IRF520 N Kanal MOSFET 100V 9.2A TO-220

IRF520, güç anahtarlama uygulamalarında kullanılan N-kanal enhancement mode güç MOSFET'idir. 100V Drain-Source gerilim dayanımı ve uygun soğutma koşullarında 9.2A seviyesine kadar sürekli Drain akımı kapasitesi sayesinde motor sürme, LED ve lamba kontrolü, PWM uygulamaları, anahtarlamalı güç kaynakları ve çeşitli güç elektroniği devrelerinde kullanılabilir.

TO-220AB güç kılıfına sahip olması, yüksek akım ve güç kaybı oluşan uygulamalarda harici soğutucu kullanılmasını kolaylaştırır. MOSFET yapısı sayesinde Gate ucuna uygulanan gerilimle Drain-Source arasındaki yük akımı elektronik olarak kontrol edilebilir.

Teknik Özellikler

• Model: IRF520
• Transistör Tipi: N Kanal Güç MOSFET
• Çalışma Yapısı: Enhancement Mode
• Maksimum Drain-Source Gerilimi (VDS): 100V
• Sürekli Drain Akımı (ID): 9.2A @ TC=25°C, VGS=10V
• Sürekli Drain Akımı: 6.5A @ TC=100°C
• Pulsed Drain Akımı (IDM): 37A
• Drain-Source Açık Durum Direnci (RDS(on)): Maksimum 0.27Ω @ VGS=10V
• Gate Threshold Gerilimi (VGS(th)): 2V – 4V
• Maksimum Gate-Source Gerilimi (VGS): ±20V
• Maksimum Güç Dağılımı: 60W @ TC=25°C
• Toplam Gate Charge (Qg): Maksimum 16nC
• Tipik Giriş Kapasitesi (Ciss): Yaklaşık 360pF
• Tek Darbe Avalanche Enerjisi: 200mJ
• Çalışma Junction Sıcaklığı: -55°C – +175°C
• Dahili Body Diyot Bulunur
• Kılıf Tipi: TO-220AB
• Pin Sayısı: 3

IRF520 Pin Dizilimi ve Örnek Anahtarlama Devresi

Yukarıdaki görsel IRF520'nin TO-220 kılıftaki pin dizilimini ve temel düşük taraf yani low-side anahtarlama uygulamasını göstermektedir. MOSFET üzerindeki yazılar kullanıcıya bakacak şekilde önden tutulduğunda pinler soldan sağa Gate, Drain ve Source şeklindedir.

• Pin 1 – Gate (G): MOSFET'in kontrol girişidir
• Pin 2 – Drain (D): Yük akımının MOSFET'e girdiği güç bağlantısıdır
• Pin 3 – Source (S): Low-side anahtarlamada genellikle GND hattına bağlanır
• Metal Tab: Elektriksel olarak Drain pinine bağlıdır

N Kanal MOSFET Nasıl Çalışır?

IRF520'nin Gate ve Source uçları arasına yeterli pozitif gerilim uygulandığında Drain ile Source arasında iletim kanalı oluşur. Böylece Gate üzerinden sürekli yüksek akım çekmeden daha yüksek akımlı bir yük elektronik olarak kontrol edilebilir.

Gate gerilimi yeterli seviyeye çıkarıldığında MOSFET iletime geçer, Gate-Source gerilimi düşürüldüğünde ise MOSFET kapanır. Bu yapı röle, motor, LED yükü ve benzeri DC yüklerin hızlı ve sessiz şekilde anahtarlanmasına imkan sağlar.

Gate Gerilimi ve 5V Kontrol Sinyali

IRF520'nin Gate Threshold gerilimi yaklaşık 2V ile 4V arasındadır. Ancak bu değer MOSFET'in tamamen açıldığı gerilim değildir. Threshold değeri yalnızca çok düşük Drain akımının akmaya başladığı noktayı ifade eder.

IRF520 logic-level MOSFET değildir. Datasheet'te maksimum 0.27Ω RDS(on) değeri VGS=10V ve ID=5.5A koşulunda belirtilmektedir.

