Перейти к содержанию

Сопротивление открытого канала RDS(on)

RDS(on) — сопротивление полевого транзистора в полностью открытом состоянии. Оно определяет падение напряжения на ключе, потери и нагрев, и по нему в первую очередь выбирают MOSFET для коммутации нагрузки.

Обновлено Редакция GAW

RDS(on) (drain-source on-state resistance) — сопротивление между стоком и истоком полевого транзистора с изолированным затвором (MOSFET), когда он полностью открыт. В открытом состоянии MOSFET ведёт себя как резистор: падение напряжения на нём пропорционально току, U = I · RDS(on), а мощность потерь растёт как квадрат тока. Этим MOSFET отличается от биполярного транзистора и IGBT, у которых падение в насыщении растёт с током медленнее. Устройство транзистора, заряд затвора и потери на переключение подробно разобраны в статье «MOSFET и IGBT».

От чего зависит

  • Напряжение на затворе. Даташит гарантирует RDS(on) только при указанных VGS. Транзисторы с логическим уровнем нормированы при 4–5 В, обычные — при 10 В.
  • Температура кристалла. С нагревом сопротивление растёт — пересчёт по графику из даташита.
  • Ток стока. Значение в таблице указано при определённом токе ID.

Пример: MOSFET в корпусе TO-220

ТранзисторНапряжениеRDS(on), макс.Условия
IRF540100 В0,077 ОмVGS = 10 В, ID = 17 А
IRFZ4460 В0,028 ОмVGS = 10 В, ID = 31 А
IRLZ4460 В0,028 ОмVGS = 5 В, ID = 31 А

Данные — из даташитов Vishay; сравнение трёх транзисторов, распиновка и управление от Arduino — на странице IRF540, IRFZ44 и IRLZ44. Потери I² · RDS(on) превращаются в тепло, и температуру кристалла определяет тепловое сопротивление корпуса и радиатора; подобрать радиатор поможет калькулятор радиатора.

Частые вопросы

Почему RDS(on) в даташите указан при определённом напряжении на затворе?

Сопротивление канала зависит от того, насколько транзистор открыт, то есть от напряжения затвор — исток. Даташит гарантирует RDS(on) только при указанных VGS: у IRFZ44 — при 10 В, поэтому от 5-вольтовой логики его не открыть полностью. У IRLZ44 с логическим уровнем то же сопротивление 0,028 Ом гарантировано уже при 5 В.

Как посчитать нагрев MOSFET по RDS(on)?

Мощность в открытом ключе P = I² · RDS(on), перегрев кристалла — P, умноженная на тепловое сопротивление. IRFZ44 при 10 А рассеивает 10² · 0,028 = 2,8 Вт; без радиатора, при θJA 62 °C/Вт, это перегрев около 174 °C — нужен радиатор. При ШИМ к этому добавляются потери на переключение.

Меняется ли RDS(on) с температурой?

Да, растёт: горячий кристалл имеет большее сопротивление, чем при 25 °C, при которых указано значение в таблице. График нормированного RDS(on) от температуры кристалла есть в даташите; по нему пересчитывают потери для реальной температуры, иначе расчёт нагрева окажется оптимистичным.

Источники

  1. Vishay Siliconix. IRF540 Power MOSFET (Document Number 91021, Rev. C, 2021) — RDS(on) не больше 0,077 Ом при VGS = 10 В, ID = 17 А
  2. Vishay Siliconix. IRFZ44 Power MOSFET (Document Number 91291, Rev. C, 2021) — RDS(on) не больше 0,028 Ом при VGS = 10 В, ID = 31 А; θJA 62 °C/Вт
  3. Vishay Siliconix. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, Rev. D, 2021) — RDS(on) не больше 0,028 Ом при VGS = 5 В и 0,039 Ом при 4 В

Нашли ошибку?