Scelta del Mosfet nei carichi elettronici DL24 o altri: considerazioni
Inviato: sab 28 gen 2023, 17:04
Cari colleghi appassionati,
spero di fare cosa gradita nel condividere alcune considerazioni su come scegliere bene un Mosfet per un carico elettronico.
Non riuscirò ad essre breve per cui lascio gli approfondimenti ad eventuali repliche o domande.
Per prima cosa cerchiamo di capire perchè se andiamo in giro nei forum e nelle recensioni su Youtube ci sono tanti casi di MOsfet che esplodono a volte in modo anche pirotecnico e pericoloso.
Escludo da questo discorso il problema della presenza di tanti Mosfet di fabbbricazione cinese che sono dei Fake; ovviamente non sono in grado di mantenere i dati di targa e sono delle vere e proprie truffe; in altri punti ho suggerito un paio di modi relativamente semplici per individuarli e il nostro Pier in uno dei suoi tutorial ci ha spiegato dove comprarli per avere una ragionevole certezza che siano "originali" ovvero cosrrispondenti alle specifiche dei datasheet.
Detto questo il secondo grosso problema, che è l'oggetto di queste considerazioni, è la scelta del Mosfet. Si tratta in generale di scelte difficili per le quali bisogna avere preparazione, conoscenza tecnica ed esperienza sul campo di utilizzo di mosfet (io non li ho); tuttavia possiamo fare delle semplificazioni e trovare ugualmente un modo ragionevolmente sicuro di procedere.
I prodotti economici (a e maggior ragione quelli cinesi) tendono a fare economia, questa cosa mista probabilmente ad ignoranza (che era anche mia prima di buttarmi in questo argomento) usano MOSFET diciamo generici basandosi sul Voltaggio sugli Ampere e sulla potenza dissipabile e ovviamente con un case adeguato tipo T0-247AC.
Questo criterio è il più diffuso anche sui forum.
Un Mosfet da 200 v 94 A e 580 W tipo il IRFP90N20D viene considerato sicuramente migliore del IRFP264 attualmente montato nel DL24pcb e che ha i seguenti dati 250v 38A e 280 W.
Nella realtà questi MOsfet sono entrambi destinati all'uso comune per i MOSFET, ovvero come interruttori e quindi in regime dinamico e non a fare da resistore statico in un carico elettronico e questo volendo semplificare molto vuol dire che correnti e dissipazioni sono possibili solo per brevissimi istanti in cui il MOSFET lavora in commutazione quindi in considzioni dove nella maghgior parte del tempo il Mosfet è o chiuso o aperto e quindi dissipa pochissimo.
in un carico elettronico questa cosa non è rispettata e al MOSFET viene chiesto di comportarsi come una resistenza rimandendo in uno stato di conduzione parziale e quindi di dissipazione per tempi anche molto lunghi.
Nei Datasheet dei MOSFET il costruttore mette un grafico detto brevemente "SOA" o per esteso "Forward bias Safe Operating Area" o ancora "Maximum Safe Operating Area" dove esistono delle curve rimanendo "sotto" le quali il costruttore garantisce la "sopravvivenza" del Mosfet a quelle condizioni indicate.
Vi riporto di seguito un immagine dove ci sono entrambi i MOsfet di cui abbiamo appena parlato
La prima cosa IMPORTANTE , anzi importantissima, da notare è che la curva con tempo più lungo è di 10 msec, ovvero il costruttore non fornisce alcun dato per il funzionamento continuativo in "DC"; questo fa capire che non saremo in grado di avere garanzie, anzi l'opposto.
Io ho tracciato delle curve in rosso immaginando un peggioramento che in genere esiste con l'aumento del tempo , ma è solo una mia ipotesi: nessuna garanzia del costruttore.
Possiamo fare i confronti con la curva a 10msec ma forse è meglio usare la mia curva per avere dei valori che anche se non garantiti sono più compatibili con un uso in continua.
prendiamo una tensione banale di 20 v l' IRFP90n20D all'incrocio sulla linea rossa darà circa 8 A mentre il "meno potente" IRFP264 darà ben 20A; una stessa differenza la trovere usando le curve ufficiali del costruttore a 10 msec.
