IXTK90N25L2, czyli jak kupowałem używane tranzystory na Taobao

Podczas pracy nad sekcją mocy nowego obciążenia elektronicznego wpadłem na pomysł, żeby do rozpraszania „nadmiarowej” energii użyć porządnych tranzystorów. Zainteresowały mnie IXTK90N25L2 firmy IXYS. Ponieważ nowe, kupione w sprawdzonym miejscu, kosztują naprawdę poważne pieniądze, przy kompletowaniu kolejnej paczki z Tao postanowiłem kupić również je.
Więcej szczegółów poniżej.


Na początek warto chyba wyjaśnić, dlaczego właśnie te tranzystory, a nie dobrze znane IRFP250-260.
Oprócz po prostu dobrych parametrów w karcie katalogowej tych tranzystorów znajdziemy informację o takiej, na pozór niezrozumiałej rzeczy, jak FBSOA, a zwłaszcza Guaranteed FBSOA at 75.


O tym, czym jest SOA (Safe Operation Area), można przeczytać na Wikipedii, niestety po angielsku. Spróbuję więc wyjaśnić to prostymi słowami.

W kartach katalogowych wielu tranzystorów mocy znajdziemy taką tabelkę, opisaną jako Safe Operation Area, czyli obszar bezpiecznej pracy. To obszar, w którym producent gwarantuje stabilną pracę swojego elementu. Jednak obszar DC nie występuje w kartach katalogowych wszystkich tranzystorów polowych, a jeśli już jest, to zazwyczaj jest bardzo wąski.
Nie ma większego sensu patrzeć na wykres SOA dla 25 stopni, bo żeby zapewnić rzeczywistemu tranzystorowi takie warunki pracy, trzeba by zbudować instalację kriogeniczną, która utrzyma te 25 stopni przy dużej mocy rozpraszanej. Dlatego spójrzmy na prawy wykres: jest nieco skromniejszy, ale przedstawia temperaturę 75 stopni, co jest bardziej realistyczne. W moich obciążeniach utrzymuję temperaturę nieprzekraczającą 90 stopni.
Z dolnego obszaru wykresu, oznaczonego jako DC, można odczytać, że teoretycznie tranzystor jest przystosowany do pracy liniowej (DC) przy napięciu 100 V i prądzie 10 A (1000 W), albo 200 V i prądzie 3 A (600 W), albo 30 V i 20 A (600 W).


A teraz spójrzmy na obszar SOA tranzystora IRFP250. Co widzimy? Nie ma tu w ogóle takiego obszaru dla pracy ciągłej (DC), jest tylko dla pracy kluczującej. I tyle!
Oczywiście można go używać w trybie liniowym, w obciążeniach elektronicznych, i często właśnie tak się robi. W takim przypadku ogranicza się jednak moc do 50 W dla obudowy TO247 albo 30 W dla TO220.


Dlaczego tak się dzieje?
Poniżej spróbowałem „na chłopski rozum” wyjaśnić budowę wewnętrzną tranzystora bipolarnego i tranzystora polowego dużej mocy.
Wewnątrz tranzystora bipolarnego dużej mocy wszystko wygląda tak samo jak w tranzystorze małej mocy, tylko jest „większe”. Dlatego tranzystory bipolarne mają zwykle taką samą moc strat zarówno w trybie kluczującym, jak i liniowym. Ściśle mówiąc, praca kluczująca tranzystora bipolarnego oznacza pracę w nasyceniu i jest dla niego gorsza niż praca liniowa, ponieważ w stanie aktywnym (bez nasycenia) tranzystor bipolarny działa szybciej. Ale to już zupełnie inny temat — nas interesują różnice.
Wewnątrz tranzystora polowego dużej mocy wszystko wygląda zupełnie inaczej: umownie mamy tam mnóstwo małych tranzystorów połączonych równolegle. Chcemy uzyskać większy prąd i mniejszą rezystancję, więc łączymy więcej takich tranzystorów. Na szczęście łączenie tranzystorów polowych równolegle jest bardzo proste, w przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych.
To wszystko działa i działa świetnie, ale... w trybie kluczującym, czyli gdy tranzystor jest włączony albo wyłączony. Taki sposób prawie nie sprawdza się w trybie liniowym, na przykład w obciążeniach elektronicznych i liniowych stabilizatorach napięcia lub prądu. Dzieje się tak dlatego, że tranzystory na strukturze, choć są do siebie bardzo podobne — bo powstają na tym samym waflu w ramach jednego procesu technologicznego — jednak nieco się różnią. W rezultacie ich parametry są rozrzucone: jedne tranzystory mogą otwierać się nieco wcześniej niż inne, przez co przypada na nie główne obciążenie cieplne.

