IRFZ24 N Kanal MOSFET 60V 17A TO-220

IRFZ24, güç anahtarlama ve DC yük kontrol uygulamalarında kullanılabilen N kanal güç MOSFET'idir. 60V Drain-Source gerilim dayanımı, 17A sürekli Drain akımı kapasitesi ve hızlı anahtarlama yapısı sayesinde motor sürücüleri, PWM kontrol devreleri, DC-DC dönüştürücüler, anahtarlamalı güç kaynakları ve çeşitli elektronik güç uygulamalarında kullanılabilir.

TO-220AB güç kılıfına sahip olan IRFZ24, uygun bir soğutucuya kolayca monte edilebilir. N kanal yapısı özellikle yükün negatif hattından kontrol edildiği low-side anahtarlama devrelerinde pratik kullanım sağlar.

Teknik Özellikler

• Model: IRFZ24
• Transistör Tipi: N Kanal Güç MOSFET
• Çalışma Yapısı: Enhancement Mode
• Maksimum Drain-Source Gerilimi (VDS): 60V
• Sürekli Drain Akımı (ID): 17A @ TC=25°C, VGS=10V
• Sürekli Drain Akımı: 12A @ TC=100°C
• Darbeli Drain Akımı (IDM): 68A
• Drain-Source Açık Durum Direnci (RDS(on)): Maksimum 0.10Ω @ VGS=10V, ID=10A
• Gate Threshold Gerilimi (VGS(th)): 2V – 4V
• Maksimum Gate-Source Gerilimi (VGS): ±20V
• Maksimum Güç Dağılımı (PD): 60W @ TC=25°C
• Toplam Gate Charge (Qg): Maksimum 25nC
• Gate-Source Charge (Qgs): Maksimum 5.8nC
• Gate-Drain Charge (Qgd): Maksimum 11nC
• Tipik Giriş Kapasitesi (Ciss): 640pF
• Tek Darbe Avalanche Enerjisi (EAS): 100mJ
• Çalışma Junction Sıcaklığı: -55°C – +175°C
• Dahili Body Diyot Bulunur
• Hızlı Anahtarlama Özelliği
• Kılıf Tipi: TO-220AB
• Pin Sayısı: 3

IRFZ24 Pin Dizilimi ve Örnek Anahtarlama Devresi

Yukarıdaki görsel IRFZ24'ün pin dizilimini ve temel low-side anahtarlama bağlantısını göstermektedir. Komponent üzerindeki yazılar kullanıcıya bakacak şekilde önden tutulduğunda pinler soldan sağa Gate, Drain ve Source şeklindedir.

• Pin 1 – Gate (G): MOSFET'in açılıp kapanmasını kontrol eden giriş terminalidir
• Pin 2 – Drain (D): Yük akımının geçtiği güç terminalidir
• Pin 3 – Source (S): Low-side uygulamalarda genellikle GND hattına bağlanır
• Metal Tab: Elektriksel olarak Drain terminaline bağlıdır

Bağlantı ve Çalışma Prensibi

IRFZ24'ün Gate ve Source terminalleri arasına yeterli pozitif gerilim uygulandığında Drain ile Source arasında iletim kanalı oluşur. Böylece Gate terminalinden sürekli yüksek akım çekilmeden daha yüksek akımlı yüklerin elektronik olarak kontrol edilmesi sağlanır.

Low-side bağlantıda Source terminali GND hattına, Drain terminali yükün negatif tarafına bağlanır. Yükün diğer tarafı pozitif besleme hattına bağlanır. Gate'e uygun pozitif kontrol gerilimi uygulandığında MOSFET açılır ve yük üzerinden akım geçer.

Gate Gerilimi ve Tam İletim

IRFZ24 için Gate Threshold gerilimi 2V ile 4V arasındadır. Ancak bu değer MOSFET'in tam olarak açıldığı Gate gerilimi değildir; yalnızca düşük seviyede Drain akımının akmaya başladığı eşik noktasını ifade eder.

