Używane tranzystory SPA20N60C3, coś tu jest nie tak

To już trzecia partia otrzymanych tranzystorów. Kiedy zaczynałem przygotowywać recenzję, myślałem, że szybko je sprawdzę i napiszę krótką recenzję, ale wszystko potoczyło się zupełnie inaczej, niż planowałem...

Przypominam, że aby być na bieżąco z nowymi wpisami na blogu, polecam obserwować mój Instagram. Będę tam publikować powiadomienia o wszystkich nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym - link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram - https://t.me/KirichBlog

Na początek kilka słów o sklepie. Kupiłem tranzystory w sklepie, do którego prowadzi podany link, ale pierwotnie link był inny. Wybrałem towar i kupiłem, potem sklep z jakiegoś powodu został zamknięty, sprzedawca przekierował mnie do innego, a teraz sklep znów działa, ale linki się zmieniły, a stary prowadzi do pustej strony. Co to było i po co, nie mam pojęcia.

A więc mowa o tranzystorach oznaczonych SPA20N60C3. W internecie bez trudu można znaleźć ich kartę katalogową.
Te tranzystory spotyka się dość często, na przykład w tym lub tym zasilaczu. Chociaż na przykład podczas naprawy zasilacza z tego artykułu okazało się, że stosuje się też SPA17N80C3 — ma mniejszy prąd, ale wyższe napięcie.


Trzeba jednak uważać, bo sprzedawcy czasem skracają oznaczenie do 20N60C3, a pod takim oznaczeniem kryje się również HGTG20N60C3 — a to już tranzystor IGBT.


Kupiłem 10 sztuk: po pierwsze na próbę, a po drugie, nie są aż tak często potrzebne.


Z wyglądu wyraźnie używane, tak jak w przypadku poprzednich — tu nie ma żadnych wątpliwości.


Przed testami zauważyłem po pierwsze, że w jednym tranzystorze odłamała się środkowa nóżka, a po drugie, że oznaczenia nieco się różnią. 8 sztuk ma takie jak po lewej, a dwie sztuki — inne, jak po prawej.


Na początek sprawdźmy pojemność bramki. Jak widać w karcie katalogowej, pomiar wykonuje się przy napięciu 25 V między drenem a źródłem.


Do pomiaru potrzebny jest regulowany zasilacz. Ustawiamy 25 V, a na wszelki wypadek także ograniczenie prądu — ja ustawiam 100 mA.
Oczywiście potrzebny będzie też miernik pojemności.


W komentarzach do poprzedniej recenzji proszono mnie o wyjaśnienie, jak mierzyć pojemność, więc już tłumaczę — sprawa jest bardzo prosta.
Podłączamy plus zasilacza do środkowej nóżki — drenu.
Minus do prawej nóżki — źródła.
Jedną sondę miernika pojemności do lewej nóżki — bramki.
Drugą sondę miernika do prawej nóżki — źródła.

Gotowe, podajemy napięcie i odczytujemy pojemność. Uważajcie jednak, żeby przypadkiem nie zewrzeć bramki z drenem — można w ten sposób spalić miernik pojemności.


Różnica między pomiarem pojemności bez napięcia (ale z podłączonym zasilaczem) a pomiarem pod napięciem wynosi 6219 pF i 2334 pF.


Sprawdziłem wszystkie dziesięć tranzystorów: zmierzyłem pojemność bramki i rezystancję w stanie włączenia przy napięciu 10 V. Jeden tranzystor z pojemnością około 2000 pF wydał mi się nieco dziwny, podobnie jak niewielki rozrzut rezystancji.
Sprawdziłem też, jak zmienia się rezystancja w stanie włączenia wraz z napięciem bramki — dla egzemplarzy 1, 5 i 9.
Widać, że już przy 6 V rezystancja wyraźnie spada, a potem zmienia się niewiele.


Kolejny test miał być szybki i łatwy, ale jak się okazało, zajął mnóstwo czasu i doprowadził do dziwnych wniosków.
Jak widać w karcie katalogowej, pomiar należy wykonać przy napięciu bramki 10 V i prądzie 13,1 A. Nic skomplikowanego.


Podałem napięcie mocy 5 V z ograniczeniem prądu do 13,1 A, a potem napięcie sterujące 10 V i... napięcie na włączonym tranzystorze najpierw spadło do około 1,8 V, ale potem zaczęło bardzo gwałtownie rosnąć. Tak gwałtownie, że trudno było mi sfotografować początkową wartość — od początkowych 1,7 V do prawie 4 V widocznych na zdjęciu minęło dosłownie kilka sekund.


No dobra, nie rozumiem, coś tu jest nie tak. Do kolejnych testów zmniejszam prąd do 10 A, a napięcie obwodu mocy do 4,5 V, żeby sprawdzanie było bezpieczniejsze.
Uruchamiamy i patrzymy — zaczynam od tranzystora numer 1.
Na samym początku znów jest około 1,7–1,8 V, dosłownie przez ułamek sekundy, po czym napięcie gwałtownie rośnie i dobija do ograniczenia ustawionego na zasilaczu. Prąd zaczyna odpowiednio spadać.
Z karty katalogowej wynika, że rezystancja tranzystora jest dość mocno zależna od temperatury: 0,19 Ω przy 25 stopniach i 0,43 Ω przy 150.

Okazuje się, że między pierwszym a drugim zdjęciem mija około 3–5 sekund, a jeśli przytrzymać tranzystor w takim stanie przez około 10–12 sekund, osiąga on temperaturę około 120 stopni.


