Verwarmingscircuit met TIP122 werkt niet zoals verwacht

Voor through-hole kun je 2N7000 bekijken - het smd-equivalent is 2N7002.

Nee, die doen het niet op 3V3.

Deze kan wel https://www.reichelt.com/nl/en/shop/product/mosfet_n-logl_55v_28a_0_04…

Of deze https://www.reichelt.com/nl/en/shop/product/mosfet_n-ch_30v_140a_200w_…

Of deze https://www.reichelt.com/nl/en/shop/product/mosfet_n-ch_100v_5_6a_0_54…

2N7000 is wel erg klein.

Mhmmmm, waaraan kan ik dan zien of de MOSFET geschikt is om met 3.3V te schakelen?

Ik ging ervanuit dat ik hiervoor naar Vgs(th) diende te kijken? Deze is voor mijn voorbeelden telkens 3V.

De Vgs(th) is waar hij net een heel klein beetje begint te geleiden.

@deKees: geen van die MOSFETs is goed in geleiding bij 3.3V, je moet een MOSFET zoeken waarvan het Miller plateau ruim onder de 3.3V ligt. Dat betekent doorgaans heel veel datasheets bekijken...

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (34%)]

Oké, ik denk dat ik het begin te snappen.

Ik heb de VDS/ID grafiek voor deze bekeken:

https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ntd3055l170-d.pdf
https://www.vishay.com/docs/91322/sihlr024.pdf
https://www.infineon.com/dgdl/irlb8721pbf.pdf?fileId=5546d462533600a40…

Deze zouden allemaal moeten voldoen, toch?

Geen van allen, MOSFETs die goed in geleiding zijn bij 3.3v met een beetje marge zijn helaas zeldzaam.

Je moet naar het vlakke stuk in de V(gs) vs. Qg kijken

Het gaat hier om het schakelen van 240mA. Dus het kan best wel dat deze mosfets nog niet volledig gaan geleiden bij 3V3, maar die 250mA kunnen ze allemaal zonder problemen schakelen. Ik zou daar geen probleem van maken.

Even wat testen gedaan met een IRLZ34N die ik nog heb liggen.
Dan krijg je dit resultaat:

Ofwel: prima bruikbaar op 3V3 gate sturing.
De Vds zakt in elkaar doordat de gebruikte voeding is gelimiteerd op 2A. En de weerstand van de mosfet zit ruim onder 100 mOhm vanaf 2.5V Gate-spanning.

Dat is wel interessant, want jouw plaatje laat een Miller plateau zien op ongeveer 2.4V, terwijl die volgens de datasheet op ongeveer 3.5V had moeten liggen.

De temperatuur kan dat nog een beetje invloed op hebben, een hogere temperatuur geeft een lagere Vgs, maar ik vind het verschil wel erg groot, en ik neem aan dat je die MOSFET niet extreem heet hebt gestookt bij deze test.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (29%)]

Op woensdag 16 oktober 2024 07:44:59 schreef SparkyGSX:
Je moet naar het vlakke stuk in de V(gs) vs. Qg kijken

In de "On-characteristics" grafiek, toch? De 3V lijn is daar al vlak vanaf 2V VDS? Wat mis ik nog?

Geen van allen, MOSFETs die goed in geleiding zijn bij 3.3v met een beetje marge zijn helaas zeldzaam.

Heb je een voorbeeld van één die wél goed zou zijn?

In ieder geval heb ik gisteren een hoopje Irlb8721 besteld. Zoals deKees zei hoeft mijn stroom inderdaad niet heel hoog te zijn. Bovendien... €3.80 voor 20 stuks... als het niet werkt is er nog steeds niets significant verloren :)

Dit was een IRLZ34NPBF, fabrikaat Infineon. Ooit aangeschaft via TME. En nee, die werd niet warm van deze test.

Wel grappig, via Infineon krijg je precies dezelfde IRF datasheet:
https://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/n-channel/irlz34n…

Op woensdag 16 oktober 2024 12:49:40 schreef Opifex:
[...]

In de "On-characteristics" grafiek, toch? De 3V lijn is daar al vlak vanaf 2V VDS? Wat mis ik nog?

Wat die lijn zegt, is dat er 2A kan lopen bij 2V over de MOSFET (dus al 4W verliezen) en er gaat nooit meer stroom lopen bij die Vgs, ongeacht hoeveel groter de spanning over de MOSFET wordt.

Ik heb wel ooit MOSFETs gevonden die het bij 3.3V goed deden, maar ik heb helaas geen nummers bij de hand. Daarbij zijn dat altijd SMD MOSFETs, die in veel gevallen helemaal niet bestaan in een TH package.

Oké, de lijn moet dus én vlak zijn, én hoog genoeg liggen zodat je een lage RDS hebt?

Heb je een voorbeeld van zo'n FET Sparky?

Op woensdag 16 oktober 2024 12:49:40 schreef Opifex:
In ieder geval heb ik gisteren een hoopje Irlb8721 besteld. Zoals deKees zei hoeft mijn stroom inderdaad niet heel hoog te zijn. Bovendien... €3.80 voor 20 stuks... als het niet werkt is er nog steeds niets significant verloren :)

Dan hoop ik voor jou dat dat geen fakes zijn, maar gezien de prijs verwacht ik dat wel, want voor die prijs kan ik er 3 krijgen bij de 'grote jongens' in elektronicaland.

