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Transistor MOSFET IRF830, N-Kanal, 500V, 4.5A, TO-220AB
MOSFET mit N-Kanal für Schaltanwendungen in Schaltnetzteilen, Wechselrichtern und industriellen Anwendungen, verträgt bis zu 500 V VDS, bietet geringe Verluste und schnelles Schalten, Gehäuse TO-220 für einfache Montage auf einem Kühlkörper und effiziente Wärmeableitung, geeignet für Leistungsprojekte und Elektronikreparaturen.
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Der IRF830 ist ein Leistungs-MOSFET mit N-Kanal, der zum Schalten von Gleichstromlasten bei Spannungen bis zu 500 V bestimmt ist. Er wird als elektronischer Schalter eingesetzt, in Schaltnetzteilen, bei der Ansteuerung von Motoren und Halbleiterrelais sowie in Schaltungen, die mit hohen Spannungen arbeiten und bei denen ein Gate mit einfachen Ansteuerungsanforderungen benötigt wird.
Die maximale Drain-Source-Spannung beträgt 500 V, der Dauer-Drainstrom beträgt 4.5 A bei einer Gehäusetemperatur von 25 °C und 2.9 A bei 100 °C. Der Durchlasswiderstand RDS(on) beträgt maximal 1.5 Ω, garantiert bei VGS = 10 V und ID = 2.7 A, daher muss das Gate mit 10 - 12 V angesteuert werden, damit der Transistor vollständig durchschaltet. Die Schwellenspannung VGS(th) liegt zwischen 2.0 und 4.0 V bei ID = 250 µA, und die maximale Gate-Spannung beträgt ± 20 V. Die Eingangskapazität Ciss beträgt etwa 610 pF, und die gesamte Gate-Ladung beträgt maximal 38 nC.
Zu den wichtigsten Merkmalen gehören das Gehäuse TO-220AB mit drei Anschlüssen (Gate G, Drain D, Source S), die Metallfläche, die elektrisch mit dem Drain verbunden ist und zur Montage auf einem Kühlkörper dient, die Verlustleistung von 74 W bei einer Gehäusetemperatur von 25 °C, der Impuls-Spitzenstrom von 18 A und der Arbeitstemperaturbereich von -55 bis 150 °C.
Spezifikationen:
Drain-Source-Spannung (VDS): 500 V
Dauer-Drainstrom (ID): 4.5 A bei TC = 25 °C, 2.9 A bei TC = 100 °C
Drain-Impulsstrom (IDM): 18 A
Typ: Leistungs-MOSFET mit N-Kanal
Maximale Gate-Source-Spannung (VGS): ± 20 V
Schwellenspannung (VGS(th)): 2.0 - 4.0 V bei ID = 250 µA
Durchlasswiderstand (RDS(on)): maximal 1.5 Ω bei VGS = 10 V und ID = 2.7 A
Eingangskapazität (Ciss): typisch 610 pF
Gesamte Gate-Ladung (Qg): maximal 38 nC
Maximale Verlustleistung (PD): 74 W bei TC = 25 °C
Wärmewiderstand Sperrschicht-Gehäuse: maximal 1.7 °C/W
Wärmewiderstand Sperrschicht-Umgebung: maximal 62 °C/W
Betriebstemperatur: von -55 bis 150 °C
Gehäuse: TO-220AB, 3 Anschlüsse
Pinbelegung:
| Anschluss | Pin | Funktion |
|---|---|---|
| TO-220AB | 1 (G) | Gate, Steuereingang |
| TO-220AB | 2 (D) | Drain, hier wird die Last angeschlossen |
| TO-220AB | 3 (S) | Source, in der Regel an Schaltungsmasse |
| TO-220AB | Metallfläche | Elektrisch mit dem Drain verbunden |
Die Nummerierung der Pins gilt für den Transistor von vorne, mit der beschrifteten Seite zu Ihnen und den Pins nach unten, von links nach rechts.
Verwendung:
Bestimmen Sie die Pins des Transistors mit der beschrifteten Seite zu Ihnen und den Pins nach unten: 1 = G, 2 = D, 3 = S, von links nach rechts.
