Beim MOSFET den maximalen Strom ohne Kühlkörper berechnen

Ein MOSFET Transistor soll als Schalter verwendet werden.

Der MOSFET hat einen geringen Einschaltwiderstand, der im Datenblatt mit  R _{DS(ON)} ( \Omega ) angegeben wird.

Dieser Widerstand erzeugt eine Verlustleistung, die mit dem Strom quadratisch zunimmt. P=U*I=R*I^{2} (W).
Oder anders ausgedrückt, bei einer gegebenen maximalen Verlustleistung wird der Strom berechnet I=\sqrt{\frac{P}{R} } (A).

Diese Verlustleistung erhitzt den inneren Halbleiter. Im Datenblatt ist die maximale Junction Temperatur mit  T_{J} (°C) angegeben. In der Realität solle man ca- 10-30 °C darunter bleiben für eine lange Lebensdauer das Bauteils.

Diese Wärme wird über das Gehäuse an die Umgebung abgegeben. Dafür wird der Wert Junction-to-Ambient im Datenblatt R_{\theta JA} (°C/W) angegeben.

Damit kann erst einmal die maximale Verlustleistung des Bauteils ohne extra Kühlkörper berechnet werden wenn eine höchste Umgebungstemperatur  T_{A} angenommen wird.
 P = \frac{T_{J} - T_{A}} { R_{\theta JA}}

In der Rechnung sollte noch berücksichtigt werden daß der  R _{DS(ON)} mit der Temperatur zunimmt und durchaus bei dem doppelten Wert liegen kann wenn das Bauteil heiß wird.

Ein Beispiel:
Junction Temperatur  T_{J} = 175 °C . Minus 30°C für die Lebensdauer  T_{J} = 145°C.
Höchste angenommene Umgebungstemperatur der Luft  T_{A} = 40°C
Junction-to-Ambient R_{\theta JA} = 62 °C/W

 P = \frac{T_{J} - T_{A}} { R_{\theta JA}} = \frac{ 145 - 40} {62} = 1,7 W

 

Mit dem Ergebnis von oben und einem  R _{DS(ON)} = 0,02 \Omega ergibt sich

I=\sqrt{\frac{P}{R} } = \sqrt{ \frac{1,69}{0,02} } = 9,2 A

 

Bei 145°C liegt der  R _{DS(ON)} 1,7 fach höher als bei 25°C angegeben, das sind 0,034 Ohm.

I=\sqrt{\frac{P}{R} } = \sqrt{ \frac{1,69}{0,034} } = 7 A

Es dürfen also maximal 7A fließen wenn dieser MOSFET durchgeschaltet ist.

Für dieses Beispiel wurden die Daten des IRF4905 P-Kanal MOSFET verwendet.

Und hier nun die Berechnung für eigene Bauteile:

von Matthias Busse

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