DC-Betrieb für IRFZ44-Mosfet, SOA-Kurve, maximaler Strom bei 40 V?

Ich habe eine elektronische Last gebaut. Damals habe ich die SOA-Kurven nicht verstanden. Jetzt finde ich, dass das IRFZ44- Datenblatt keine DC-Kurve enthält. Irgendeine Idee, wie hoch der maximale Strom bei 30 V und 40 V sein könnte, um keinen Schaden zu verursachen? Andernfalls muss ich möglicherweise alles zu einem 2N3055 ändern (und ein Chaos anrichten).

Die elektronische Last funktioniert @ (schlecht geglättet) 40V DC 3A. (Ich habe es nur für wenige Sekunden bei dieser Leistung getestet). Allerdings habe ich es viel bei 15-25V und 1A getestet. Scheint gut zu halten. Ich habe einen großen Kühlkörper mit einem Lüfter darauf. Die Gehäusetemperatur steigt nicht über 40 ° C.

(Der IRFZ44N und der IRF540 scheinen die einzigen Leistungs-Mosfets zu sein, die lokal verfügbar sind, sodass alle Hinweise auf die DC-Fähigkeit von beiden ausreichen.)

Hinzugefügt am 13. April 2018: Nun, der Mosfet ist gestorben. Um meine eigene Frage zu beantworten ... Der IRFZ44 arbeitet gerne bei etwas mehr als 20 V (vielleicht 23-24) bei fast 2 A (ich habe viele Male bei 1850 mA getestet). Ich habe heute bei 42,5 V getestet und es starb kurz nach Erreichen von 400 mA (vielleicht bis zu 500 mA, ich bin mir nicht sicher). Es war nicht einmal warm, vielleicht nur bei 35 ° C oder so. Das ist es also. Im Nachhinein hätte ich ein paar Widerstände stromaufwärts des Drains hinzufügen sollen, um die Spannung über dem Mosfet zu senken. Es dürfte wohl einiges vertragen, wenn die Vds auf nur ca. 10V begrenzt ist.

Das bedeutet auch, dass die SOA-Kurven im Datenblatt wahrscheinlich nicht alle korrekt sind. Das Extrapolieren der Punkte, an denen der Mosfet funktionierte und nicht funktionierte (die imaginäre DC-Betriebslinie), gibt mir keine Linie parallel zu den anderen Linien bei unterschiedlichen Impulsbreiten. Auch sie können also bei höheren Spannungen in Wirklichkeit viel stärker nach unten gekrümmt sein (dh eine Kurve anstelle einer geraden Linie im Datenblatt).

Also da ... meine IRFZ44N im Wert von 30 Cent ...

Hinzugefügt am 15. April 2018: Ein weiterer Mosfet starb. Dieser fiel mit nur 2,5-3,5 V bei etwa 2,4-2,5 A aus. Das erklärt wahrscheinlich die fehlende DC-Linie in der SOA-Kurve. Dieser Mosfet fällt bei über 2 A bei allen Spannungen unter 20 V aus. Die DC-Kurve ist eine flache Linie bei etwa 2 A bis 20 V und fällt danach scharf auf 400 mA bei 40 V ab.

Ich sehe eine DC-Kennlinie für den IRFZ44N, daher weiß ich nicht, warum das Internet Sie daran hindern sollte.
Welche Figur? Bei 0Hz Linearbetrieb konnte ich nichts finden.
25V*1A = 25W. 40V*3A = 120W. Großer Unterschied. Und die absolute maximale Nennleistung basiert auf einer Die-Temperatur von 175 °C. Die Erwartung einer Zuverlässigkeit von mehr als 30 W (selbst bei hervorragender Kühlung) ist unrealistisch.