Schließen Sie die Last zwischen Versorgung und Drain an, die Source an Schaltungsmasse, damit der Transistor den masseseitigen Teil der Last schaltet.
Steuern Sie das Gate mit 10 - 12 V gegenüber der Source an, damit der Durchlasswiderstand den garantierten Wert erreicht. Ein logisches Signal von 3.3 V oder 5 V schaltet den Transistor nicht vollständig durch, er bleibt teilweise geöffnet und erwärmt sich.
Legen Sie an das Gate keine Spannungen über ± 20 V gegenüber der Source an.
Schalten Sie in Reihe mit dem Gate einen Widerstand von 47 - 470 Ω, der den Ladestrom des Gates begrenzt, sowie einen Widerstand von 10 - 100 kΩ zwischen Gate und Source, der das Gate entlädt und den Transistor sperrt, wenn die Ansteuerung unterbrochen wird.
Bei induktiven Lasten (Motoren, Relais, Spulen) schalten Sie parallel zur Last eine Schutzdiode, mit der Kathode zum Plus und der Anode zum Drain.
Prüfen Sie den Laststrom. Die Durchlassverlustleistung beträgt P = I² × RDS(on), und bei Strömen in der Größenordnung von einem Ampere oder mehr verwenden Sie einen Kühlkörper.
Isolieren Sie die Metallfläche gegenüber dem Kühlkörper und dem Gehäuse, da sie auf dem Potential des Drains liegt, und berühren Sie sie nicht, wenn die Schaltung unter Spannung steht.
Handhaben Sie den Transistor mit ESD-Schutzmaßnahmen, und überschreiten Sie beim Löten nicht 300 °C für 10 s.
Zur Prüfung messen Sie die Drain-Source-Spannung: Bei angesteuertem Gate muss sie einige zehn Millivolt bis höchstens 0.15 V bei 0.1 A betragen, und bei einer Gate-Spannung von 0 V muss sie nahe der Versorgungsspannung der Last liegen.
- Typ
- N-Kanal-Leistungs-MOSFET
- Betriebstemperatur
- -55 la 150 °C
- Gehäuseform
- TO-220AB, 3 terminale
Produs destinat utilizarii in proiecte electronice, automatizari, prototipare, educatie si cercetare.
Produsul trebuie utilizat numai conform specificatiilor tehnice mentionate in descriere si/sau in documentatia produsului.
Avertismente generale de siguranta:
Nu utilizati produsul la tensiuni, curenti sau temperaturi peste valorile specificate.
Montajul si conectarea trebuie realizate de persoane cu cunostinte tehnice minime in domeniul electric/electronic.
Evitati scurtcircuitele, inversarea polaritatii si conectarea gresita a alimentarii.
Nu lasati produsul alimentat nesupravegheat in timpul testelor.
Produsul nu este jucarie si nu este destinat copiilor.
Pentru modulele electronice, se recomanda utilizarea in carcase, panouri sau montaje protejate, dupa caz.
Identificare produs:
Denumirea produsului, codul/SKU-ul si caracteristicile tehnice sunt mentionate in pagina produsului si/sau pe eticheta ambalajului.
Producator / Importator / Distribuitor:
Sigmanortec S.R.L.
Calea Bucuresti nr. 9, Targu Jiu, Gorj, Romania
E-mail: [email protected]
Website: www.sigmanortec.ro
Persoana responsabila in UE:
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Calea Bucuresti nr. 9, Targu Jiu, Gorj, Romania
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Documentatie si siguranta:
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In diesem Tutorial verwenden wir den Transistor IRF830, einen N-Kanal-Leistungs-MOSFET mit 500 V im Gehäuse TO-220AB, um einen 12-V-Lüfter mit einem Taster ein- und auszuschalten. Der Aufbau verwendet keinen Mikrocontroller und hat kein Programm. Die Schaltung wird über ein Netzteil mit 12 VDC und mindestens 2 A versorgt.