Bierzemy tranzystor numer 5 — sytuacja powtarza się dokładnie tak samo.


Tranzystor numer 9 zachowuje się identycznie. No cóż, przynajmniej pod tym względem jest stabilnie — pomyślałem. Pierwsza myśl, jaka przyszła mi do głowy, była taka: podróbka, wstawili mały chip, ciepło po prostu nie zdąża się odprowadzić.
Sądząc po wynikach, temperatura zaczyna rosnąć, rośnie też rezystancja, a wraz z nią moc wydzielana w chipie itd. W efekcie chip nagrzewa się do 150 stopni i więcej, a rezystancja wzrasta do 0,42–0,45 Ω. Niby wartości zgadzają się z kartą katalogową, ale wszystko dzieje się jakoś bardzo szybko...


Dalej, już tylko z ciekawości, wziąłem tranzystor numer 10, sparowany z tranzystorem numer 9 — było to widać po wyglądzie i śladach pasty termoprzewodzącej.
I tu czekało mnie drugie zaskoczenie: zachowywał się podobnie, ale jednak inaczej. Po pierwsze, napięcie rosło kilka razy wolniej, a po drugie, później wzrost jeszcze bardziej zwolnił i po osiągnięciu 3,8 V ledwo pełzł dalej. Czyli ustaliła się równowaga cieplna, a temperatura i rezystancja zmieniały się już tylko w miarę nagrzewania radiatora. A tak, właśnie — tutaj radiator wreszcie zaczął się nagrzewać. Wcześniej po prostu nie zdążał.

Pomyślałem, że poprzednie tranzystory mają mały chip, który po prostu nie zdąża przekazać ciepła do podłoża, a same tranzystory są podróbkami. Nie dawał mi jednak spokoju tranzystor numer 9 — przecież z zewnątrz wyglądał tak samo jak numer 10.

Można też zauważyć, że rezystancja tranzystorów 5 i 9 była wyraźnie większa niż tranzystora 10. To by coś wyjaśniało, gdyby nie tranzystor numer 1, który zachowywał się tak samo, a miał taką samą rezystancję jak numer 10...



No dobrze, sprawdzam tranzystory o numerach 3, 8, 2 i 6 — otrzymuję ten sam obraz co w przypadku pierwszych trzech: szybkie, lawinowe przegrzewanie.


Jeszcze raz otwieram kartę katalogową i widzę, że maksymalny prąd tranzystora wynosi 13,1 A przy temperaturze obudowy 100 stopni, ale u nas jest wyraźnie więcej.
Uwaga (1) mówi: Limited only by maximum temperature.


Spróbuję sprawdzić moje przypuszczenie dotyczące małego chipu, więc otwieram tranzystor numer 3, który podobnie jak pozostałe szybko się przegrzewał.


Od razu zwraca uwagę masywne miedziane podłoże. Co ciekawe, kołnierz wyraźnie różni się od typowych obudów TO-220, bo ma wycięcie u góry. Podłoże jest grube, ma 1–1,1 mm, więc i tu nie powinno być problemu.


A tutaj znów się zdziwiłem: chip na pewno nie jest mały, zajmuje niemal całą przeznaczoną dla niego powierzchnię podłoża.


Wtedy zrozumiałem, że problem nie leży ani w powierzchni chipa, ani w podłożu, i ponownie zajrzałem do karty katalogowej, żeby sprawdzić informacje o oporze cieplnym między chipem a obudową.
No tak, tranzystory występują przecież w zwykłej obudowie oraz w całkowicie izolowanej, więc ten parametr jest dla nich różny, a karta katalogowa i parametry testu są wspólne.
Dla obudowy Full Pack podano opór cieplny 3,6 stopnia na wat, a dla zwykłej — 0,6, czyli różnica jest sześciokrotna. Policzmy: prąd wynosił 10 A, rezystancja — powiedzmy — 0,2 Ω, więc moc wydzielana w chipie to 20 W. Załóżmy, że temperatura powietrza wynosi 30 stopni (temperatura nagrzanego radiatora). Otrzymujemy 30+(20×3,6)=102 stopnie. Ponieważ jednak temperatura zaczynała rosnąć, rosła też rezystancja. Przy temperaturze 100 stopni wynosiła więc, powiedzmy, 0,3 Ω, czyli moc wynosiła już 30 W, a temperatura osiągała 30+(30×3,6)=138 stopni — całkiem zgodnie z oczekiwaniami.



Wnioski.
Moim zdaniem są to oryginalne tranzystory, ale testowanie ich przy deklarowanym prądzie 13,1 A jest nieprawidłowe, ponieważ z powodu słabego odprowadzania ciepła między chipem a obudową dochodzi do niekontrolowanego wzrostu temperatury chipa. Dodatkową zagadkę stanowi jednak dziesiąty egzemplarz, który zachowywał się wyraźnie inaczej, więc pojawia się pytanie: dlaczego...
Na podstawie tego, co widzę, można odnieść wrażenie, że testowy prąd 13,1 A podano dla tranzystorów w zwykłej obudowie. Czyli chip jest przystosowany do 20 A, ale z powodu znacznie gorszego odprowadzania ciepła między chipem a obudową dopuszczalna moc jest istotnie mniejsza.

Na dziś to wszystko. Mam nadzieję, że było to przydatne. Będę też bardzo wdzięczny za Wasze komentarze i przemyślenia na temat tych tranzystorów.