metingen aan LEDs gefaalde Action-lampen

Kastje is de OKW Eurocase, in 't verleden heel veel gebruikt...

Ow super bedankt. Helaas zo snel wat lastig te vinden. Ik heb eerder wel onderdelen van OKW kunnen kopen bij TME (ik geloof knoppen voor potmeters).

De naam van de behuizingen (OKW Eurocase) doet een belletje rinkelen. Mogelijk dat ik er ooit advertenties van gezien heb in oude Elektuurs, of elders.

[LuckyLuke] Dubai-i-ficeer je ‘m dan ook? (Dubai lamp waarbij de led’s juist niet te hard worden aangestuurd zodat ze zowat eeuwig meegaan maar er iets minder licht uit komt)

Dubaïficeren (zoals bijv. BigClive doet) vind ik wat ver gaan. Het idee is op zich erg goed, maar om nieuwe lampen eerst open te maken, te modificeren en daarna weer dicht te kitten... een hoop gedoe en extra werk waar ik eigenlijk niet op zit te wachten.

Maar bij de Action kan ik niet meer dezelfde LED-lampen kopen, ze zijn uit het assortiment dus het doormeten van nieuwe/ongebruikte identieke LEDs, zoals de bedoeling was, gaat niet lukken. Ook heb ik er hier in huis, in de armaturen, geen meer teruggevonden om te slopen en door te meten. Jammer.

Wel zojuist een N-MOSFET (RFP70N06) doorgemeten met de signature analyzer.

De intrinsieke bodydiode is mooi te zien, het verticale deel van de curve bij Vds -0.7V (zonder aansturing op de gate):

Het leuke van de (gepulste en regelbare) spanningsbron is dat je snel kunt bij welke gatespanning de FET begint te geleiden. In dit geval begint het bij een gatespanning van 2.95V in de lage stroomstand (2mA) en ca. 3.15V in de hoge stroomstand (20mA). Dus Vgs,th is ca. 3.2V (hoe meer drainstroom er loopt, hoe hoger de Vgs zal moeten zijn). Bij deze Vgs is de FET verre van hard/volledig ingeschakeld. De karakteristiek, bij langzaam oplopende Vgs:

Vgs=2.95V:

Vgs=3.05V:

Vgs=3.15V:

Tenslotte de karakteristieken van de FET (hard aan bij Vgs=12V en uit (Vgs=0V) in één plaatje, d.m.v. de pulsfunctie op 45 Hz:

Ook is te zien dat, bij ingeschakelde FET, de intrinsieke bodydiode a.h.w. lijkt te verdwijnen; de verticale lijn verplaatst zich van -0.7V naar 0V.

Wat ik nog niet helemaal begrijp is dat deze FET ook bij negatieve Vds lijkt te geleiden. Het gedeelte links van -0.7V wel uiteraard, dat gaat via de bodydiode. Maar het deel tussen -0.7V en 0V snap ik niet helemaal; ik zou verwacht hebben dat tussen -0.7 en 0V de FET spert en de bodydiode nog niet geleidt, en dat daar de curve dus horizontaal zou verlopen, en daarna bij -0.7V weer vertical omhoog....

In elk geval, best leerzaam om die karakteristieken zelf te kunnen bepalen en bekijken. Het is me al wel duidelijk dat ik veel plezier aan dit apparaat ga beleven bij reparaties, reden dat hij permanent aangesloten gaat worden op één van de oscilloscopen. Straks alleen nog eventjes wat meetsnoeren maken, met banaanstekkers aan de ene kant en grijpclips aan de andere kant.

Op zondag 12 januari 2025 12:51:00 schreef nonius:

Dubaïficeren (zoals bijv. BigClive doet) vind ik wat ver gaan. Het idee is op zich erg goed, maar om nieuwe lampen eerst open te maken, te modificeren en daarna weer dicht te kitten... een hoop gedoe en extra werk waar ik eigenlijk niet op zit te wachten.

En je kan ze ook gewoon direct kopen bij Philips/Signify en Osram/Ledvance. Je kan tegenwoordig gewoon kiezen tussen een CRI van 80 en ~200lm/w of een CRI van 95 en ~100lm/w.

Ik weet het wel, het verbruik is 'Heel weinig' of 'Heel heel weinig' dus ga ik voor de lampen met mooiere kleurweergave in huis.

De opstelling is me niet helemaal duidelijk, hoe stuur je de gate van de MOSFET nu aan dan? Gewoon met een potmeter en dan meten met een vaste U_GS? In dat laatste geval zijn je waarnemingen wel te verklaren.

