Перейти к содержанию

IRF540, IRFZ44 и IRLZ44

Три популярных N-канальных MOSFET в корпусе TO-220AB: параметры из даташитов Vishay с номерами документов, распиновка, чем они отличаются и какой из них можно открывать прямо с вывода микроконтроллера. С расчётом нагрева и типичными ошибками.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

IRF540, IRFZ44 и IRLZ44 — N-канальные MOSFET в корпусе TO-220AB, которые чаще всего встречаются в любительских схемах: ключи для светодиодных лент, двигателей, нагревателей, ШИМ-регуляторы. Ниже — параметры по актуальным даташитам Vishay Siliconix (документы 91021, 91291 и 91328, редакции 2021 года), распиновка и разбор того, чем модели отличаются на практике.

Коротко

  • IRF540 — 100 В, 28 А, RDS(on) не больше 0,077 Ом при VGS = 10 В.
  • IRFZ44 — 60 В, 50 А, RDS(on) не больше 0,028 Ом при VGS = 10 В.
  • IRLZ44 — 60 В, 50 А, логический уровень: RDS(on) не больше 0,028 Ом при VGS = 5 В и 0,039 Ом при 4 В; VGS — не больше ±10 В.
  • Корпус TO-220AB: выводы G, D, S; фланец — сток.
  • Тепловое сопротивление: кристалл–корпус 1,0 °C/Вт, кристалл–воздух без радиатора 62 °C/Вт; рассеиваемая мощность — 150 Вт при корпусе 25 °C.

Параметры

ПараметрIRF540IRFZ44IRLZ44
Напряжение сток–исток VDS100 В60 В60 В
Напряжение затвор–исток VGS, макс.±20 В±20 В±10 В
Ток стока ID при TC = 25 °C28 А50 А¹50 А¹
Ток стока ID при TC = 100 °C20 А36 А36 А
Импульсный ток IDM110 А200 А200 А
Сопротивление канала RDS(on), макс.0,077 Ом (VGS = 10 В, ID = 17 А)0,028 Ом (VGS = 10 В, ID = 31 А)0,028 Ом (VGS = 5 В, ID = 31 А); 0,039 Ом (VGS = 4 В, ID = 25 А)
Порог VGS(th) при ID = 250 мкА2,0–4,0 В2,0–4,0 В1,0–2,0 В
Полный заряд затвора Qg, макс.72 нКл (VGS = 10 В)67 нКл (VGS = 10 В)66 нКл (VGS = 5 В)
Входная ёмкость Ciss, тип.1700 пФ1900 пФ3300 пФ
Мощность PD при TC = 25 °C150 Вт150 Вт150 Вт
RthJC / RthJA1,0 / 62 °C/Вт1,0 / 62 °C/Вт1,0 / 62 °C/Вт
Температура кристалла−55…+175 °C−55…+175 °C−55…+175 °C

¹ Ток ограничен корпусом; кристалл выдерживает 51 А. Данные — таблицы Product Summary, Absolute Maximum Ratings, Thermal Resistance Ratings и Specifications даташитов Vishay; максимальный ток и мощность указаны для корпуса, охлаждённого до 25 °C.

Распиновка

IRF540, IRFZ44, IRLZ44 в корпусе TO-220AB, вид спереди: 1 G, 2 D, 3 S, фланец — сток DTO-220, вид спередиIRFZ441G2D3Sфланец — D
Корпус TO-220AB, вид на маркировку: 1 — затвор G, 2 — сток D, 3 — исток S; фланец соединён со стоком

Фланец электрически соединён со стоком (тепловое сопротивление в даташите указано «junction-to-case (drain)»). На общем радиаторе с другими транзисторами или с заземлённым корпусом прибора нужна изолирующая прокладка и втулка под винт.

Чем отличаются и что выбрать

  • IRF540 — единственный из трёх на 100 В: для цепей 48 В и выше, где IRFZ44 не хватит напряжения. Сопротивление канала втрое больше, поэтому при тех же токах он греется сильнее.
  • IRFZ44 — тот же ток, что у IRLZ44, и низкое сопротивление, но только при 10 В на затворе. Подходит, если есть драйвер затвора или напряжение 10–15 В для управления.
  • IRLZ44 — для управления прямо от 5-вольтовой логики: RDS(on) гарантировано при 5 и 4 В. Цена за это — предел ±10 В на затворе и вдвое большая входная ёмкость, которую драйвер должен перезаряжать при каждом переключении.

