeel van zo'n constructie is dat je een fout kunt detecteren (kortgesloten motordrive of zo) en kunt stoppen met de soft-start zonder dat de MOSFET stuk gaat.

Op 7 augustus 2016 14:45:01 schreef fatbeard:
Die heb ik erbij verzonnen: Rsoftstart.

Die fet is niet bedoeld om "aan-uit" voor z'n rekening te nemen. De bedoeling is dat ie het langzaam vullen van de condensator doet. De truuk met een gecontroleerde (niet alleen de parasitaire) condensator tussen drain en gate betekent dat je een lineaire opstart krijgt.

Sparky:
Mogelijk wil ik dit ding als "module" in gaan richten, die dus "60V IN" links heeft, "60V UIT" rechts en "sluit hier uw schakelaar aan", De bedoeling is dan dat je laagspanning, laagstroom schakelaar kan doen, en toch een "dikke" condensator aan de uitgang kan hebben die zonder vonken te trekken aangezet kan worden.

[Bericht gewijzigd door rew op (28%)]