Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik SOA - wie weit ausreizen?


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von Michael K. (tkd)


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Hallo Forum,
in jedem vernünftigen Datenblatt eines Transistors gibt es ein 
SOA-Diagramm.
Zusätzlich gilt ja, dass man sich von den absolut maximum ratings ein 
Stück weit fernhalten sollte.
Jetzt ist die Frage: wie weit sollte man die erlaubten Werte des SOA 
ausreizen bzw. wie viel Abstand sollte man zu den dortigen Grenzen 
halten?
Konkret habe ich mal das SOA vom IRFP240 gewählt und dort den Punkt für 
Ugs=100V und Id=1A markiert.
Ausreichende Kühlung von 100W mal vorausgesetzt, ist das ein Zustand, 
den man diesem Transistor bei DC zumuten kann?
Wie weit (vielleicht in Prozent) sollte man sich von der Grenze 
fernhalten?
Was sagt Eure Erfahrung?

von H. H. (Gast)


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Michael K. schrieb:
> Ausreichende Kühlung von 100W mal vorausgesetzt,

Kommst du denn auf Tc<=25°C?

Ansonsten sind deine 30% unter Maximalwert eine gute Distanz.

von MaWin (Gast)


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Michael K. schrieb:
> Ausreichende Kühlung von 100W mal vorausgesetzt,

Dann kannst du an die Kurve ran gehen.

Aber ausreichend kühlt man selten.

Bessere Datenblätter (meist nur auf Nachfrage erhaltlich) haben noch 
Kurven je nach Tc.

Ein Original-Transistor soll die SOA aushalten, schliesslich wurde die 
dafür ermittelt.
Transistoren gleicher Typennummer anderer Hersteller sind aber 
vielleicht nicht so gut.
Und Fälschungen aus obskurer Quelle lassen sich gerade dadurch 
entlarven, dass sie schon unterhalb der SOA kaputt gehen.

Also meine 2N3772 von ISC gehen jedenfalls kaputt bevor die SOA des 
2N3772 von OnSemi für das das Netzteil mit Kühlkörper ausgelegt ist 
überschritten wird.
Bei ISC gibt es sicherheitshalber auch kein SOA Diagramm im Datenblatt.

von Name: (Gast)


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MaWin schrieb:
> Dann kannst du an die Kurve ran gehen.

Aber nur unter Beachtung des Deratings.
Die Kurven in der SOA gelten nämlich nicht für 150°C 
Sperrschichttemperatur...

von Name: (Gast)


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Michael K. schrieb:
> DC

Bitte nicht im Linearbetrieb.

Warum steht hier:
https://www.analog.com/en/technical-articles/mosfet-safe-operating-area-and-hot-swap-circuits.html

Abschnitt "spirito effect".

von Willibald (Gast)


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MaWin schrieb:
> Transistoren gleicher Typennummer anderer Hersteller sind aber
> vielleicht nicht so gut.

Ja, das ist eine böse Falle gerade für Anfänger, die meinen, das 
Datenblatt irgendeines Herstellers des entsprechenen Bauteils wird schon 
passen. Da gibt es durchaus gravierende Unterschiede (manchmal frage ich 
mich, warum das Bauteil überhaupt die gleiche Typennummer hat).

von Tippgeber (Gast)


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Willibald schrieb:
> warum das Bauteil überhaupt die gleiche Typennummer hat).
Hat es streng genommen auch nicht, denn der TN ist ja die HN 
vorangestellt.

Es gibt noch einen Punkt:

Zwar kann man den Bereich praktisch voll ausnutzen, es gibt aber z.B. 
auf dem Gebiet des Explosionsschutzes die Forderung, alles mindestens 
30% oder 50 überzudimensionieren, um einzelne Exemplarstreuungen sowie 
Ungenauigkeiten beim Erstellen des Diagrams abzufangen.

Consumer-Zeug wird auch gerne mal ausserhalb der SOA betrieben, 
hauptsache, es überlebt die 2 Jahre Garantie.

von Michael K. (tkd)


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Name: schrieb:
> Abschnitt "spirito effect".
Ist das nicht quasi der 2. Durchbruch?

Name: schrieb:
> Bitte nicht im Linearbetrieb.
Tippgeber schrieb:
> alles mindestens
> 30% oder 50 überzudimensionieren, um einzelne Exemplarstreuungen sowie
> Ungenauigkeiten

Wenn ich die Spiritio Region aus dem Link auf mein SOA übertrage, wäre 
ich bei Uds=60V und Id=1A ausreichend überdimensioniert, um auf der 
sicheren Seite zu sein?

von Name: (Gast)


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Michael K. schrieb:
> Wenn ich die Spiritio Region aus dem Link auf mein SOA übertrage, wäre
> ich bei Uds=60V und Id=1A ausreichend überdimensioniert, um auf der
> sicheren Seite zu sein?