Nie oznacza to, że jeśli użyjecie tych samych IRFP250 przy mocy 100 W, tranzystor od razu się uszkodzi. Nic z tych rzeczy. Najpierw przebije się jeden z najmniejszych, ale najbardziej „aktywnych” tranzystorów, potem drugi, a wy zmniejszycie moc i obciążenie będzie jeszcze przez jakiś czas działać. Później znów zwiększycie moc ponad względnie bezpieczny poziom, przebije się kilka kolejnych tranzystorów — a jest ich tam naprawdę dużo. Prędzej czy później proces nabierze jednak lawinowego charakteru i skończycie z tranzystorem zwartym na stałe. Żeby zmniejszyć ryzyko takiej awarii, nie należy przekraczać podanych wyżej wartości.
W trybie kluczującym jest prościej: obciążenie rozkłada się bardziej równomiernie między elementy i wszystko działa bez zarzutu.


Dalej opowiem zarówno o samych tranzystorach, jak i o niuansach zakupu oraz problemach, które ostatecznie napotkałem, mimo że starałem się wszystko zrobić jak należy.

Dlaczego Tao? To proste: można tam trafić na tranzystory z demontażu, które są wyraźnie tańsze od nowych, markowych. W nagłówku podano cenę 1.5 dolara — grosze w porównaniu z 25 dolarami w Mouserze/DigiKey albo 30 w sklepie stacjonarnym


Gdyby chodziło o 1-2 sztuki, po prostu kupiłbym je w sklepie stacjonarnym. Mam jednak w planach zbudować mocne obciążenie i potrzebowałem 12-16 sztuk (4x3 albo 4x4), więc postanowiłem kupić je na Tao.
Wiedząc, że kupując w Chinach nowe, rzekomo markowe podzespoły, mamy około 99.(9)% szans na podróbkę, od razu szukałem używanych, czyli wylutowane z płytek.
Do pośrednika nie miałem żadnych zastrzeżeń, ale sprzedawca zapakował je w tak wytartą torebkę, że aż strach było wziąć ją do ręki.


Oprócz tranzystorów w torebce były jeszcze jakieś śmieci, więc na oko naprawdę używane. Zamówiłem 17 sztuk: 12–16 do obciążenia, może 12, a 4 „na zapas” albo „na wypadek wadliwych”, no i jeden do rozłupania i obejrzenia wnętrza.


Stan: mocno używane, wyprowadzenia powyginane, niektóre ułamane niemal przy samej obudowie, na części zostały resztki metalizacji z płytek. Nie kupowałem ich jednak na wystawę, więc wszystko mi jedno — przy 10–20-krotnej różnicy w cenie jestem w stanie to przeżyć.


Poza tym tranzystory były bardzo brudne. Wyżej spróbowałem wyczyścić alkoholem kilka sztuk — wacik natychmiast zrobił się czarny, ale z jakiegoś powodu oznaczenie jednego z tranzystorów stało się jeszcze mniej czytelne. Nieważne.
Większość wyprowadzeń tranzystorów jest po prostu ułamana i krótka, ale do jednego dolutowano drut, a inny miał niemal całe wyprowadzenia. Taki trafił się tylko jeden :)
Od spodu jest duża podstawa, wszystko jak w nocie katalogowej, ale o tym trochę później.


Kilka tranzystorów przyszło nawet z uszkodzonymi obudowami. Wygląda na to, że „wyjmowano” je z płytek przy użyciu łomu.


Obudowa zgadza się z oryginałem, wyżej widać nawet otwory od strony płytki, które są również pokazane w nocie katalogowej.


Tranzystory wyglądają oczywiście potężnie. Tutaj widać je w porównaniu z bardziej popularnymi modelami.


Ważą mniej więcej tyle samo co oryginały — w nocie podano 10 g, ale w tym przypadku wyprowadzenia są nieco krótsze.


Niby wszystko świetnie: tranzystory naprawdę są używane, a ich wygląd wskazuje, że to oryginały. Jednak już po pierwszym teście pomiaru rezystancji w stanie włączenia podzieliły się na dwie wyraźne grupy i dwie dodatkowe.
1 szt. — 0,1 Ω.
9 szt. — 0,18 Ω
2 szt. — 0,4–0,5 Ω
5 szt. — 1,9 Ω

Na tym etapie nie miałem już nic kulturalnego do powiedzenia, zostały tylko niecenzuralne słowa...


Rzecz w tym, że rezystancja sprawnych tranzystorów wynosi około 0,036 Ω, czyli 36 mΩ.


Co ciekawe, w obrębie dwóch dużych grup rezystancja była stabilna, z niewielkimi wahaniami, rzędu 0,178–0,182 i 1,85–1,95 Ω. Grupy są więc bardzo wyraźne. Poniżej zdjęcie czterech grup w kolejności podanej wyżej.


Pojemność bramki powinna wynosić około 2140 pF. W rzeczywistości wartość zbliżoną do tej miały tylko tranzystory o rezystancji 0,18 i 0,4 Ω.