Gönderilen görselde Gate kontrol sinyali 5V olarak gösterilmiştir. IRF520 5V Gate geriliminde iletime geçebilir; ancak yüksek akımda tam olarak açılmayabilir. Bu durumda Drain-Source direnci yükselir, MOSFET üzerinde daha fazla gerilim düşümü oluşur ve komponent daha fazla ısınabilir.

Yüksek akım veya düşük güç kaybı gereken uygulamalarda uygun bir MOSFET gate sürücüsü kullanılarak Gate'in yaklaşık 10V seviyesinde sürülmesi daha uygundur.

220Ω Gate Direncinin Görevi

Görselde kontrol sinyali ile Gate arasında 220Ω seri direnç kullanılmıştır. MOSFET Gate yapısı kapasitif olduğu için açılma ve kapanma sırasında kısa süreli şarj ve deşarj akımları oluşur.

Gate direnci bu ani akımları sınırlamaya, yüksek frekanslı salınımları azaltmaya ve mikrodenetleyici veya gate sürücü çıkışını korumaya yardımcı olur.

220Ω değeri örnek bir değerdir. Gerçek devrede direnç değeri anahtarlama frekansı, gate yükü ve sürücü kapasitesine göre belirlenmelidir.

10kΩ Gate Pull-Down Direnci

Görselde Gate ile GND arasında 10kΩ pull-down direnci kullanılmıştır. Bu direnç kontrol girişinin boşta kaldığı durumlarda Gate üzerinde elektriksel yük birikmesini önlemeye yardımcı olur.

Pull-down direnci sayesinde sistem ilk açıldığında veya kontrol pini yüksek empedans durumundayken MOSFET'in istemsiz şekilde iletime geçme ihtimali azaltılır.

9.2A Drain Akımı

IRF520 için verilen 9.2A sürekli Drain akımı değeri, MOSFET gövde sıcaklığının TC=25°C seviyesinde tutulduğu ve Gate'in 10V ile sürüldüğü test koşullarına aittir.

Bu değer, MOSFET'in soğutucusuz olarak her ortam koşulunda sürekli 9.2A taşıyabileceği anlamına gelmez. Kullanılabilir akım; MOSFET üzerinde oluşan güç kaybı, ortam sıcaklığı, PCB yapısı ve kullanılan soğutucunun termal özelliklerine bağlıdır.

RDS(on) ve Güç Kaybı

IRF520 tam iletim durumundayken Drain ve Source arasında düşük ancak sıfır olmayan bir direnç bulunur. Datasheet'te bu değer VGS=10V koşulunda maksimum 0.27Ω olarak belirtilmiştir.

İletim sırasında oluşan yaklaşık güç kaybı aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

P ≈ I² × RDS(on)

Örneğin MOSFET üzerinden 3A akım geçerken RDS(on) değeri 0.27Ω kabul edilirse yaklaşık:

P ≈ 3² × 0.27 = 2.43W

güç ısıya dönüşebilir. RDS(on) sıcaklık arttıkça yükseldiği için termal tasarım yapılırken yeterli güvenlik payı bırakılmalıdır.

TO-220 Kılıf ve Soğutucu Kullanımı

IRF520 TO-220AB güç kılıfına sahiptir. Metal tab yapısı MOSFET üzerinde oluşan ısının harici bir soğutucuya aktarılmasını kolaylaştırır.

Metal tab elektriksel olarak Drain pinine bağlıdır. Aynı soğutucu üzerine farklı güç elemanları monte edilecekse elektriksel izolasyon gerekip gerekmediği kontrol edilmelidir.

Dahili Body Diyot

IRF520 yapısı içerisinde Drain ve Source arasında dahili body diyot bulunur. Bu diyot MOSFET'in doğal yapısının bir parçasıdır ve bazı anahtarlama devrelerinde ters yöndeki akımlar için iletim yolu sağlar.

Motor, röle, solenoid ve bobin gibi endüktif yüklerde ise uygulamanın gereksinimine göre harici flyback diyotu, TVS diyot veya snubber devresi kullanılması gerekebilir.