Порог VGS(th) — это не рабочее напряжение: при нём через канал течёт всего 250 мкА. Для IRF540 и IRFZ44 разброс порога 2–4 В означает, что при 5 В на затворе одни экземпляры откроются почти полностью, а другие — едва-едва, и именно они перегреются в схеме.

Нагрев: пример расчёта

Потери в открытом ключе — P = I² · RDS(on). IRFZ44 при токе 10 А и сопротивлении 0,028 Ом рассеивает 10² · 0,028 = 2,8 Вт. Без радиатора, с тепловым сопротивлением кристалл–воздух 62 °C/Вт, кристалл перегреется над воздухом на 2,8 · 62 ≈ 174 °C — больше допустимых 175 °C при комнатной температуре. Кроме того, RDS(on) растёт с нагревом кристалла (график нормированного сопротивления от температуры есть в даташите), и реальные потери будут ещё больше. Значит, нужен радиатор: площадь и тепловое сопротивление подберёт калькулятор радиатора.

На частоте ШИМ к статическим потерям добавляются потери переключения: каждый раз драйвер должен передать затвору заряд Qg. Затвор IRLZ44 с Qg до 66 нКл, заряжаемый током 20 мА с вывода микроконтроллера, переключается микросекунды — на частоте в десятки килогерц это уже заметная доля периода. Как построить ключ, подобрать резистор в затвор и защитить транзистор от индуктивной нагрузки, разобрано в статье «Ключ на MOSFET», а физика полевого транзистора — в статье о MOSFET и IGBT.

Частые вопросы

Можно ли управлять IRF540 или IRFZ44 напрямую от Arduino?

Не стоит. Сопротивление канала у них нормировано только при напряжении затвор–исток 10 В, а порог открывания VGS(th) — от 2 до 4 В при токе всего 250 мкА. При 5 В на затворе экземпляр с порогом около 4 В будет открыт лишь частично и перегреется под нагрузкой. Для 5-вольтовой логики подходит IRLZ44: у него RDS(on) не больше 0,028 Ом при 5 В и 0,039 Ом при 4 В. С 3,3 В надёжнее поставить драйвер затвора.

Чем IRFZ44 отличается от IRF540?

IRF540 рассчитан на 100 В, IRFZ44 — на 60 В, зато у IRFZ44 сопротивление канала в 2,75 раза меньше: 0,028 Ом против 0,077 Ом при VGS = 10 В. Ток при 25 °C — 50 А против 28 А. Если напряжение в схеме с запасом ниже 60 В с учётом выбросов, IRFZ44 будет греться меньше; для 48-вольтовых и более высоких цепей нужен IRF540.

Какое напряжение на затворе можно подавать на IRLZ44?

Не больше ±10 В — это абсолютный максимум по даташиту Vishay, вдвое меньше, чем у IRF540 и IRFZ44 (±20 В). Поэтому IRLZ44 нельзя управлять от 12-вольтового драйвера без ограничения напряжения на затворе. Рабочий диапазон — 4–5 В, при них и нормировано сопротивление канала.

Какой вывод у IRF540 соединён с фланцем?

Сток (D). Выводы корпуса TO-220AB, если смотреть на маркировку выводами вниз, — затвор G, сток D, исток S слева направо. Металлический фланец электрически соединён со стоком, поэтому при установке на общий радиатор с другими транзисторами нужна изолирующая прокладка.

Источники

  1. Vishay Siliconix. IRF540 Power MOSFET (Document Number 91021, S21-0819-Rev. C, 02-Aug-2021) — Product Summary, Absolute Maximum Ratings, Thermal Resistance Ratings, Specifications; корпус TO-220AB, выводы G, D, S
  2. Vishay Siliconix. IRFZ44 Power MOSFET (Document Number 91291, S21-1045-Rev. C, 25-Oct-2021) — те же таблицы; ток 50 А ограничен корпусом (кристалл — 51 А)
  3. Vishay Siliconix. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — логический уровень: RDS(on) при VGS = 5 В и 4 В, VGS не больше ±10 В

Нашли ошибку?

Смотрите также