De U_GSth wordt gewoonlijk gemeten bij 250µA, dus je meting bij 2mA zal dichter bij de formele waarde zitten. In theorie heeft een MOSFET een kwadratische karakteristiek, dus de I_DS zou onder de U_GSth 0 moeten zijn, maar in de praktijk zal je toch een minimale waarde moeten nemen om als grens te dienen en 2mA is voor een 70A MOSFET praktisch 0.

De opstelling is me niet helemaal duidelijk, hoe stuur je de gate van de MOSFET nu aan dan? Gewoon met een potmeter en dan meten met een vaste UGS

Inderdaad, gate van de FET wordt aangestuurd met een vaste positieve gelijkspanning, geleverd door de ingebouwde regelbare voeding (LM317) waarvan de spanning instelbaar is met een potmeter is van 0-12V. Nu ingesteld op +12Vdc. (Vgs=+12V).

De UGSth wordt gewoonlijk gemeten bij 250µA, dus je meting bij 2mA zal dichter bij de formele waarde zitten. In theorie heeft een MOSFET een kwadratische karakteristiek, dus de IDS zou onder de UGSth 0

Dat is niet wat ik bedoelde: het fenomeen wat ik bedoel speelt zich volledig af bij een positieve Vgs, stel 12Vdc. In dat geval loopt er blijkbaar toch een negatieve stroom door de Drain/Source van de FET: i.e., de Source is positief ten opzichte van de Drain (op het oscilloscoopscherm de linkerhelft van de curve, alles links van het midden) en in het gebied van -0.7...0V loopt dus stroom in omgekeerde richting. De stroom loopt dus in de doorlaatrichting van de intrinsieke bodydiode, maar ZONDER de daarbijbehorende spanningsval (van -0.7V) in die diode. Dus blijkbaar geleidt de FET gewoon in dat kleine gebiedje van -0.7...0V, maar dan in omgekeerde richting.

In de foto hierboven zou ik eigenlijk de rood-getekende curve verwachten, niet de werkelijk gemeten groene lijn. Volgens het scope-scherm geleidt de FET ook in omgekeerde richting, in het gebiedje -0.7...0V. En dat zou ik niet verwacht hebben. (overigens, deze curves zijn opgetekend bij 20mA, niet 2mA)

Blijkbaar mis ik nog iets.

Op zondag 12 januari 2025 15:05:33 schreef nonius:
Dat is niet wat ik bedoelde: het fenomeen wat ik bedoel speelt zich volledig af bij een positieve Vgs, stel 12Vdc.

De reden dat ik het zo zei is dat je dit in een eerdere post noemde:

Op zondag 12 januari 2025 12:51:00 schreef nonius:
Dus Vgs,th is ca. 3.2V (hoe meer drainstroom er loopt, hoe hoger de Vgs zal moeten zijn).

(onderlijning toegevoegd)

De U_GSth is een vast getal en (in theorie) de grenswaarde waar de MOSFET begint (kwadratisch) te geleiden, dus in theorie bij I_D=0. De U_GS waarde die je meet met een drainstroom van 2mA (in jouw geval 2,95V) zal er dus dichterbij zitten dan met een drainstroom van 20mA (in jouw geval 3,2V), en is dus in elk geval minder dan 3,2V. No big deal in dit geval, maar dat is wat ik bedoelde.

In dat geval loopt er blijkbaar toch een negatieve stroom door de Drain/Source van de FET: i.e., de Source is positief ten opzichte van de Drain (op het oscilloscoopscherm de linkerhelft van de curve, alles links van het midden) en in het gebied van -0.7...0V loopt dus stroom in omgekeerde richting. De stroom loopt dus in de doorlaatrichting van de intrinsieke bodydiode, maar ZONDER de daarbijbehorende spanningsval (van -0.7V) in die diode. Dus blijkbaar geleidt de FET gewoon in dat kleine gebiedje van -0.7...0V, maar dan in omgekeerde richting.

[...]

Dat is eigenlijk de uitgangstoestand van de MOSFET structuur, de diode is een parasitair effect dat is geïntroduceerd om vermogenscomponenten praktisch te maken. Het is lastig dit goed uit te leggen, mede omdat het bij mij ook iets weggezakt is, dus ik heb een paar plaatjes van internet getrokken en zal het toch proberen.

De structuur van een laterale MOSFET, zoals die vaak in digitale IC zitten is symmetrisch, en die geleiden dus in beide richtingen en ziet er (in versimpelde vorm) zo uit:

Hier is het niet belangrijk of je de drain of source gebruikt, die geleiden en sperren beide kanten op en vertonen geen diode-effect. Ze hebben alleen een vrij hoge R_DSon en kunnen weinig spanning aan.

