Ich stand neulich vor einem ähnlichen Problem, wie Herr Jürgen Heidbreder aus dem Beitrag im Tagebuch 11/17, auch wenn dieser Beitrag schon einige Jahre zurück liegt. Bei größeren Ausgangslasten bin ich auf ein doch eher sehr eigenartiges Problem gestoßen. Wie Herr Heidbreder in dem Beitrag berichtete, verwendete er ein generelle Strombegrenzung für die angeschlossen Lasten. Mit einem einem solchen MOSFET wie dem genannten IRFR024 sollte eigentlich einiges mehr an Last zu bewältigen sein. Leider und eigenartiger Weise wohl geschuldet auch einer leistungsfähigeren Spannungsquelle musste ich eine erhebliche Erwärmung des MOSFETs schon bei Lastströmen schon knapp über 0,8 A feststellen. Der MOSFET wurde deutlich wärmer, oder man konnte schon sagen, es machte fast Aua wenn die Schaltung längere Zeit in Betrieb war.
Also bin ich der Sache mal auf den Grund gegangen, und konnte ermitteln, dass dieser Aufbau mit Trockenzellen 3 x AA wirklich nicht geeignet ist, mit periodischen Impulslaststörmen größer 720mA zu arbeiten. Nicht nur dass durch R4, wie im originalen Aufbau, der Gate-Ladestrom sehr gering ist, sondern auch die gesamte Spannungsversorgung neigte bei nicht mehr ganz frischen Trockenzellen dazu, soweit abzusinken, dass der MOSFET zu einer Schaltresonanz neigte, was ihm thermisch sehr stark belastete, wohl auch weil ein Stützkondensator für den OPV fehlte.
Aus diesem Grund begann ich erst einmal das Problem Ladestrom anzugehen. Der verwendete OPV LM358 war wirklich nicht der Kandidat, welcher unter diesen Bedingungen einer z.T. einbrechenden Versorgungsspannung geeignet ist, ausreichend hohe Gate-Umladeströme zu liefern. So fielen mir die "rail to rail" OPVs der MCP6000er Serie auf. Also versuchte ich es damit. Das stellte schon einmal eine erhebliche Verbesserung dar. Aber dennoch, wenn die Vcc der Gesamtschaltung nur minimal unter 3,9 V fiel, traten ähnlich Probleme auf. Wieder hing dieser MOSFET in einer instabilen Situation fest. Da meine Absicht war, diese nicht mehr mit Trockenbatterien zu betreiben sondern auf Li-Akkus wie den 18560zu setzen, weil auch die Betriebsdauer bei mir eine untergeordnete Rolle spielte (45 min sind vollkommen ausreichend ) musste ich nun noch einen geeigneten MOSFET finden. Und auch die Basisschaltung sollte erheblich in der Größe reduziert werden. Da der Single Gatter OPV MCP6001 in Abhängigkeit von der tatsächlichen Vcc einen Ausgangsstrom zwischen 15 und 23 mA liefern kann, verkürzte sich die Umladezeit erheblich.
Bisher waren MOSFETs für mich nur Monster, in TO-200 oder liegend als DPAK². bei einer längeren Recherche bei verschiedenen Online Elektronikversandhändlern bemerkte ich, es gibt auch recht leistungsfähige MOSFETs in SOIC-08. Meine Entscheidung fiel auf den TSM120N06LCS. Deswegen musste eine kleine Platine her. Meine ersten Versuche noch mit einen SOIC-DIP Adapter zeigten, ohne einen Stützkondensator am OPV war immer noch nicht der bestmögliche Zustand erreicht. Ich ergänzte die Schaltung um einen 220nF-Ablockkondensator für den OPV. Sowie von einem Bekannten erfuhr ich, welcher sich mit AirLight Systemen und extremen PWM basierten Lichtsystemen im vielfachen Lastbereich 15 A@ 12 V beschäftigte, dass eine kleine Parallelkapazität Gate-Source bei ihm zu einer nennenswerten Verringerung der MOSFET Temperatur und einem besseren Schaltverhalten, besonders bei der Abschaltung (to LOW ) führt. So entstand diese modifizierte Schaltung.
Einen wirklich messbaren Unterschied bezüglich der thermischen Belastung
des MOSFETs konnte ich bei der variierten Positionierung von C2 vor oder nach
R6 nicht feststellen. Lässt man allerdings diesen Kondensator C2 ganz weg,
erwärmt sich der MOSFET nach ungefähr 30 min Betriebszeit @1,5 A um fast 10 K
(Kelvin) mehr. Durchschnittlich, aber auch wiederum abhängig von der
tatsächlichen Last, arbeitet der Aufbau mit einen Selbsterwärmungstemperatur
von ca. 50 °C. Damit konnte ich die Schaltung ohne Lastvorwiderstände auf ca.
10x20 mm schrumpfen. Bestückt ist die Platine beidseitig, der MOSFET hat die
gesamte Rückseite fast für sich alleine.