Kolejny test przeprowadziłem raczej z ciekawości, bo tranzystory okazały się dość czułe i bez problemu zaczynają przewodzić nawet pod wpływem napięcia z testu ciągłości multimetru.
Rezystancja (w lewym górnym rogu miernika milioomowego) w zależności od napięcia na bramce (na wyświetlaczu multimetru).

Najpierw te o rezystancji 0,18 Ω.


Teraz te o rezystancji 1,9 Ω.


W formie tabeli: po lewej tranzystory o rezystancji 0,18 Ω, po prawej 1,8 Ω.


Wykres wyszedł niezbyt ładny: zaczyna się od 3 V, a podziałka na dole ma odstępy co 0,5 V.


Jak się pewnie domyślacie, zaciekawiło mnie, co to za dziwactwo, więc postanowiłem rozłupać jeden z tranzystorów. Żeby zrobić to „bez hałasu i kurzu”, użyłem małego imadła. Może ktoś z was też takie miał — niesamowicie przydatna rzecz :)

Na pierwszy ogień poszedł tranzystor o rezystancji 1,8 Ω, i tak był do wyrzucenia.


W środku jest płytka z kryształem. Niestety w większości została w plastiku, a tak chciałem obejrzeć ją pod mikroskopem, tak jak robiłem to z układami pamięci flash.


Miejsce na podstawie, do którego była przyklejona.


A tutaj w plastiku


Podstawa jest naprawdę miedziana — nie tylko nie przyciąga jej magnes, ale też wygląda jak miedź. Grubość 2 mm.


Próbowałem ostrożnie rozdzielić obudowę albo jakoś wydłubać płytkę, ale po prostu pękła na pół.


Nie sądzę, żeby oglądanie tego pod mikroskopem miało sens — to po prostu zdjęcie makro.


Z drugim tranzystorem postanowiłem postąpić inaczej. Znając wymiary struktury, najpierw wyznaczyłem jej obszar, potem wyciąłem kwadracik wulkanitem, podważyłem go śrubokrętem i w efekcie otrzymałem to samo co poprzednio.
Wymiary struktury w obu przypadkach to 6х6 mm.


No dobrze, pomyślałem, otworzę trzeci tranzystor, ten o rezystancji 0,1 Ω — i tak miałem tylko jeden.
Hmm..., tutaj wszystko wygląda inaczej.


Przede wszystkim struktura ma tu inny rozmiar. Pierwsze dwa tranzystory miały rezystancję 1,8 Ω, a trzeci 0,1 Ω.


Ale jest jeszcze jedna różnica. Nie zauważyliście? Wytłoczenie płytki wygląda zupełnie inaczej — zarówno w obszarze struktury, jak i kołnierza.


No to bierzemy czwarty tranzystor o rezystancji 0,4 Ω (miałem dwa takie) i otwieramy.
O, tutaj mamy trzeci wariant...


Po otwarciu otrzymałem trzy rodzaje wnętrza, różniące się zarówno rozmiarem struktury (5х5 i 6х6 mm), jak i rodzajem wytłoczenia.
Od lewej: 0,4 Ω, 0,1 Ω, 1,8 Ω


No i, drodzy czytelnicy, co z tego wynika? Tranzystory są oczywiście świetne, ale w praktyce mamy... kompletną klapę.
Żeby kupić niepodróbki (no, poza opcją kupienia ich za duże pieniądze, a i to nie daje gwarancji), zrobiłem wszystko, co mogłem. Znalazłem ofertę używanych tranzystorów. Z wyglądu naprawdę są używane, bo podrabiać je z takim zaangażowaniem... sam nie wiem.
Możliwości jest kilka:
1. Tranzystory są podróbkami, ale jakoś trudno mi w to uwierzyć — wyglądają na naprawdę używane.
2. Tranzystory są oryginalne, ale co wtedy z ich parametrami?
3. Tranzystory to uszkodzone oryginały. Pracowały gdzieś w mocnym zasilaczu, który stopniowo się zużywał, potem został wycofany z eksploatacji i rozebrany.
4. Tranzystory są podróbkami, ale wymontowano je z jakiegoś urządzenia. Scenariusz jest taki: jeden sprytny Chińczyk sprzedał gdzieś partię lewych tranzystorów, ktoś wlutował je do zasilacza, zorientował się, że są lewe, zasilacz wycofano z eksploatacji, a potem inny Chińczyk go kupił i sprzedał na części.

Jakie są wasze przemyślenia, panowie?
Z mojego niezbyt przyjemnego doświadczenia wynika, że używany wygląd, a nawet resztki metalizacji na wyprowadzeniach, wcale nie świadczą o oryginalności komponentów. Ten eksperyment kosztował mnie około 26 za tranzystory, 1,88 za dostawę do pośrednika i 4 dolary za samą wysyłkę, czyli łącznie około 32 dolary.
Dopiero później zauważyłem, że w zamówieniu widnieje 16 tranzystorów, choć chciałem 17 i dostałem 17. Jak to możliwe — zagadka...


To już wszystko. Mam nadzieję, że ten test był przydatny.