¿Operación DC para mosfet IRFZ44, curva SOA, corriente máxima a 40V?

He construido una carga electrónica. En ese momento no entendía las curvas SOA. Ahora encuentro que la hoja de datos IRFZ44 no tiene la curva de CC. ¿Alguna idea de cuál podría ser la corriente máxima a 30 V y 40 V para no causar daños? De lo contrario, puede que tenga que cambiarlo todo a un 2N3055 (y hacer un lío).

La carga electrónica sí funciona @ (mal suavizada) 40V DC 3A. (Lo he probado solo durante unos segundos a esta potencia). Sin embargo, lo he probado mucho a 15-25V y 1A. Parece aguantar bien. Tengo un disipador de calor grande con un ventilador. La temperatura de la caja no supera los 40C.

(El IRFZ44N y el IRF540 parecen ser los únicos mosfets de potencia disponibles localmente, por lo que cualquier sugerencia sobre la capacidad de CC de cualquiera servirá).

Agregado el 13 de abril de 2018: Bueno, el mosfet murió. Entonces, para responder a mi propia pregunta... El IRFZ44 funcionará felizmente a un poco más de 20 V (quizás 23-24) cerca de 2 A (lo probé varias veces a 1850 mA). Probé hoy a 42,5 V y murió poco después de alcanzar los 400 mA (tal vez hasta 500 mA, no estoy seguro). Ni siquiera hacía calor, tal vez solo a 35 ° C más o menos. Así que eso es todo. En retrospectiva, debería haber agregado un par de resistencias aguas arriba del drenaje para reducir el voltaje en el mosfet. Probablemente debería tolerar mucho si el Vds se limita a solo unos 10V.

Esto también significa que las curvas SOA en la hoja de datos probablemente no sean del todo correctas. Extrapolar los puntos donde el mosfet funcionó y no funcionó (la línea de operación de CC imaginaria) no me da una línea paralela a las otras líneas en anchos de pulso diferentes. Por lo tanto, en realidad también pueden curvarse hacia abajo mucho más a voltajes más altos (es decir, una curva en lugar de una línea recta en la hoja de datos).

Ahí... mis 30 centavos de IRFZ44N...

Agregado el 15 de abril de 2018: Murió otro mosfet. Este falló con solo 2.5-3.5V a aproximadamente 2.4-2.5A. Eso probablemente explica la línea de CC que falta en la curva SOA. Este mosfet fallará por encima de 2A en todos los voltajes por debajo de 20V. La curva de CC es una línea plana en alrededor de 2A hasta 20V, y cae bruscamente después de eso a 400mA a 40V.

Veo una curva característica de CC para el IRFZ44N, así que no sé por qué Internet debería impedirle hacer eso.
¿Qué figura? No pude encontrar nada en la operación lineal de 0Hz.
25V*1A = 25W. 40V*3A = 120W. Gran diferencia. Y la potencia nominal máxima absoluta se basa en una temperatura de matriz de 175ºC. Esperar confiabilidad a más de 30 W (incluso con excelente enfriamiento) no es realista.

Respuestas (3)

El IRFZ44N es un hexFET diseñado para cambiar de aplicación, por lo que usarlo en aplicaciones lineales corre el riesgo de destruirlo y te quedas rascándote la cabeza en cuanto a por qué saltó. Puede que ni siquiera sea muy cálido en absoluto. Para aplicaciones lineales, debe considerar el uso de MOSFET diseñados para evitar la fuga térmica. Sí, un MOSFET entrará en fuga térmica si el voltaje de la fuente de la puerta está por debajo del umbral del coeficiente de temperatura cero.

Esta no es una molestia teórica que en realidad no sucede. Puedo responder por verlo en un diseño que me pidieron que mirara. Eche un vistazo a algunos MOSFET IXYS que están diseñados para manejar aplicaciones "lineales".

Sobre semi documento sobre inestabilidad térmica

Documento de Infineon sobre inestabilidad térmica

Ídem de Fairchild

Documento de la NASA que lo explica

¿Qué figura? No pude encontrar nada en la operación lineal de 0Hz.