Der IRF830 wird als elektronischer Schalter für Gleichstromlasten, in Schaltnetzteilen, bei der Ansteuerung von Motoren und Halbleiterrelais sowie in Schaltungen eingesetzt, die mit hohen Spannungen arbeiten. Hier verwenden wir ihn bei 12 V, um zu zeigen, wie das Gate eines MOSFETs richtig angesteuert wird.
Funktionsweise:
Der MOSFET hat drei Anschlüsse: Gate (G), Drain (D) und Source (S). Der Strom fließt zwischen Drain und Source nur, solange die Spannung zwischen Gate und Source (VGS) groß genug ist. Im stationären Betrieb nimmt das Gate keinen Strom auf. Es verhält sich wie ein kleiner Kondensator, der sich bei jedem Schaltvorgang auf- und entlädt.
Die Schwellenspannung des IRF830 beträgt VGS(th) = 2.0 - 4.0 V bei ID = 250 µA. Die Schwelle gibt nur an, ab wann ein sehr kleiner Strom zu fließen beginnt, nicht wann der Transistor vollständig durchgeschaltet ist. Der Durchlasswiderstand RDS(on) maximal 1.5 Ω ist bei VGS = 10 V und ID = 2.7 A garantiert. Deshalb muss das Gate auf 10 - 12 V gebracht werden. Ein Logiksignal von 5 V oder 3.3 V schaltet diesen Transistor nicht vollständig durch, er bliebe halb geöffnet und würde sich erwärmen.
Im Aufbau ist der Lüfter zwischen +12 V und Drain angeschlossen, d. h. der Transistor schaltet auf der Masseseite der Last. Wenn wir den Taster drücken, erhält das Gate über R1 von 100 Ω die Spannung 12 V. R2 von 10 kΩ bleibt zwischen Gate und Source geschaltet, daher beträgt die tatsächliche Gate-Spannung 12 V × 10 kΩ / 10.1 kΩ, also etwa 11.9 V. Dieser Wert liegt über dem Punkt von 10 V und unter der Grenze von ± 20 V.
R1 begrenzt den Ladestrom des Gates und dämpft Schwingungen. Mit einer Ciss von etwa 610 pF beträgt die Zeitkonstante 100 Ω × 610 pF = 61 ns. Die gesamte Gate-Ladung beträgt maximal 38 nC, daher dauert das vollständige Schalten höchstens einige Mikrosekunden, also ist es für einen Lüfter praktisch verzögerungsfrei. Wenn wir den Taster loslassen, entlädt R2 das Gate gegen Source und der Transistor sperrt. Ohne R2 bliebe die Gate-Kapazität geladen und der Lüfter würde weiterlaufen.
Die Durchlassverluste berechnen sich mit P = I² × RDS(on). Für den Lüfter mit 0.1 A ergibt sich 0.1² × 1.5 = 0.015 W, daher ist kein Kühlkörper nötig. Bei 1 A steigt der Verlust auf 1.5 W. Der Spannungsabfall am Transistor im durchgeschalteten Zustand beträgt maximal 0.1 A × 1.5 Ω = 0.15 V.
Der Lüfter ist eine induktive Last. Beim Sperren des Transistors erzeugt die Motorspule eine Spannungsspitze. Die Diode 1N4007, parallel zum Lüfter geschaltet, mit der Kathode (Ring) an +12 V und der Anode an Drain, nimmt diese Spitze auf und schützt den Transistor.
Anschluss:
Verwenden Sie ein Netzteil mit 12 VDC und mindestens 2 A, mit DC-Hohlstecker-Adapter 5.5 x 2.1 mm mit Schraubklemmen + und -. Berühren Sie nicht den Netzteil-Teil des Adapters und führen Sie alle Verbindungen mit dem vom Netz getrennten Adapter aus. Der Aufbau arbeitet mit 12 V, daher ist kein Pegelwandler nötig. Die Pins des IRF830 zählt man mit der beschrifteten Seite zu Ihnen und den Pins nach unten, von links nach rechts: 1 = G, 2 = D, 3 = S. Die Metallfläche ist mit dem Drain verbunden.
