Перейти к содержанию

Как выбрать полевой транзистор для ключа?

Обновлено Редакция GAW

Выбор MOSFET для ключа — это четыре проверки по даташиту, и делать их стоит именно в таком порядке: напряжение, напряжение затвора, сопротивление и нагрев, частота. Ток из заголовка даташита проверяют последним, потому что он почти никогда не достижим.

Четыре параметра

  1. VDS — выше напряжения питания с запасом на выбросы: для 12–24 В достаточно 55–60 В, для 48 В — 100 В.
  2. Напряжение затвора, которое у вас есть. RDS(on) нормируется при конкретном VGS: 10 В у IRFZ44 и IRF540, 5 и 4 В у IRLZ44. Если ключом управляет микроконтроллер с 5 В или 3,3 В, нужен транзистор с логическим уровнем; при этом его предел VGS обычно ниже — у IRLZ44 ±10 В.
  3. Мощность и нагрев. В открытом состоянии рассеивается
P=ID2⋅RDS(on),ΔT=P⋅RθJAP = I_D^2 \cdot R_{DS(on)},\qquad \Delta T = P \cdot R_{\theta JA}

При 5 А через IRLZ44 это 0,7 Вт и 43 °C перегрева без радиатора (62 °C/Вт), а через IRF540 — 1,9 Вт и 120 °C: уже нужен радиатор, который подбирает калькулятор. RDS(on) растёт с температурой, поэтому запас в расчёте не лишний (наш расчёт). 4. Частота переключения. Заряд затвора Qg задаёт потери на фронтах и ток драйвера: при 66 нКл и 20 кГц среднему драйверу хватит 1,3 мА, но от резистора 180 Ом с вывода микроконтроллера фронты получатся длинными.

Три корпуса TO-220 рядом

ПараметрIRLZ44IRFZ44IRF540
VDS60 В60 В100 В
ID при TC 25 / 100 °C50 / 36 А50 / 36 А28 / 20 А
VGS(th)1–2 В2–4 В2–4 В
RDS(on), при VGS0,028 Ом при 5 В0,028 Ом при 10 В0,077 Ом при 10 В
Предел VGS±10 В±20 В±20 В
Qg, макс.66 нКл67 нКл72 нКл
RthJC / RthJA1,0 / 62 °C/Вт1,0 / 62 °C/Вт1,0 / 62 °C/Вт

Для ключа от Arduino на 12–24 В из этой тройки подходит только IRLZ44; для драйвера с 10–12 В на затворе при 48 В на стоке — IRF540; IRFZ44 — для 12–24 В с полноценным драйвером. Как устроен транзистор и откуда берутся плато Миллера и потери на фронтах, рассказано в статье о MOSFET и IGBT; когда одного корпуса по мощности не хватает, транзисторы включают параллельно.

Похожие вопросы

Почему нельзя брать транзистор по току из первой строки даташита?

Потому что 50 А у IRLZ44 даны при температуре корпуса 25 °C, то есть на идеальном радиаторе; при 100 °C корпуса уже 36 А, а без радиатора корпус TO-220 рассеивает на воздухе около 2 Вт — это 8–9 А при 0,028 Ом. Считать надо от мощности и теплового сопротивления, а не от ID.

Какой запас по напряжению сток–исток нужен?

Даташит пределов запаса не задаёт, но в индуктивной нагрузке и при длинных проводах на стоке возникают выбросы выше напряжения питания. На практике берут VDS не ниже полутора-двух напряжений питания: для 24 В — 60 В, для 48 В — 100 В.

Что важнее для ШИМ — RDS(on) или заряд затвора?

На низкой частоте — RDS(on), на десятках килогерц — заряд затвора Qg: он определяет, как долго транзистор проходит линейную область на каждом фронте. У IRLZ44, IRFZ44 и IRF540 Qg близок, 66–72 нКл, а RDS(on) отличается почти втрое, так что между ними выбор решает сопротивление.

Источники

  1. Vishay Siliconix. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — VDS 60 В, VGS ±10 В, ID 50 А при TC 25 °C и 36 А при TC 100 °C, PD 150 Вт при TC 25 °C с линейным снижением 1,0 Вт/°C; VGS(th) 1,0–2,0 В; RDS(on) не более 0,028 Ом при VGS 5 В и 0,039 Ом при 4 В; Qg не более 66 нКл; RthJC 1,0, RthCS 0,50, RthJA 62 °C/Вт; trr диода 130–180 нс
  2. Vishay Siliconix. IRFZ44 Power MOSFET (Document Number 91291, S21-1045-Rev. C, 25-Oct-2021) — VDS 60 В, VGS ±20 В, ID 50 А при 25 °C и 36 А при 100 °C; VGS(th) 2,0–4,0 В; RDS(on) не более 0,028 Ом при VGS 10 В; Qg не более 67 нКл; RthJA 62 °C/Вт, RthJC 1,0 °C/Вт
  3. Vishay Siliconix. IRF540 Power MOSFET (Document Number 91021, S21-0819-Rev. C, 02-Aug-2021) — VDS 100 В, VGS ±20 В, ID 28 А при 25 °C и 20 А при 100 °C; VGS(th) 2,0–4,0 В; RDS(on) не более 0,077 Ом при VGS 10 В; Qg не более 72 нКл; RthJA 62 °C/Вт, RthJC 1,0 °C/Вт; trr диода 180–360 нс
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также