Antworten (3)

Der IRFZ44N ist ein HexFET, der für Schaltanwendungen entwickelt wurde. Wenn Sie ihn also in linearen Anwendungen verwenden, besteht die Gefahr, dass er zerstört wird, und Sie müssen sich am Kopf kratzen, warum er platzte. Es kann sein, dass es nicht einmal sehr warm ist. Für lineare Anwendungen sollten Sie die Verwendung von MOSFETs in Betracht ziehen, die darauf ausgelegt sind, thermisches Durchgehen zu vermeiden. Ja, ein MOSFET geht in thermisches Durchgehen, wenn die Gate-Source-Spannung unter der Schwelle des Nulltemperaturkoeffizienten liegt.

Dies ist kein theoretischer Ärger, der nicht wirklich passiert. Ich kann dafür bürgen, dass ich es auf einem Entwurf gesehen habe, den ich mir ansehen sollte. Werfen Sie einen Blick auf einige IXYS-MOSFETs, die für "lineare" Anwendungen ausgelegt sind.

Auf Halbdokument über thermische Instabilität

Infineon-Dokument zur thermischen Instabilität

Dito von Fairchild

Nasa-Dokument, das dies erklärt

Welche Figur? Bei 0Hz Linearbetrieb konnte ich nichts finden.

Abbildung 1 und Abbildung 2 beschreiben die DC-Operationen, obwohl diese Messung mit einem 20-us-Impuls durchgeführt wurde: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es wird mit einem Impuls hergestellt, um eine Selbsterhitzung und die entfernteste Möglichkeit eines thermischen Durchgehens bei niedrigeren Gate-Spannungen zu verhindern; Beachten Sie, wie eine Gate-Spannung von 4,5 Volt (25 °C) einen Strom von etwa 7 Ampere mit 1 Volt zwischen Drain und Source erzeugt; Beachten Sie dann, dass der Strom bei Erwärmung des Siliziumchips (natürlich schnell) auf etwa 14 Ampere bei 175 °C ansteigt (Abbildung 2).

Dies ist das thermische Durchgehen, auf das ich mich beziehe.