La figura 1 y la figura 2 describen las operaciones de CC a pesar de que esta medición se realiza con un pulso de 20 us: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Está hecho con un pulso para evitar el autocalentamiento y la más remota posibilidad de fuga térmica a voltajes de puerta más bajos; observe cómo un voltaje de compuerta de 4,5 voltios (25 °C) produce una corriente de aproximadamente 7 amperios con 1 voltio entre el drenaje y la fuente; luego tenga en cuenta que a medida que la matriz de silicio se calienta (rápidamente, por supuesto), la corriente aumenta a unos 14 amperios a 175 °C (figura 2).

Esta es la fuga térmica a la que me refiero.

Esta es la razón por la cual los diseños de carga activa usan retroalimentación actual
@TonyStewart.EEsince'75 La retroalimentación de amperaje no protegerá un mosfet si hace frío y aplica un alto voltaje de puerta para que fluya suficiente corriente. En aproximadamente un milisegundo, se puede desarrollar un punto caliente en el hexfet y se produce una temperatura localizada de más de 600 grados centígrados y se abre un agujero antes de que el circuito de retroalimentación pueda responder.
Estaba pensando que incluso si se produce un cortocircuito y retrasos de 100 ns, el ancho de banda de 100 kHz o incluso el ancho de banda de bucle de 10 kHz no es demasiado difícil con el control de V a I para evitar eso con una capacidad de 0,3 J en este dispositivo.
El problema es que es el 10 por ciento del centro del troquel el que se calienta, por lo que el circuito de control se cierra para seguir funcionando en el punto establecido, pero toda esa corriente fluye a través de la parte caliente y esa parte caliente está a punto de evaporarse.
Gracias @Andyaka Ahora sé sobre Paolo Spirito y los recientes Spirito Effects conocidos en los últimos 10 años. y que la sujeción térmica suficientemente agresiva de la carcasa puede ayudar a prevenirlo con una retroalimentación más rápida que la constante de tiempo térmico
Bueno, ahora lo entiendo. Entonces, ¿el pulso de prueba de 20 us básicamente dice "no usar linealmente"? Pero supongo que esto sucederá con todos los mosfet. Encontré este (¿viejo?) Mosfet mouser.com/ds/2/149/FQP50N06-1009503.pdf y tiene una curva de CC en SOA, una curva de respuesta térmica con pulso de 5 s y pulsos de prueba de 250 us. De todos modos, parece que debería tener un fusible electrónico (con otro mosfet) para proteger mi DUT, en caso de que se funda el mosfet de potencia. Supongo que si comienza a ocurrir una fuga térmica, el mosfet se acortará y la puerta dejará de funcionar, por lo que cualquier circuito de retroalimentación en ese mosfet fallará.
¡Sigo leyendo el muy interesante artículo de la NASA al que se vinculó arriba! Pero parece que todos los mosfet, si se usan en una carga electrónica, pueden tener este problema, a menos que se haya probado para CC. Así que tal vez debería cambiar a un 2N3055. Al menos funcionará a 40V y alrededor de 2.75A (que SOA también daba miedo).
IXYS hace unos específicos para la tarea. Si desea reconocer uno, se lo indicará en la página 1 de la hoja de datos. Busque palabras como "SOA extendida" O "diseñado para aplicaciones como eFuses o circuitos de intercambio en caliente".
La hoja de datos de mosfet a la que vinculé arriba dice que es un mosfet planar... ¡y ahora sé qué significa mosfet planar y quién es Paolo Spirito! El mosfet también está disponible en eBay @ 5/$. Los mosfets planos parecen estar todavía hechos para amplificadores de audio, entre otras cosas. Entonces, ¿tal vez la hoja de datos es real y puedo confiar en ella?
No, este se ve mal. Mire la figura 2 y piense qué sucede cuando aplica un voltaje en la compuerta a 25 °C para obtener 1 amperio de corriente de drenaje. Luego imagínelo calentándose y tomando 7 amperios. Este es el tipo de cosa que hay que buscar y además dice que está diseñado para cambiar de aplicación, por lo que podría fallar.
5.5A si hago zoom :) Los IXYS se ven buenos y caros, y probablemente sean difíciles de encontrar aquí. Todas las curvas de temperatura muestran al menos 1 segundo de pulso. Pero, ¿el ser planar no debería mitigar algunos problemas del FQP50N06? ¿No significa eso que hay menos mosfets en la matriz, por lo que debería ser más estable y distribuir mejor el calor? [Odiaría tener que usar un BJT para esto]
Creo que tienes todos los hechos. No puedo darte palmaditas en la espalda y decir que todo estará bien.
Como prueba rápida, puse una carga de 500 mA y la hice funcionar durante unos 30 minutos sin ventilador. Se calentó un poco. Los Vgs cayeron de 2.70V a 2.66V. Entonces una diferencia de 40mV. Me pregunto qué significa. Con una carga de 1A, Vgs estaba en 3.3V (mientras aún estaba caliente). Todo esto estaba en Vds=9V. Pero tienes razón, ahora tengo todos los hechos. Aceptaré su respuesta para los enlaces útiles.
El mosfet murió hoy con <500mA a 42V.
@Indraneel QEPD querido MOSFET LOL. Espero que no te estés rascando la cabeza sobre por qué.
¡Ya no! Ya agregué comentarios a la pregunta original en la parte superior. Creo que la hoja de datos también debe interpretarse con una pizca de sal.
@Indraneel bastantes hojas de datos son así, pero el fabricante dice en la página 1: ¡es un dispositivo de conmutación! Esa es la cláusula de salida pobre.
Y, olvidé mencionarlo... Todavía no tengo el fusible electrónico del que hablé en los comentarios anteriores. Entonces, después de que explotó el mosfet, 2.5A comenzaron a fluir a través de él y el voltaje SMPS cayó a 6V. Habría esperado que el SMPS se hubiera apagado. Era de una vieja impresora EPSON y estaba tratando de encontrar su corriente máxima. Por suerte parece haber sobrevivido. Estoy muy contento de que nada explotó.
¿Qué tal un IGBT? Parecen venir con la curva DC, si se muestra la SOA. Y aproximadamente al mismo precio que un par de 2N3055 (aunque no tengo ningún IGBT por ahí).
Entonces, ¿qué mosfet usar?
@piotr No entiendo cuál es su aplicación. Mi recomendación a Indraneel fue mirar lo que ofrecía IXYS. Si eso no le conviene, le recomiendo que haga una nueva pregunta en este sitio que revele qué problemas tiene y qué circuitos ha probado.