Questo vuol dire che l ' IRFP264 è più adatto all'uso, sempre improprio ricordiamolo, che ne vogliamo fare anche se ha dei dati di massima inferiori.
Ma non vale proprio sempre; ad esempio a 4 volt (proprio la tensione di un elemento al litio) vediamo che l ' IRFP90n20D porterà 70A mentre l' IRFP264 soltanto 50 e se usiamo le curve ufficiali a 10 msec a 7v l'IRFP90n20D porterà 200 A mentre l' IRFP264 si fermerà poco sopra i 100 A.
Insomma il confronto non è così vincente come guardando alle specifiche principali di corrente e wattaggio dove l' IRFP90n20D doppia di netto l' IRFP264.
Nella pratica chi può dire con che coppie di tensione e corrente verrà usato e visto che la curva "DC" è inventata il risultato sarà ...qualsiasi .
Ma abbiamo appurato che i dati generali "da soli" non bastano a trovare il MOsfet migliore e serve guardare il grafico SOA.
adesso facciamo un passo avanti cerchiamo, armati di queste considerazioni, dei MOsfet che abbiamo grandi correnti grandi wattaggi ma anche un bella curca "DC" nel grafico SOA ed esageriamo per essere più chiari.
Qui si deguito un bell'esempio IXFB100N50P, un vero mostro da 500v 100A e ben 1890 W di dissipazione, con un grosso contenitore plus264 e dal peso imponente di 10,28gr ( l'IRFP90n20D o l'IRFP264 pesano poco più meno di 6 gr e per inciso i loro fake 4,4gr)
Questo "mostro" come si vede dal grafico SOA ha anche la curva DC
e a 20 v leggiamo ben 100A , insomma arriviamo quasi ai 2000W e saremo limitati a 1890 dalla dissipazione.
teniamo conto che i mosfet iniziali si trovano ancora e costano dai 5 ai 7 €, parlo sempre di quelli originali; questo mostro è invece più difficile da trovare in questo periodo (per cui attenti ai fake) e costa fra i 25 e i 30€.
Quindi è tutto a posto? abbiamo la soluzione? basta pagare?
si e no
C'è ancora una cosa che può sfuggire ed invece è MOLTO IMPORTANTE.
Se guardate il grafico SOA del IXFB100N50P se è vero che c'è la curva DC è anche vero che tutto il grafico SOA è riferito a queste due condizioni di temperatura
Tj di 150 °C e Tc di 25 °C.
Se ci pensate un attimo in un carico elettronico e in una situazione di dissipazione continua come si fa a tenere il case a 25 °C ?
E' praticamente impossibile se non raffreddando a liquido, e non simil acqua ma cose forti come azoto e simili.
Questo avviene perchè anche il mostro IXFB100N50P non è stato progettato per lavorare in modo lineare e quindi il costruttore non è in grado di dare garanzie se lo mettete in un carico elettronico con il case ad esempio a 50°C , situazione piuttosto normale invece.
Ecco che sono all'ultimo punto.
Esiste una categoria di MOSFET detti lineari , nati per fare il lavoro del carico elettronico o cose simili come amplificatori Hi-Fi in classe B o simili , niente classe D.
Prendiamo anche qui un esempio
l ' IXTK110N20L2 meno potente del precedente con "soli" 200V 110A e 960W e che pesa solo 6.8 gr ma che costa almeno altri 10€ in più e si trova ancora meno facilmente in questo periodo.
ecco la sua curva
Prima di dirmi che il mostro era migliore guardate le condizioni di test: Tj uguale di 150 °C ma la Tc è di 75 °C. Ecco la GRANDE differenza è questa ; la "sopravvivenza" di questo Mosfet è garantita dal costruttore nelle condizioni reali a cui lavora un carico elettronico e quindi questo MOsfet se raffreddato bene ma con cose fattibili potrà date un vero carico elettronico da 600W accoppiato con un dissipatore di quelli per PC di fascia molto potente.
Non so quanto sia stato chiaro ed utile ma mi fermo qui, eventuali approfondimenti su domenda.