Nein, weil das von FET zu FET verschieden ist. Es ist nicht im 
Datenblatt angegeben.
Daumenregel: Moderne FET mit kleinem RDSon sind für lineare Anwendungen 
schlicht ungeeignet, wenn sie dafür nicht extra angeriesen werden.

Meiner Meinung nach gibt es mehrere Wege, mit denen man das lösen kann:

1. BastlervarianteI:
Man verwende Bauteile, die andere Leute für solche Anwendungen 
erfolgreich verwendet haben.Also Typen die man in Stromsenken und 
ähnlichen Anwendungen findet. Gern sind das ältere Typen.

2. Bastlervariante II:
Man teste das Ganze mit der doppelten/dreifachen Leistung. Wenn der FET 
das aushält, wird es schon irgendwie passen.

3.Entwicklervariante:
Man verwendet Typen, die vom Hersteller extra für solche Anwendungen 
angepriesen werden. Oft ist das bei Planar-Typen der Fall. Infineon hat 
auch welche.
https://www.infineon.com/cms/de/product/power/mosfet/n-channel/optimos-and-strongirfet-latest-family-selection-guide/optimos-linear-fet-100v-150v-200v-/

Als Bastler muss man es wirklich nicht zu genau nehmen...

von Michael K. (tkd)


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Name: schrieb:
> Daumenregel: Moderne FET mit kleinem RDSon sind für lineare Anwendungen
> schlicht ungeeignet, wenn sie dafür nicht extra angeriesen werden.

Das SOA zeigt eindeutig eine Kruve für DC.
Und ein Rds,on von 180 mOhm würde ich nicht unbedingt als klein 
bezeichnen. Der BUZ11 hat eines von 40mOhm und soweit ich weiß, gilt das 
nicht als besonders niedrig.
Oder sehe ich das falsch?

von Franz (Gast)


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von Dieter H. (kyblord)


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Michael K. schrieb:
> Name: schrieb:
>> Abschnitt "spirito effect".
> Ist das nicht quasi der 2. Durchbruch?

würde ich auch meinen. Der wird bei Leistungs-Fets interessant. Das 
selbe passiert aber bei Power-BJTs.

von udok (Gast)


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Michael K. schrieb:
> Das SOA zeigt eindeutig eine Kruve für DC.
> Und ein Rds,on von 180 mOhm würde ich nicht unbedingt als klein
> bezeichnen. Der BUZ11 hat eines von 40mOhm und soweit ich weiß, gilt das
> nicht als besonders niedrig.
> Oder sehe ich das falsch?

Ja siehst du falsch, du musst das anders rechnen:

Rth = 0.83 + 0.24 = 1.07 Grad/Watt ohne Isolationsscheibe zum Kühlkörper 
(laut Datenblatt).

Max. Junction Temperatur ist 150 Grad.
Annahme: Kühlkörpertemperatur = 85 Grad,
         Max. erlaubte Junction Temperatur 135 Grad.

Maximale Leistung = (135 - 85) / Rth = 47 Watt

von udok (Gast)


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Nachtrag:
Diese Rechnung ist nur gültig, wenn du nicht in den Bereich
positiven Temperaturkoeffizienten kommst (2ter Durchbruch).

Das könnte bei dem betagten Mosfet der Fall sein, angeblich ist der 
relativ gutmütig.
Wobei positiver Temperaturkoeffizient nur bei relativ hohen Spannungen 
und kleinen Strömen ein Problem ist.

von Bernd K. (bmk)


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Name: schrieb:
> 3.Entwicklervariante:
> Man verwendet Typen, die vom Hersteller extra für solche Anwendungen
> angepriesen werden. Oft ist das bei Planar-Typen der Fall. Infineon hat
> auch welche.

Auch bei IXYS findet man MOSFETs speziell für den linearen Betrieb:

https://origin-savvis.littelfuse.com/media?resourcetype=datasheets&itemid=e8f79453-275f-4993-bb7f-69040f7f3811&filename=littelfuse-discrete-mosfets-n-channel-linear-ixt-240n075-datasheet

Bei diesem Typ ist die SOA Kennlinie für 25°C und auch 75°C zu sehen.