Aus diesem Grund verwenden aktive Lastdesigns Stromrückkopplung
@TonyStewart.EEsince'75 Ampage Feedback schützt einen Mosfet nicht, wenn es kalt ist und Sie eine hohe Gate-Spannung anlegen, um genügend Strom fließen zu lassen. Innerhalb von etwa einer Millisekunde kann sich im Hexfet ein heißer Punkt entwickeln, und es entsteht eine lokalisierte Temperatur von über 600 Grad Celsius, die ein Loch hineinbläst, bevor die Rückkopplungsschleife reagieren kann.
Ich dachte, selbst wenn kurzgeschlossene und 100 ns Verzögerungen 100 kHz BW oder sogar 10 kHz Schleifen-BW mit V nicht zu schwer sind, um ich zu kontrollieren, um dies mit 0,3 J Kapazität auf diesem Gerät zu verhindern.
Das Problem ist, dass es die mittleren 10 Prozent des Chips sind, die warm werden, sodass sich der Regelkreis schließt, um am Sollwert weiterzulaufen, aber der gesamte Strom fließt durch das heiße Bit und dieses heiße Bit ist kurz davor, abzukochen.
Danke @Andyaka Jetzt kenne ich Paolo Spirito und die jüngsten Spirito-Effekte, die in den letzten 10 Jahren bekannt waren. und dass eine ausreichend aggressive thermische Klemmung des Gehäuses dazu beitragen kann, dies mit einer Rückkopplung zu verhindern, die schneller als die thermische Zeitkonstante ist
Ok, jetzt verstehe ich. Der 20us-Testpuls sagt also im Grunde "nicht linear verwenden"? Aber ich denke, das wird bei jedem Mosfet passieren. Ich habe diesen (alten?) Mosfet mouser.com/ds/2/149/FQP50N06-1009503.pdf gefunden und er hat eine DC-Kurve im SOA, eine thermische Reaktionskurve mit 5-s-Impuls und 250-us-Testimpulse. Wie auch immer, es scheint, dass ich eine elektronische Sicherung (mit einem anderen Mosfet) haben sollte, um mein DUT zu schützen, falls der Power-Mosfet durchbrennt. Ich denke, wenn ein thermisches Durchgehen auftritt, wird der Mosfet kurzgeschlossen und das Gate funktioniert nicht mehr, sodass jede Rückkopplungsschleife an diesem Mosfet fehlschlägt.
Lesen Sie immer noch das sehr interessante NASA-Papier, auf das Sie oben verlinkt haben! Aber es scheint, dass jeder Mosfet, wenn er in einer elektronischen Last verwendet wird, dieses Problem haben kann, es sei denn, er wurde auf Gleichstrom getestet. Vielleicht sollte ich wirklich auf einen 2N3055 umsteigen. Zumindest funktioniert es bei 40 V und etwa 2,75 A (diese SOA war auch beängstigend).
IXYS macht solche speziell für die Aufgabe. Wenn Sie einen erkennen möchten, verrät er es Ihnen auf Seite 1 des Datenblatts. Suchen Sie nach Wörtern wie „extended SOA“ ODER „designed for apps such as eFuses or hot swap circuits“.
Das Mosfet-Datenblatt, das ich oben verlinkt habe, besagt, dass es sich um einen planaren Mosfet handelt ... und jetzt weiß ich, was planarer Mosfet bedeutet und wer Paolo Spirito ist! Der Mosfet ist auch bei ebay @ 5 / $ erhältlich. Planar-Mosfets scheinen unter anderem immer noch für Audioverstärker gemacht zu sein. Vielleicht ist das Datenblatt echt und ich kann ihm vertrauen?
Nein, das hier sieht schlecht aus. Sehen Sie sich Abbildung 2 an und überlegen Sie, was passiert, wenn Sie eine Spannung von 25 °C an das Gate anlegen, um 1 Ampere Drain-Strom zu erhalten. Stellen Sie sich dann vor, dass es sich aufwärmt und 7 Ampere nimmt. Dies ist die Art von Dingen, nach denen Sie suchen sollten, und es heißt, dass es zum Wechseln von Anwendungen entwickelt wurde, sodass es fehlschlagen könnte.
5,5 A, wenn ich hineinzoome :) Die IXYS sehen gut und teuer aus und sind hier wahrscheinlich schwer zu finden. Alle Temperaturkurven zeigen mindestens 1s Puls. Aber sollte die Planarität nicht einige Probleme für den FQP50N06 mildern? Bedeutet das nicht, dass sich weniger Mosfets auf dem Chip befinden, also stabiler sein und die Wärme besser verteilen sollten? [Ich würde es hassen, dafür einen BJT verwenden zu müssen]
Ich denke du hast alle Fakten. Ich kann dir nicht auf die Schulter klopfen und sagen, es wird alles gut.
Als Schnelltest habe ich eine 500-mA-Last angelegt und sie etwa 30 Minuten ohne Lüfter laufen lassen. Es hat sich etwas aufgewärmt. Die Vgs fiel von 2,70 V auf 2,66 V. Also 40mV Unterschied. Frage mich, was es bedeutet. Bei 1 A Last lag Vgs bei 3,3 V (während es noch warm war). Dies war alles bei Vds = 9 V. Aber du hast recht, ich habe jetzt alle Fakten. Ich akzeptiere Ihre Antwort für die hilfreichen Links.
Der Mosfet ist heute mit <500mA bei 42V gestorben.
@Indraneel RIP lieber MOSFET LOL. Ich hoffe, du zerbrichst dir nicht den Kopf darüber, warum.
Nicht länger! Ich habe bereits Kommentare zur ursprünglichen Frage oben hinzugefügt. Ich denke auch, dass das Datenblatt mit einer Prise Salz interpretiert werden sollte.
@Indraneel ziemlich viele Datenblätter sind so, aber der Hersteller sagt auf Seite 1 - es ist ein Schaltgerät! Das ist die schlechte Ausstiegsklausel.
Und oh, ich habe vergessen zu erwähnen ... Ich habe immer noch nicht die elektronische Sicherung, über die ich in den Kommentaren oben gesprochen habe. Nachdem der Mosfet durchgebrannt war, begannen 2,5 A durch ihn zu fließen und die SMPS-Spannung fiel auf 6 V. Ich hätte erwartet, dass das SMPS heruntergefahren wäre. Es war von einem alten EPSON-Drucker und ich versuchte, seinen maximalen Strom zu finden. Zum Glück scheint es überlebt zu haben. Ich bin ziemlich froh, dass nichts explodiert ist.
Wie wäre es mit einem IGBT? Sie scheinen mit der DC-Kurve zu kommen, wenn die SOA angezeigt wird. Und ungefähr der gleiche Preis wie ein paar 2N3055 (obwohl ich keine IGBT herumliegen habe).
Welchen Mosfet also verwenden?
@piotr Ich verstehe nicht, was Ihre Anwendung ist. Meine Empfehlung an Indraneel war, sich das Angebot von IXYS anzusehen. Wenn das dann nicht passt, empfehle ich Ihnen, eine neue Frage auf dieser Seite zu stellen, die zeigt, welche Probleme Sie haben und welche Schaltungen Sie ausprobiert haben.