Chiedo perdono a chi queste cose le sapeva già.
spero di fare cosa gradita nel condividere alcune considerazioni su come scegliere bene un Mosfet per un carico elettronico.
Non riuscirò ad essre breve per cui lascio gli approfondimenti ad eventuali repliche o domande.
Per prima cosa cerchiamo di capire perchè se andiamo in giro nei forum e nelle recensioni su Youtube ci sono tanti casi di MOsfet che esplodono a volte in modo anche pirotecnico e pericoloso.
Escludo da questo discorso il problema della presenza di tanti Mosfet di fabbbricazione cinese che sono dei Fake; ovviamente non sono in grado di mantenere i dati di targa e sono delle vere e proprie truffe; in altri punti ho suggerito un paio di modi relativamente semplici per individuarli e il nostro Pier in uno dei suoi tutorial ci ha spiegato dove comprarli per avere una ragionevole certezza che siano "originali" ovvero cosrrispondenti alle specifiche dei datasheet.
Detto questo il secondo grosso problema, che è l'oggetto di queste considerazioni, è la scelta del Mosfet. Si tratta in generale di scelte difficili per le quali bisogna avere preparazione, conoscenza tecnica ed esperienza sul campo di utilizzo di mosfet (io non li ho); tuttavia possiamo fare delle semplificazioni e trovare ugualmente un modo ragionevolmente sicuro di procedere.
I prodotti economici (a e maggior ragione quelli cinesi) tendono a fare economia, questa cosa mista probabilmente ad ignoranza (che era anche mia prima di buttarmi in questo argomento) usano MOSFET diciamo generici basandosi sul Voltaggio sugli Ampere e sulla potenza dissipabile e ovviamente con un case adeguato tipo T0-247AC.
Questo criterio è il più diffuso anche sui forum.
Un Mosfet da 200 v 94 A e 580 W tipo il IRFP90N20D viene considerato sicuramente migliore del IRFP264 attualmente montato nel DL24pcb e che ha i seguenti dati 250v 38A e 280 W.
Nella realtà questi MOsfet sono entrambi destinati all'uso comune per i MOSFET, ovvero come interruttori e quindi in regime dinamico e non a fare da resistore statico in un carico elettronico e questo volendo semplificare molto vuol dire che correnti e dissipazioni sono possibili solo per brevissimi istanti in cui il MOSFET lavora in commutazione quindi in considzioni dove nella maghgior parte del tempo il Mosfet è o chiuso o aperto e quindi dissipa pochissimo.
in un carico elettronico questa cosa non è rispettata e al MOSFET viene chiesto di comportarsi come una resistenza rimandendo in uno stato di conduzione parziale e quindi di dissipazione per tempi anche molto lunghi.
Nei Datasheet dei MOSFET il costruttore mette un grafico detto brevemente "SOA" o per esteso "Forward bias Safe Operating Area" o ancora "Maximum Safe Operating Area" dove esistono delle curve rimanendo "sotto" le quali il costruttore garantisce la "sopravvivenza" del Mosfet a quelle condizioni indicate.
Vi riporto di seguito un immagine dove ci sono entrambi i MOsfet di cui abbiamo appena parlato
La prima cosa IMPORTANTE , anzi importantissima, da notare è che la curva con tempo più lungo è di 10 msec, ovvero il costruttore non fornisce alcun dato per il funzionamento continuativo in "DC"; questo fa capire che non saremo in grado di avere garanzie, anzi l'opposto.
Io ho tracciato delle curve in rosso immaginando un peggioramento che in genere esiste con l'aumento del tempo , ma è solo una mia ipotesi: nessuna garanzia del costruttore.
Possiamo fare i confronti con la curva a 10msec ma forse è meglio usare la mia curva per avere dei valori che anche se non garantiti sono più compatibili con un uso in continua.
prendiamo una tensione banale di 20 v l' IRFP90n20D all'incrocio sulla linea rossa darà circa 8 A mentre il "meno potente" IRFP264 darà ben 20A; una stessa differenza la trovere usando le curve ufficiali del costruttore a 10 msec.