| Pin am Produkt | Anschluss an | Funktion |
|---|---|---|
| G (Pin 1) | Bein 2 des Tasters über R1 von 100 Ω, plus R2 von 10 kΩ zur Source | Steuer-Gate. R1 begrenzt den Ladestrom, R2 hält es bei 0 V, wenn der Taster losgelassen ist |
| D (Pin 2) | Schwarzer Draht des Lüfters und Anode der Diode 1N4007 | Drain, schaltet die Masseseite der Last |
| S (Pin 3) | Klemme - des Adapters und freies Ende von R2 | Source, gemeinsame Masse des Aufbaus |
| Metallfläche | Wird mit nichts verbunden | Ist elektrisch mit dem Drain verbunden, nicht berühren, wenn die Schaltung unter Spannung steht |
Der Rest der Schaltung wird so verbunden: Die Klemme + des Adapters geht zu Bein 1 des Tasters und von dort zum roten Draht des Lüfters und zur Kathode der Diode 1N4007 (Ringende). Bein 2 des Tasters geht zu R1. Bei einem Taster mit vier Beinen finden Sie mit dem Multimeter im Durchgangsprüfmodus das Beinpaar, das nur bei gedrücktem Taster verbunden ist, und verwenden dieses Paar.
Konfiguration:
Der Aufbau hat keine Programmierung. Die Bauteilwerte werden wie folgt gewählt. R1 von 100 Ω kann durch einen beliebigen Wert zwischen etwa 47 Ω und 470 Ω ersetzt werden, ohne dass sich die Funktion bei einer kleinen Last ändert. R2 kann 10 kΩ bis 100 kΩ betragen. Ein kleinerer Wert entlädt das Gate schneller, verbraucht aber bei gedrücktem Taster mehr Strom vom Adapter. Die Gate-Spannung darf niemals ± 20 V überschreiten.
Für andere Lasten prüfen Sie den Strom. Bei 0.1 A arbeitet der IRF830 ohne Kühlkörper. Steigt der Strom Richtung 1 A, erreicht der Verlust 1.5 W und der Transistor erwärmt sich stark, daher verwenden Sie einen Kühlkörper. Isolieren Sie die Metallfläche gegenüber diesem und gegenüber dem Gehäuse, da die Fläche auf Drain-Potenzial liegt. Der absolute Grenzwert ist ID = 4.5 A bei TC = 25 °C und 2.9 A bei TC = 100 °C, jeweils mit VGS = 10 V.
| Parameter | Wert im Aufbau | Zulässiger Bereich |
|---|---|---|
| R1 (Gate) | 100 Ω | 47 - 470 Ω |
| R2 (Gate-Source) | 10 kΩ | 10 - 100 kΩ |
| VGS bei gedrücktem Taster | etwa 11.9 V | 10 - 12 V empfohlen, maximal ± 20 V |
| Lüfterstrom | 0.1 A | Kühlkörper empfohlen ab etwa 1 A, maximal 4.5 A bei TC = 25 °C |
Anwendungsbeispiel:
Verkabeln Sie den Aufbau mit dem vom Netz getrennten Adapter. Schritt 1: Setzen Sie den IRF830 mit der beschrifteten Seite zu Ihnen auf das Steckboard und bestimmen Sie die Pins G, D, S von links nach rechts. Schritt 2: Verbinden Sie R2 von 10 kΩ zwischen G und S. Schritt 3: Verbinden Sie R1 von 100 Ω zwischen G und Bein 2 des Tasters. Schritt 4: Verbinden Sie S mit der Klemme - des Adapters.
Schritt 5: Verbinden Sie den schwarzen Draht des Lüfters mit D. Schritt 6: Verbinden Sie den roten Draht des Lüfters mit Bein 1 des Tasters und mit der Klemme + des Adapters. Schritt 7: Montieren Sie die Diode 1N4007 mit der Anode an D und der Kathode (Ring) am roten Draht des Lüfters. Prüfen Sie die Ausrichtung der Diode noch einmal und stecken Sie dann den Adapter in die Steckdose.