IRFZ24 logic-level MOSFET değildir. Datasheet'te belirtilen maksimum 0.10Ω RDS(on) değeri VGS=10V koşulunda garanti edilmektedir. Bu nedenle yüksek akımlı uygulamalarda Gate'in yaklaşık 10V seviyesinde uygun bir MOSFET Gate sürücüsü ile sürülmesi daha uygundur.

5V Gate sinyali MOSFET'i iletime geçirebilir ancak datasheet'te belirtilen minimum iletim kaybı 5V sürüşte garanti edilmez. Özellikle yüksek yük akımlarında yetersiz Gate gerilimi MOSFET'in daha fazla ısınmasına neden olabilir.

220Ω Gate Direncinin Görevi

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

Seri Gate direnci bu ani akımları sınırlandırmaya, yüksek frekanslı salınımları azaltmaya ve kontrol devresini korumaya yardımcı olur. 220Ω değeri örnek bir değerdir ve uygulamanın anahtarlama frekansına ve sürücü özelliklerine göre değiştirilebilir.

10kΩ Gate Pull-Down Direnci

Gate ile Source arasındaki 10kΩ pull-down direnç, kontrol sinyali bulunmadığında Gate terminalinin boşta kalmasını önler. Böylece MOSFET'in kontrolsüz şekilde iletime geçme ihtimali azaltılır.

Özellikle mikrodenetleyicinin açılış sırasında yüksek empedans durumunda olduğu devrelerde pull-down direnci MOSFET'in varsayılan olarak kapalı kalmasına yardımcı olur.

RDS(on) ve Güç Kaybı

IRFZ24 için maksimum Drain-Source açık durum direnci VGS=10V koşulunda 0.10Ω'dur. MOSFET üzerinden yük akımı geçtiğinde bu direnç nedeniyle belirli miktarda güç ısıya dönüşür.

Yaklaşık iletim kaybı aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

P ≈ I² × RDS(on)

Örneğin MOSFET üzerinden 5A akım geçerken RDS(on) değeri 0.10Ω kabul edilirse:

P ≈ 5² × 0.10 = 2.5W

yaklaşık iletim kaybı meydana gelir. Akım arttıkça güç kaybı hızlı şekilde yükseldiğinden yüksek akımlı uygulamalarda soğutma ve termal tasarım önemlidir.

17A Drain Akımı ve Termal Koşullar

IRFZ24 için belirtilen 17A sürekli Drain akımı değeri TC=25°C kasa sıcaklığı ve uygun Gate sürüş koşullarına aittir. TC=100°C seviyesinde sürekli Drain akımı 12A değerine düşer.

Bu nedenle 17A değeri MOSFET'in her ortam koşulunda ve soğutucusuz şekilde sürekli 17A taşıyabileceği anlamına gelmez. Gerçek kullanılabilir akım; soğutucu, ortam sıcaklığı, PCB bakır yolları, kablo ve konnektör kapasitesi ile toplam güç kaybına göre belirlenmelidir.

60V Drain-Source Gerilim Dayanımı

IRFZ24 maksimum 60V Drain-Source gerilim dayanımına sahiptir. Bu özellik 5V, 12V ve 24V sınıfındaki birçok DC güç ve kontrol uygulamasında kullanılmasına imkan verir.

60V değeri mutlak maksimum sınırdır. Özellikle motor, röle, solenoid ve diğer endüktif yüklerin anahtarlanması sırasında kısa süreli gerilim darbeleri oluşabileceğinden güvenli tasarım payı bırakılmalıdır.

Flyback Diyot Kullanımı

Görselde motor gibi endüktif yükler için flyback diyotu gösterilmektedir. MOSFET kapandığında endüktif yük üzerinde oluşan gerilim darbesi MOSFET'in Drain-Source gerilimini yükseltebilir.

Flyback diyotu, endüktif yükte depolanan enerjinin güvenli şekilde dolaşmasına yardımcı olarak MOSFET üzerindeki gerilim darbesini sınırlar. Kullanılacak diyotun akım ve ters gerilim kapasitesi yüke uygun seçilmelidir.