Een verticale MOSFET, die overal behalve in de kleinste transistors in ICs worden gebruikt, zien er (in versimpelde vorm) zo uit:

Hier is het deel waar N^- staat in verkorte vorm getekend, en is in werkelijkheid disproportioneel lang. Deze laag zorgt voor de spanningsbestendigheid. De sperlaag tussen drain en source zal zich verdelen over de P⁺ en N^- lagen omgekeerd evenredig met hun dotering, dus hoe sterk ze zijn gepolariseerd met ladingsdragers. Let er ook op dat beide N⁺ diffusielagen aan de bovenkant niet de drain en source vertegenwoordigen, maar alleen twee aansluitpunten voor de source zijn. De stroom loopt van onderaan (dat alleen een groot stuk drain is) naar boven (waar de gate en source aangesloten zitten). De elektrische gradiënt zal dus ook in de verticale richting over de chip verlopen als die uitgeschakeld is, en de stroom in de verticale richting stromen als hij aan is.

Het diffusieproces om de dotering te implementeren vind plaats aan de oppervlakte van de wafer, en duurt dus langer als het dieper moet, en is ook niet homogeen. Meestal begint men daarom met een siliciumkristal dat bij productie al een lichte dotering mee krijgt, dit kan bij het "trekken" waar men in het gesmolten silicium chemicaliën toevoegt, of achteraf met radioactieve (of neutronen-)straling waarin de siliciumatomen worden getransmuteerd tot (ik geloof) fosfor. Vervolgens worden de sperkanalen gediffundeerd en de oxide- en metaallagen aangebracht. Deze strategie maakt gebruik van de hele dikte van het kristal om bij te dragen aan de geleiding en/of spanningsbestendigheid van het uiteindelijke product.

Je ziet dat de P⁺ laag ook op de source aangesloten is, en dat maakt dat het resulterende component in tegenrichting als een diode geleidt. Verbind je de P⁺ laag niet, dan moet alle stroom door een relatief klein oppervlak van de chip naar de source vloeien, en gaan de stroomgeleiding en betrouwbaarheid van je component omlaag. De basisstructuur van de MOSFET is echter onveranderd gebleven, en als er spanning op de gate staat zal de sperlaag gaan geleiden, en de P⁺ laag ook verzadigen met elektronen die (in dit geval) van de drain ipv de source komen en de geleidendheid vergroten.

Deze onduidelijkheid over de MOSFET structuur heb ik mijn kop ook een tijdje over gebroken in verband met het werkingprincipe van een synchrone gelijkrichter. Ik was ooit een topic over deze dingen begonnen: Actieve gelijkrichterbrug. Daar gebruikte ik MOSFETs voor een brugcel en door ze in te schakelen als ze in tegenrichting moesten geleiden verdween de spanningsval van de diode. Dit zou niet hebben gewerkt in de andere richting, want dan schakel je ze uit als de interne diode geleidt, en in als het component spert. Alle MOSFETs zouden dan altijd geleiden, en dan werkt je brugcel niet. In eerste instantie gebruikte in een voorgemaakte chip, en dan denk je er niet zo over na, maar naderhand heb ik er een paar met losse comparators gebouwd, en dan moet je dat wel goed hebben.

Disclaimer: de details van mijn verhaal kunnen hier en daar niet volledig of helemaal juist zijn, beschouw het een versimpeling. Ik ging er even van uit dat je geen fab wilde beginnen op basis van deze informatie.

Dank voor de uitleg, Kruimel. Ik heb geen plannen om een halfgeleider-fabriekje te beginnen, maar aan de andere kant, in het leven weet men nooit hoe een balletje kan rollen....

Het eerste deel van de uitleg, over de laterale MOSFET, is me duidelijk. Trouwens, dat bij een JFET source en drain om te draaien waren wist ik, maar dat het ook voor MOSFETs kon gelden was nieuw voor me. Maar als je ziet hoe symmetrische de MOSFET is opgebouwd is het eigenlijk wel logisch.

Het tweede deel van de uitleg, over verticale MOSFETs, is een brug te ver voor mijn beperkte kennis. Ik zal het simpelweg voor waarheid aannemen.