Drücken Sie den Taster und halten Sie ihn gedrückt: Der Lüfter startet. Lassen Sie den Taster los: Der Lüfter stoppt, weil R2 das Gate entlädt. Wenn Sie ein Multimeter haben, messen Sie die Spannung zwischen D und S. Bei gedrücktem Taster sollten Sie höchstens etwa 0.15 V erhalten, bei losgelassenem Taster etwa 12 V. Messen Sie außerdem die Spannung zwischen G und S: etwa 11.9 V bei gedrücktem Taster und 0 V bei losgelassenem Taster.
Häufige Probleme:
Der Lüfter startet nicht, wenn Sie den Taster drücken. Die wahrscheinlichste Ursache ist eine falsche Reihenfolge der Pins oder der Verbindungen. Prüfen Sie, ob G Pin 1, D Pin 2 und S Pin 3 ist, wenn Sie den Transistor mit der beschrifteten Seite zu Ihnen und den Pins nach unten betrachten. Messen Sie dann die Spannung G - S bei gedrücktem Taster, die etwa 11.9 V betragen muss. Ist sie 0 V, schließt der Taster den Kontakt nicht und Sie müssen ein anderes Beinpaar wählen.
Der Lüfter läuft dauerhaft oder bleibt nach dem Loslassen des Tasters eingeschaltet. Die Ursache ist ein fehlender oder schlecht kontaktierter Widerstand R2, der das Gate nicht entlädt. Prüfen Sie R2 zwischen G und S. Ist R2 in Ordnung, kann der Transistor nach einer Überlastung oder einer falsch gepolten Diode defekt sein (Kurzschluss zwischen D und S).
Der Lüfter dreht schwach oder langsam, und der Transistor erwärmt sich. Das Gate erhält nicht genug Spannung, und der Transistor ist nur teilweise geöffnet. Messen Sie VGS, das 10 - 12 V betragen muss. Prüfen Sie den Adapter sowie die Werte von R1 und R2.
Der Adapter schaltet sich durch Schutzabschaltung ab oder wird beim Drücken des Tasters warm. Die Diode 1N4007 ist vermutlich falsch gepolt und schließt die Versorgung über den Transistor kurz. Ziehen Sie den Adapter aus der Steckdose und prüfen Sie, dass der Ring der Diode zu +12 V und die Anode zum Drain zeigt.
Der Transistor erwärmt sich schon bei einem kleinen Lüfter. Prüfen Sie den tatsächlichen Strom des Lüfters, der etwa 0.1 A betragen sollte, und die Gate-Spannung. Ein hoher Strom oder eine Ansteuerung unter 10 V erhöhen die Verluste.
Einschränkungen und Tipps:
Der IRF830 ist für hohe Spannungen bis 500 V ausgelegt, aber sein Durchlasswiderstand von maximal 1.5 Ω ist für Lasten mit hohem Strom bei 12 V groß. Für solche Lasten wählen Sie einen MOSFET mit deutlich kleinerem RDS(on), der direkt mit der verfügbaren Spannung angesteuert werden kann.
Der Wert von 4.5 A gilt bei einer auf 25 °C gehaltenen Gehäusetemperatur, was einen leistungsfähigen Kühlkörper erfordert. Bei 1 A ergeben der Verlust von 1.5 W und der Wärmewiderstand Sperrschicht-Umgebung von maximal 62 °C/W einen Temperaturanstieg von über 90 °C. Verwenden Sie daher für den Dauerbetrieb frühzeitig einen Kühlkörper.
Überschreiten Sie nicht ± 20 V am Gate und handhaben Sie den Transistor mit ESD-Schutz. Bei induktiven Lasten montieren Sie immer die Schutzdiode.
Nach diesem Aufbau können Sie andere Gleichstromlasten steuern, zum Beispiel einen LED-Streifen, ein Relais oder eine kleine Pumpe, mit demselben Gate-Netzwerk, unter Einhaltung des maximalen Stroms und mit Kühlkörper bei Bedarf. Bei gefährlichen Spannungen oder Netzspannung arbeiten Sie nur mit geeigneter Isolierung und von einer qualifizierten Person.