: Bearbeitet durch User
von Michael K. (tkd)


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udok schrieb:
> Ja siehst du falsch, du musst das anders rechnen:
>
> Rth = 0.83 + 0.24 = 1.07 Grad/Watt ohne Isolationsscheibe zum Kühlkörper
> (laut Datenblatt).
>
> Max. Junction Temperatur ist 150 Grad.
> Annahme: Kühlkörpertemperatur = 85 Grad,
>          Max. erlaubte Junction Temperatur 135 Grad.
>
> Maximale Leistung = (135 - 85) / Rth = 47 Watt

Das ist soweit korrekt und bedeutet, dass 60V und 1A nicht 
funktionieren.
Aber liege ich mit meiner Argumentation, dass der IRFP240 für DC 
geeignet ist, weil DC-Kurve spezifiziert und Rds,on verhältnismäßig 
groß, richtig?

von (prx) A. K. (prx)


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Für linearen Betrieb ist der Rds(on) doch sowieso ziemlich schnurz, wenn 
er ja nicht voll durchgesteuert wird. Die maximale Verlustleistung von 
klar für Linearbetrieb vorgesehenen MOSFETs hängt massgeblich vom 
Gehäuse ab. Nicht so die reinen Schalt-MOSFETs - deren AbsMax-Angaben 
erinnern stark an PMPO-Angaben von Audioverstärkern.

Wenn man mal einen neueren MOSFET mit DC-SOA findet, merkt man 
vielleicht, dass der besonders bei höheren Spannungen nicht weit von den 
Urviechern weg ist, oder gar locker in die Tasche gesteckt wird. Ein 
krasses Beispiel ist der IRFB7430, der immerhin DC im Datasheet stehen 
hat, von dessen beeindruckenden 375W/195A bei 40V aber nur noch 
~12W/0,3A übrig bleiben. Und dann schau mal beim ollen BUZ11 rein.

Merke: Ein MOSFET wird nicht schon deshalb zum dafür geeigneten Bauteil, 
bloss weil in der SOA eine DC Kurve drinsteht.

: Bearbeitet durch User
von udok (Gast)


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Michael K. schrieb:
> Das ist soweit korrekt und bedeutet, dass 60V und 1A nicht
> funktionieren.

Funktionieren würde es schon, wenn du einen besseren Kühlkörper 
einbaust...

> Aber liege ich mit meiner Argumentation, dass der IRFP240 für DC
> geeignet ist, weil DC-Kurve spezifiziert und Rds,on verhältnismäßig
> groß, richtig?

Nein. Rds hat damit erst mal gar nichts zu tun, und die DC Kurven sind
bei den alten Mosfets nur extrapoliert.
Rds hängt bei gegebener Technologie nur von der Chipgrösse ab.
Neuere Datenblätter haben den Effekt manchmal drinnen
(die DC Kurve hat einen 2 Knick ähnlich bei bei NPN).

Einen ersten Eindruck bekommst du so:
Schaue dir Id über Vgs mit der Temperatur als Parameter an
(ist öfter mal im Datenblatt drinnen).
Finde Vgs für einen relativ niedrigen Strom bei 25 Grad.
Dann schau was passiert, wenn die Temperatur auf 100 Grad ansteigt.
Wenn der Strom stark steigt, dann hast du ein Problem.

Wenn dir das alles zu umständlich ist, dann nimm einen NPN oder
einen dafür spezifizierten Typ, es gibt ja etliche.
Oder du spezifizierst den Mosfet halt selber, wenn du zur Geiz ist Geil 
Fraktion gehörst...

von udok (Gast)


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(prx) A. K. schrieb:
> Wenn man mal einen neueren MOSFET mit DC-SOA findet, merkt man
> vielleicht, dass der besonders bei höheren Spannungen nicht weit von den
> Urviechern weg ist, oder gar locker in die Tasche gesteckt wird.

Was die neuen Mosfets viel besser können:  Der Rth ist wesentlich 
geringer.

von Armin X. (werweiswas)


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Name: schrieb:
> Abschnitt "spirito effect".

Hat mich mal einen dicken BSM181 gekostet!
Bei 25V und 200W war alles gut.
Bei 40V und nur 4A war er dann ganz schnell tot...
Ohne zuvor Auffälligkeiten zu zeigen.
Für Stromsenken und ähnliches würde ich die anfangs genannten 30% 
mittlerweile nicht als Reduzierung von der Maximallast sondern als 
maximale Dauerbelastung annehmen.

: Bearbeitet durch User
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