Questo vuol dire che l ' IRFP264 è più adatto all'uso, sempre improprio ricordiamolo, che ne vogliamo fare anche se ha dei dati di massima inferiori.
Ma non vale proprio sempre; ad esempio a 4 volt (proprio la tensione di un elemento al litio) vediamo che l ' IRFP90n20D porterà 70A mentre l' IRFP264 soltanto 50 e se usiamo le curve ufficiali a 10 msec a 7v l'IRFP90n20D porterà 200 A mentre l' IRFP264 si fermerà poco sopra i 100 A.
Insomma il confronto non è così vincente come guardando alle specifiche principali di corrente e wattaggio dove l' IRFP90n20D doppia di netto l' IRFP264.
Nella pratica chi può dire con che coppie di tensione e corrente verrà usato e visto che la curva "DC" è inventata il risultato sarà ...qualsiasi .
Ma abbiamo appurato che i dati generali "da soli" non bastano a trovare il MOsfet migliore e serve guardare il grafico SOA.
adesso facciamo un passo avanti cerchiamo, armati di queste considerazioni, dei MOsfet che abbiamo grandi correnti grandi wattaggi ma anche un bella curca "DC" nel grafico SOA ed esageriamo per essere più chiari.
Qui si deguito un bell'esempio IXFB100N50P, un vero mostro da 500v 100A e ben 1890 W di dissipazione, con un grosso contenitore plus264 e dal peso imponente di 10,28gr ( l'IRFP90n20D o l'IRFP264 pesano poco più meno di 6 gr e per inciso i loro fake 4,4gr)
Questo "mostro" come si vede dal grafico SOA ha anche la curva DC
e a 20 v leggiamo ben 100A , insomma arriviamo quasi ai 2000W e saremo limitati a 1890 dalla dissipazione.
teniamo conto che i mosfet iniziali si trovano ancora e costano dai 5 ai 7 €, parlo sempre di quelli originali; questo mostro è invece più difficile da trovare in questo periodo (per cui attenti ai fake) e costa fra i 25 e i 30€.
Quindi è tutto a posto? abbiamo la soluzione? basta pagare?
si e no
C'è ancora una cosa che può sfuggire ed invece è MOLTO IMPORTANTE.
Se guardate il grafico SOA del IXFB100N50P se è vero che c'è la curva DC è anche vero che tutto il grafico SOA è riferito a queste due condizioni di temperatura
Tj di 150 °C e Tc di 25 °C.
Se ci pensate un attimo in un carico elettronico e in una situazione di dissipazione continua come si fa a tenere il case a 25 °C ?
E' praticamente impossibile se non raffreddando a liquido, e non simil acqua ma cose forti come azoto e simili.
Questo avviene perchè anche il mostro IXFB100N50P non è stato progettato per lavorare in modo lineare e quindi il costruttore non è in grado di dare garanzie se lo mettete in un carico elettronico con il case ad esempio a 50°C , situazione piuttosto normale invece.
Ecco che sono all'ultimo punto.
Esiste una categoria di MOSFET detti lineari , nati per fare il lavoro del carico elettronico o cose simili come amplificatori Hi-Fi in classe B o simili , niente classe D.
Prendiamo anche qui un esempio
l ' IXTK110N20L2 meno potente del precedente con "soli" 200V 110A e 960W e che pesa solo 6.8 gr ma che costa almeno altri 10€ in più e si trova ancora meno facilmente in questo periodo.
ecco la sua curva
Prima di dirmi che il mostro era migliore guardate le condizioni di test: Tj uguale di 150 °C ma la Tc è di 75 °C. Ecco la GRANDE differenza è questa ; la "sopravvivenza" di questo Mosfet è garantita dal costruttore nelle condizioni reali a cui lavora un carico elettronico e quindi questo MOsfet se raffreddato bene ma con cose fattibili potrà date un vero carico elettronico da 600W accoppiato con un dissipatore di quelli per PC di fascia molto potente.
Non so quanto sia stato chiaro ed utile ma mi fermo qui, eventuali approfondimenti su domenda.
Chiedo perdono a chi queste cose le sapeva già.