PWM ile Kontrol

IRFZ24 hızlı anahtarlama özelliği sayesinde PWM kontrollü uygulamalarda kullanılabilir. DC motor hız kontrolü, LED parlaklık kontrolü ve çeşitli güç ayarlama uygulamalarında PWM sinyali ile MOSFET hızlı şekilde açılıp kapatılabilir.

Toplam Gate yükünün maksimum 25nC olması nedeniyle anahtarlama frekansı yükseldikçe Gate'in hızlı şekilde şarj ve deşarj edilmesi önem kazanır. Yüksek frekanslı veya yüksek akımlı uygulamalarda uygun bir MOSFET Gate sürücüsü kullanılması tercih edilebilir.

Mikrodenetleyici ile Kullanım

IRFZ24; Arduino, STM32, ESP32 ve benzeri mikrodenetleyici tabanlı sistemlerde elektronik anahtar olarak kullanılabilir. Ancak IRFZ24 logic-level bir MOSFET olmadığı için özellikle 3.3V Gate sürüşü yüksek akımlı uygulamalarda yeterli olmayabilir.

5V mikrodenetleyici çıkışında da MOSFET iletime geçebilir ancak 0.10Ω maksimum RDS(on) değeri garanti edilmez. Yüksek akımlı veya yüksek verim gerektiren devrelerde uygun Gate sürücüsü ile yaklaşık 10V Gate sürüşü tercih edilmelidir.

Dahili Body Diyot

IRFZ24 içerisinde MOSFET yapısının doğal bir parçası olan dahili body diyot bulunur. Bu diyot belirli ters akım koşullarında Source-Drain yönünde bir akım yolu oluşturur.

Motor veya solenoid gibi endüktif yüklerin kontrolünde ise yalnızca dahili body diyoda güvenilmemeli, uygulamanın ihtiyaçlarına uygun harici koruma elemanları kullanılmalıdır.

TO-220 Kılıf ve Soğutucu Kullanımı

IRFZ24 TO-220AB güç kılıfına sahiptir. Metal tab yapısı sayesinde MOSFET üzerinde oluşan ısı uygun bir harici soğutucuya aktarılabilir.

Metal tab elektriksel olarak Drain terminaline bağlıdır. Aynı soğutucu üzerinde birden fazla güç elemanı kullanılacaksa elektriksel izolasyon gerekip gerekmediği kontrol edilmelidir.

Devre Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler

• Pin 1 Gate, Pin 2 Drain ve Pin 3 Source bağlantısı doğru yapılmalıdır
• Metal tabın elektriksel olarak Drain terminaline bağlı olduğu dikkate alınmalıdır
• Gate-Source gerilimi ±20V maksimum sınırını aşmamalıdır
• Drain-Source gerilimi 60V maksimum sınırını aşmamalıdır
• Yüksek akımlı Drain ve Source yolları yeterli genişlikte tasarlanmalıdır
• Gate terminalinin boşta kalmasını önlemek için pull-down direnci kullanılabilir
• Yüksek akımda uygun Gate sürme gerilimi kullanılmalıdır
• Güç kaybı hesaplanmalı ve gerekirse TO-220 soğutucu kullanılmalıdır
• Endüktif yüklerde uygun flyback diyotu, TVS veya snubber koruması uygulanmalıdır
• Yüksek frekanslı PWM uygulamalarında uygun Gate sürücüsü tercih edilmelidir

Kullanım Alanları

• DC yük anahtarlama devreleri
• DC motor sürücüleri
• PWM motor hız kontrolü
• LED ve aydınlatma güç kontrolü
• Röle ve solenoid sürücüleri
• 12V ve 24V güç sistemleri
• DC-DC dönüştürücüler
• Anahtarlamalı güç kaynakları
• İnverter güç katları
• Robotik güç uygulamaları
• Endüstriyel DC güç kontrol sistemleri
• Mikrodenetleyici kontrollü yük sürme devreleri
• Elektronik anahtar uygulamaları
• Elektronik eğitim ve deney projeleri

Paket İçeriği

• 1 Adet IRFZ24 N Kanal MOSFET 60V 17A TO-220