Mysteriöse Ausfälle des Heizungsgebläses

[treckertom]

Danke für die Bilder des Originaltransistor BUZ111S.
Datenblatt: 
  BUZ111S.PDF (Größe: 115,9 KB / Downloads: 50)

Wesentliche Daten: 
BUZ111S

• Gehäuse-Bauform:  TO-220 (Ersatz muss gleich sein)
  
• Anschlussfolge: G-D-S  (Ersatz muss gleich sein)
  
• Drain source Spannung: 55 V (Ersatz sollte gleich oder mehr haben)
  
• Drain-Source "Ein"-Widerstand: 0.008 Ω (Ersatz sollte weniger oder gleich haben)
  
• Dauerhafte Drain-Stromstärke: 80 A  (Ersatz sollte gleich oder mehr haben)
  
• maximal mögliche Verlustleistung @25 °C Gehäusetemperatur:  300 W  ( Ersatz sollte gleich oder mehr haben, egal wie hoch: sinkt immer linear auf 0W bei 175°C)
  
• Wärmewiderstand zwischen Kristall und Montageflansch: 0.5 K/W  (Ersatz sollte weniger oder gleich haben)
  

 
IRF3205

• Gehäuse-Bauform:  TO-220  (passt)
  
• Anschlussfolge: G-D-S (passt)
  
• Drain source Spannung: 55 V (passt)Drain-Source "Ein"-Widerstand: 0.008 Ω (gleich)
  
• Dauerhafte Drain-Stromstärke: 75 A  (etwas zu wenig)
  
• maximal mögliche Verlustleistung @25 °C Gehäusetemperatur:  200 W  (viel zu wenig)
  
• Wärmewiderstand zwischen Kristall und Montageflansch: 0.75 K/W  (zu viel)
  

IRF1405

• Gehäuse-Bauform:  TO-220  (passt)
  
• Anschlussfolge: G-D-S (passt)
  
• Drain source Spannung: 55 V (passt)
  
• Drain-Source "Ein"-Widerstand: 0.0053 Ω (weniger, passt)
  
• Dauerhafte Drain-Stromstärke: 75 A  (etwas zu wenig)
  
• Verlustleistung @25 °C Gehäusetemperatur:  330 W  (mehr, würde besser mit größeren Kühlkörper passen)
  
• Wärmewiderstand zwischen Kristall und Montageflansch: 0.45 K/W  (weniger, besser)
  

IRF1404 

• Gehäuse-Bauform:  TO-220  (passt)
  
• Anschlussfolge: G-D-S (passt)
  
• Drain-Source Volt (Vds): 55V
  
• Drain-Source "Ein"-Widerstand: 0.004 Ω (noch weniger, passt besser bei Gebläse mit Höchstleistung)
  
• Drain Current (Id): 75A  (etwas zu wenig)
  
• Power Dissipation (Ptot): 330W
  
• Wärmewiderstand zwischen Kristall und Montageflansch: 0.45 K/W  (weniger, besser)
  

Fazit:  IRF3205 nicht geeignet, IRF1405 geeignet, IRF1404 besser geeignet. Gibt es auch bei iBäh.

Überwiegend ist der "Ein"-Widerstand jedoch weniger wichtig, denn im "Normalbetrieb" bildet der Transistor mit den steuernden "Hühnerfutter" auf der Leiterplatte drum herum einen Widerstand mit einigen Ohm nach.

Merkwürdig, das bei Buğra der von den Daten schlechtere durchhält, der besser aber nicht. 
Ach so: es wurde nur der defekte, also einer getauscht. Das ist ungünstig. Denn die Daten können abweichen, dann arbeitet nur der eine, der ander tut nix mehr.
Und der eine "schuftende" Transistor wird dann immer überlastet... Auch der allerbeste.

Mangel lässt sich auch ohne weitere, zu beschaffende "Widerstände" eingrenzen: 
Lüfter darf mit angeschlossenen Widerstand im dessen Stromkreis (die beiden grossen Kontakte) und getrennten Steuerleitungsstecker (die drei kleinen) nicht laufen. 

Wenn ich das nach Bild richtig sehe, werden die Transistoren mechanisch lediglich durch die Kunststoffbrücke auf den Kühlkörper aufgedrückt. 
Dann kann der immer nötige Anpressdruck mit der Zeit unzureichend sein oder werden. 

Bei Austausch wichtiger ist beidseitig plane Oberfläche zueinander und möglichst dünn(!) aufgetragen Wärmeleitpaste. 
Viel hilft nicht viel, hier ist weniger immer mehr.
Denn gerade die Wärmeleitfähigkeit von Wärmeleitpaste ist zwar besser als Luft, jedoch deutlich schlechter als jede metallische Verbindung. 

Wenn Halbleiter durchlegieren und zum Leiter werden, dann ist das Überhitzungs-, damit Wärmebedingt. Dann war mehr Wärme abzuführen als das möglich ist. Dabei ist nicht die Gehäusetemperatur ausschlaggebend sondern wie gut die Wärme vom eigentlichen Halbleiterkristall weg- bzw abgeleitet wird.
Hier ein Bildchen, das wärmeerzeugene, grün gefärbte "Die" liegt im Gehäuse. Die Anschraubbohrung ist ungünstig weit weg, denn da wird an einer Stelle gepresst, wo es weniger 'drauf ankommt:
   

Zudem gibt es Bauteilintern auch einen zu überwindenden Wärmewiderstand, ein Wert im Datenblatt in K/W oder ⁰C/W. Der sagt aus, um wie viel Grad je Watt der Kristall wärmer als das Gehäuse wird. 
Das heißt: der Kristall ist immer wärmer als die Metallfahne/Gehäuse selbst. Beim einen Typ mehr, beim anderen weniger. Andererseits: je besser der Wert, desto weniger Spannungsfest. Ist also ein Kompromiss. Das zu verbessern ist eines der vielen Ziele jeder Bauteileentwicklung.
Gut zu wissen: durchlegieren/Kristallschmelze findet bei siliziumbasierten Halbleitern bereits sicher ab 175⁰C Kristalltemperatur statt.  Die können mit ungleichen Transistoren (einer arbeitet viel eher als der andere), Schwergänigen Lüfter und mittlerer Drehzahl schnell erreicht werden.

Also bei dieser Ausführung wichtig: 

• immer beide Transistoren mit identischen Typen tauschen, 
  
• beide Oberflächen plan feilen bzw. abziehen, mit dünn aufgetragener Wärmeleitpaste 
  
• mechanisch mit nachgerüsteten Bohrungen neben dem Kunststoffknubbel, Andrücklasche und Schrauben direkt unter dem Wärmeerzeugenden Kristall fester gegen Kühlkörper anziehen. Je kürzer der Weg, den die Wärme zum Kühlkörper zurücklegen muss, desto besser. 
  Diese Ausführung mit starker Klammer 
       
  geht hier offenbar nicht. Die Bauform TO 220 war und ist aus wärmetechnischer Sicht eine wenig gut gelungene Ausführung. 
  
• sicherstellen, das der Kühlkörper optimal im Luftstrom liegt. 
  

Interessant wäre einmal die Mitteilung, welche Motorspannung sich bei den verschiedenen Lüfterstufen einstellt und welche Stromstärke dabei fliesst (DC-geeignetes Zangenamperemeter). Ideal: welche Kühlkörpertemperatur dann auftritt.

Dann könnte viel besser passendes gesucht werden.
-- 
Tom