Es steht auf Seite 1 der Spezifikation

Kontinuierlicher Drain-Strom (absolutes Maximum)

ID=50A @25'C
. = 36A @125'C, Vgs bei 10 V,

Für eine lineare elektronische Last ist der kritische Faktor der thermische Widerstand Rth vom Gehäuse zur Umgebung Δ T = ( v ich N − v Ö u T ) ⋅ ICH ⋅ D ⋅ R T H 'C über Umgebungstemperatur, für einige Impulse mit Tastverhältnis d (0 ~ 1)

Verwenden Sie einen flachen gefetteten Kühlkörper Rjc = 0,5 und einen CPU-Kühler < Rca = 0,5
Rth = Rjc + Rca (Rca-Gehäuse zu Umgebung mit einem Lüfter ist so niedrig oder niedriger als Chipgehäuse zu Verbindungsstelle)

Für 50 W können Sie also 1 A bei einem Abfall von 50 V oder 50 A bei einem Abfall von 1 V haben.

Der Dauerstrom ist, wenn der Mosfet voll eingeschaltet ist. Im linearen Bereich, wie bei einer elektronischen Last, bei der Vgs um 4 V liegt, sind die SOA-Kurven die Richtschnur. IRFZ44 hat jedoch keine Kurve für DC in den SOA-Kurven.
DC ist die SOA-Kurve > 1 Sekunde. VGS muss größer als 4 V sein, um Ron zu senken. Üblicherweise 3x Vgs(th)
SOA-Kurve > 1 Sekunde kann nicht gefunden werden. Kannst du bitte das Datenblatt verlinken? [In einer elektronischen Last muss Vgs niedrig sein, um den Strom zu steuern, also ist Mosfet nie vollständig eingeschaltet, also linearer Betrieb]
Hast du meine Antwort mit Temp rise nicht verstanden? das ist der Gleichstrom im stationären Zustand (aus dem Ohmschen Gesetz für P = VI) und die Spezifikation Vgs = Vds, Id = NUR 250 µA, also Vgs >> Vgs (th). Entschuldigung, vergessen Sie SOA

In Ihrem Fall (DC-Last) könnten Schäden durch Überhitzung verursacht werden.
Man muss mit Verlustleistungszahlen arbeiten. Es ist ein riesiger Unterschied zwischen 3A @ 40V und 3A @ 5V.

DC-Betrieb für IRFZ44-Mosfet, SOA-Kurve, maximaler Strom bei 40 V?
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