(Mouser: 6,07 euro per 10 stuks, digikey: 1,14 per stuk (daar geen staffelkorting voor 10, pas bij 50)

Zelf zou ik gewoon even bij een van die groothandels de 'logic level MOSFETs' afdeling aanklikken en selecteren op de parameters die je zoekt, dat scheelt nogal in het uitzoekwerk.

Nee je zoekt juist geen MOSFET waarbij die lijn vlak is in de buurt van de stroom die je verwacht, wat daar zit de MOSFET echt op zijn limiet, en is de warmteontwikkeling veel te hoog. Je wilt juist in het gebied zitten waar de lijn nog lineair omhoog loopt, dat wil zeggen, de spanning is proportioneel met de stroom, wat dat betekende dat de MOSFET zich nog als een weerstand gedraagt.

Ik kan zo direct geen enkel through-hole type vinden, als SMD ook mag kan ik vanavond wel wat opzoeken. In plaats van een standaard MOSFET kun je ook kijken naar een power distribution switch, zoals een BTSxxx, dat is een MOSFET met een stuurcircuitje ingebouwd, meestal met overstroom een over temperatuur beveiligingen aan boord. Ook die zijn in TH packages erg dun gezaaid.

Misschien gaat het zoeken naar een geschikt optoMOs relay sneller.
On state bij If 3mA en Vf 1,5V ... enkel extra nog een voorschakelweerstand nodig.

Op woensdag 16 oktober 2024 19:16:31 schreef SparkyGSX:
Nee je zoekt juist geen MOSFET waarbij die lijn vlak is in de buurt van de stroom die je verwacht, wat daar zit de MOSFET echt op zijn limiet, en is de warmteontwikkeling veel te hoog. Je wilt juist in het gebied zitten waar de lijn nog lineair omhoog loopt, dat wil zeggen, de spanning is proportioneel met de stroom, wat dat betekende dat de MOSFET zich nog als een weerstand gedraagt.

Oh, oké. Dat klinkt wel logisch, ja.

Maar dat wil dus zeggen dat die "niet-3.3V geschikte MOSFETs wel geschikt zouden zijn als de Drain-Source voltage maar laag genoeg is? Bvb. 2V? Want dan zie ik in vele grafieken nog wel een lineair gebied.

Ik kan zo direct geen enkel through-hole type vinden, als SMD ook mag kan ik vanavond wel wat opzoeken. In plaats van een standaard MOSFET kun je ook kijken naar een power distribution switch, zoals een BTSxxx, dat is een MOSFET met een stuurcircuitje ingebouwd, meestal met overstroom een over temperatuur beveiligingen aan boord. Ook die zijn in TH packages erg dun gezaaid.

SMD is prima. Het is maar om een voorbeeld te hebben van een karakteristiek om te vergelijken.

Die BTS ga ik ook eens bekijken! Thanks voor de tip!

Als de Mosfet inschakelt dan wordt de drain-source spanning erg laag als het goed is. Dus de meeste van de later genoemde mosfets die zullen heus wel werken.
Het gaat in de grafiek vooral om hoeveel stroom de mosfet kan schakelen.

Bijv:

De onderste lijn is 'typical' voor een gate spanning van 3V.
Bij 10Volt drain-source spanning is de mosfet dan goed voor 4A max. Bij een belasting van 240mA zal de spanning over de mosfet dan inzakken tot minder dan 0.1V (links voorbij de Y-as in de grafiek).

Die grafiek zegt niks over de spanning in jouw circuit, enkel iets over de spanning over de mosfet, en die is dus laag als de mosfet aan staat.

Zomaar een paar voorbeelden:

https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-BSP716N-DS-v02_00-en.pdf?fileId…
https://www.vishay.com/docs/75297/sir638adp.pdf
https://www.diodes.com/assets/Datasheets/DMN6017SK3.pdf

Een plaatje van hetzelfde plaatje als deKees heeft gepost, uit de eerste datasheet:

En het plaatje van de gate charge, waarbij we het Miller plateau ruim onder de 3V zien:

Ik kies de componenten altijd zo dat ze echt voldoen, zodat het ook nog werkt als het een keer erg koud is (daarvan stijgt de Vgs(th)), of als je een andere batch krijgt. Een component selecteren die volgens de datasheet niet zou voldoen, maar in de praktijk misschien (net) wel, of waarvan je weet dat het op het randje is, vind ik gewoon slecht ontwerp. Als ik iets ontwerp, wil ik daar 100% achter staan.

EDIT: ik had bij Farnell gezocht, dat was ook gewoon dom van me, Mouser heeft wel wat leuks in Through-hole packages:
https://nl.mouser.com/datasheet/2/115/DIOD_S_A0006645099_1-2542748.pdf

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (10%)]

Weer wat bijgeleerd! Bedankt Sparky en deKees! Het is nu heel duidelijk naar wat ik moet kijken.

Ik maak nu eerst nog een paar prototypes met de sub-ideale irlb8721 die ik besteld heb. Bij een volgende versie zal ik een SMD versie package nemen die wel bedoeld is om op 3.3v te schakelen.

Kijk even naar mijn laatste link, dat is een TO-220 MOSFET. Bij Mouser kun je gewoon als particulier bestellen, maar onder de 75 euro betaal je 15 euro verzendkosten.

Ook te koop bij TME. Minder verzendkosten en lagere prijs:
https://www.tme.eu/nl/en/katalog/?queryPhrase=DMNH45M7SCT