Net nog wel even zelf gezocht met een zoekmachine (tsja, dat had ik beter gelijk zelf kunnen doen eigenlijk), en kwam deze uitleg tegen:

https://www.quora.com/What-happens-if-you-reverse-the-drain-and-source…

"In most cases, reversing the drain and source terminals of a MOSFET won't have any significant impact on its functionality,as long as you stay within the device's voltage and current ratings.let's explore even further into the details of what happens when you reverse the drain and source terminals in a MOSFET:

A MOSFET is a symmetrical device, meaning its internal structure doesn't inherently distinguish between the drain and source terminals. Both terminals are essentially doped regions of the same semiconductor material. The current flow in a MOSFET is controlled by the voltage applied to the gate terminal, not the polarity between drain and source. As long as the gate voltage is sufficient to create a conductive channel between the source and drain, current will flow regardless of which terminal is labeled which.

Acts like a diode: However, it's important to remember that MOSFETs contain an inherent parasitic structure called the body diode. This diode allows current to flow in the opposite direction (reverse current) between the drain and source when a reverse voltage is applied. Reversing the terminals effectively swaps the roles of the body diode and the main channel, but the overall current flow characteristics might be slightly different due to the different voltage drops across each path."

Die bodydiode wordt, bij omgekeerde aansluiting van D en S dus eigenlijk irrelevant wanneer de FET 'on' is, omdat het 'geïnduceerde kanaal' beter geleidt dan de diode. Pas op het moment dat de gatesturing wegvalt, gaat de FET sperren en treedt de bodydiode in werking (nog steeds uitgaande van het geval met omgekeerde D en S aansluitingen).

En daarom gebruiken we in de praktijk MOSFETs nooit met omgekeerde D en S aansluiting, omdat dan de bodydiode continu zou geleiden, en schakelactie van de MOSFET eigenlijk onmogelijk is geworden: 'on' is dan nog steeds werkelijk 'on', maar 'uit' wordt 'aan, minus de forward-voltage drop van de bodydiode'. Dus, de keuze tussen 'volledig aan' en 'bijna volledig aan', afhankelijk van de spanning op gate. Weinig zinvol, in de praktijk.

Jaren geleden heb ik wel onderstaand boek (bijlage) doorgenomen in de zomervakantie, was erg leerzaam, maar er is weer een hoop weggezakt, simpelweg omdat ik de kennis in het dagelijks leven niet gebruik/nodig heb. Ik ga de hoofdstukken over JFETs en MOSFETs toch eens opnieuw bestuderen.

Zoiets speelt er ook bij triacs, waarom zou je hem zo aansluiten als het inwendige symmetrisch van opbouw is? Toch bleek wat uit te maken en dat met de koeling van doen.

Zoiets speelt er ook bij triacs, waarom zou je hem zo aansluiten als het inwendige symmetrisch van opbouw is? Toen bleek het toch wat uit te maken en dat met de koeling van doen.

Grappig, Raaf12, dat voorbeeld van triacs is waar ik vanochtend onder de douche aan stond te denken! Met triacs heb ik die fout (verwisselen van A1 en A2) namelijk ooit in m'n jonge jaren gemaakt, omdat ik toen dacht dat het niets uitmaakte.

Maar het maakt wel degelijk uit, A1 en A2 zijn niet omwisselbaar. Dit is de fout die ik heb gemaakt bij m'n allereerste soldeerboutregelaartje/lichtdimmer dat ik zelf bouwde, 35 jaar geleden. Bij verwisselde A1 en A2 ontstak de triac niet. (de gebruikte triac was hoogstwaarschijnlijk een TIC226)

(misschien dat het bij sommige triacs inderdaad niet uitmaakt en dat A1 en A2 wel verwisselbaar zijn; ik weet dat er triacs zijn die in meer kwadranten (3 of zelfs 4) kunnen ontsteken. Maar nu begin ik me in het gebied te begeven waar ik wel de klok heb horen luiden, maar de klepel niet heb gevonden.)

Ik denk dat dit echt een gevalletje klok en klepel is inderdaad, want triacs zijn zeker niet symmetrisch rond de gate en de A1 en A2 kunnen niet worden verwisseld. Hoe je ze ook aanstuurt, de gatespanning wordt ten opzichte van de A1 gemeten, en de stroomkring is tussen gate en A1. Als je van kwadrant verandert wordt het teken de spanning en de stroom omgekeerd, maar nog steeds ten opzichte van of via de A1 gemeten. Wat zou er anders gebeuren als je 0V op de gate hebt staan, en er komt opeens netspanning op A2 te staan? Je triac ontsteekt dan toch niet in een ander kwadrant omdat er spanning op de gate staat ten opzichte van A2? Hij blijft dan uit omdat er 0V tussen gate en A1 staat.