PWM ile Güç Kontrolü

IRF520 uygun Gate sürme devresiyle PWM sinyalleri kullanılarak anahtarlanabilir. Bu yöntem DC motor hız kontrolü, LED parlaklık kontrolü ve farklı DC güç kontrol uygulamalarında kullanılabilir.

Anahtarlama frekansı arttıkça Gate kapasitesinin hızlı şarj ve deşarj edilmesi önem kazanır. Bu nedenle yüksek frekanslarda doğrudan mikrodenetleyici çıkışı yerine uygun bir MOSFET gate sürücü kullanılması tercih edilebilir.

100V Drain-Source Gerilim Dayanımı

IRF520'nin maksimum Drain-Source gerilim dayanımı 100V'tur. Bu değer mutlak maksimum sınırdır ve normal çalışma geriliminin sürekli olarak 100V seviyesinde tutulması önerilmez.

Özellikle endüktif yüklerin anahtarlanması sırasında Drain üzerinde kısa süreli yüksek gerilim darbeleri oluşabilir. Bu nedenle MOSFET'in gerilim sınırının aşılmasını önlemek için uygun koruma elemanları kullanılmalıdır.

Mikrodenetleyici ile Kullanım

Arduino, ESP32, STM32 ve benzeri mikrodenetleyici platformları IRF520'nin Gate girişini kontrol etmek için kullanılabilir. Ancak IRF520 logic-level bir MOSFET olmadığı için özellikle 3.3V ve 5V lojik seviyelerinde yüksek akımda tam iletim garanti edilmez.

Düşük akımlı uygulamalarda doğrudan sürme yeterli olabilirken yüksek akım gereken projelerde uygun Gate sürücü kullanılması veya düşük Gate geriliminde tam açılabilen logic-level MOSFET tercih edilmesi daha uygun olabilir.

IRF520 ve IRF510 Arasındaki Temel Fark

IRF510 ve IRF520 aynı 100V N-kanal MOSFET ailesinde yer alan benzer güç elemanlarıdır. IRF520 daha yüksek Drain akımı ve daha düşük RDS(on) değeri sayesinde daha yüksek akımlı güç anahtarlama uygulamalarına daha uygundur.

IRF510 yaklaşık 5.6A sürekli Drain akımı ve 0.54Ω maksimum RDS(on) değerine sahipken IRF520 yaklaşık 9.2A Drain akımı ve 0.27Ω maksimum RDS(on) değerine sahiptir.

PCB ve Devre Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler

• Gate, Drain ve Source pin dizilimi devre bağlantısından önce kontrol edilmelidir
• Metal tabın Drain pinine elektriksel olarak bağlı olduğu unutulmamalıdır
• Yüksek akımlı Drain ve Source yolları yeterli genişlikte tasarlanmalıdır
• Gate hattı mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır
• Gate'in boşta kalmaması için uygun pull-down direnci kullanılabilir
• Yüksek frekanslı uygulamalarda uygun Gate sürücü tercih edilmelidir
• Yüksek akımlarda güç kaybı hesaplanmalı ve gerekirse soğutucu kullanılmalıdır
• Endüktif yüklerde uygun flyback veya gerilim sınırlama elemanı kullanılmalıdır
• Gate-Source gerilimi ±20V sınırını aşmamalıdır
• Drain-Source gerilimi 100V mutlak maksimum sınırını aşmamalıdır

Kullanım Alanları

• DC yük anahtarlama devreleri
• DC motor sürücü uygulamaları
• LED ve lamba kontrolü
• PWM güç kontrolü
• Röle ve solenoid sürme devreleri
• Anahtarlamalı güç kaynakları
• DC-DC dönüştürücüler
• İnverter devreleri
• Elektronik anahtar uygulamaları
• Ses güç devreleri
• Robotik uygulamalar
• Mikrodenetleyici kontrollü yük sürme
• Endüstriyel elektronik uygulamaları
• Elektronik eğitim ve deney devreleri
• Prototip ve hobi elektroniği projeleri

Paket İçeriği

• 1 Adet IRF520 N Kanal MOSFET 100V 9.2A TO-220