Está en la página 1 de la especificación.

Corriente de drenaje continua (máximo absoluto)

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

Para una carga electrónica lineal, el factor crítico es la resistencia térmica Rth de la carcasa al ambiente. Δ T = ( V i norte − V o tu t ) ⋅ I ⋅ d ⋅ R t h 'C por encima de la temperatura ambiente, para algunos pulsos con ciclo de trabajo d (0~1)

Use un disipador de calor engrasado plano Rjc=0.5 y un enfriador de CPU < Rca=0.5
Rth=Rjc+Rca (la caja Rca al ambiente con un ventilador es tan baja o más baja que la caja del chip a la unión)

Entonces, para 50 W, puede tener 1 A con una caída de 50 V o 50 A con una caída de 1 V.

La corriente continua es cuando el mosfet está completamente encendido. En la región lineal, como en una carga electrónica donde Vgs alrededor de 4V, las curvas SOA son la guía. Sin embargo, IRFZ44 no tiene curva para DC en las curvas SOA.
DC es la curva SOA > 1 segundo. VGS debe ser superior a 4V para reducir Ron. Por lo general, 3x Vgs (th)
No se puede encontrar la curva SOA > 1 segundo. ¿Puedes por favor vincular la hoja de datos? [En una carga electrónica, Vgs debe ser bajo para controlar la corriente, por lo que el mosfet nunca está completamente encendido, por lo que la operación es lineal]
¿No entendiste mi respuesta con Temp rise? esa es la CC de estado estable (de la ley de Ohms para P = VI) y la especificación Vgs = Vds, Id = 250 µA SOLAMENTE, así que Vgs >> Vgs (th ... lo siento, olvídate de SOA)

El daño podría ser causado por sobrecalentamiento en su caso (carga de CC).
Hay que trabajar con cifras de disipación de potencia. Es una gran diferencia entre 3A @ 40V y 3A @ 5V.

¿Operación DC para mosfet IRFZ44, curva SOA, corriente máxima a 40V?
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