Was ist ein 10N60 Leistungs-MOSFET?
Der 10N60 ist ein Hochspannungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), der für Leistungsanwendungen konzipiert wurde. Er kann Leistungen bis zu einem bestimmten Niveau steuern und eignet sich für Anwendungen mit hohen Strömen und Spannungen.
Einführung in den 10N60
Der 10N60 ist ein N-Kanal-MOSFET, der speziell für Hochleistungsanwendungen entwickelt wurde. Er besteht aus Silizium und zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Ströme von bis zu 10 Ampere zu leiten. Die Bezeichnung „10-N-60“ gibt dabei wichtige technische Eigenschaften an: „10“ steht für die maximale Stromkapazität von 10 Ampere, „N“ bezeichnet den N-Kanal-Typ und „60“ weist auf die maximale Durchbruchspannung von 600 Volt hin.
Diese Leistungs-MOSFETs wurden entwickelt, um die Anforderungen moderner Schaltnetzteile und Motorsteuerungen zu erfüllen. Durch die fortschrittliche Halbleitertechnologie bietet der 10 N 60 eine hervorragende Balance zwischen Schaltgeschwindigkeit und Verlustleistung, was ihn für eine Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen prädestiniert.
Im Vergleich zu herkömmlichen Bipolartransistoren bietet der 10-N-60 deutliche Vorteile bei Hochfrequenzanwendungen. Seine niedrige Gate-Ladung und der geringe Einschaltwiderstand ermöglichen eine effiziente Leistungsumwandlung mit minimalen thermischen Verlusten. Der Betriebstemperaturbereich von bis zu 150 Grad Celsius macht ihn zudem für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen geeignet.
10N60 Pins & Pin-Funktionen
Der 10N60 MOSFET verfügt über drei wesentliche Anschlüsse, die jeweils unterschiedliche Funktionen erfüllen. Das Verständnis dieser Pins ist grundlegend für die korrekte Implementierung des Bauteils in elektronischen Schaltungen.
| Pin-Nummer | Pin-Name | Funktion |
|---|---|---|
| 1 | Gate (G) | Steuert den Strom zwischen Drain und Source durch Anlegen einer Spannung |
| 2 | Drain (D) | Hauptstromanschluss, verbunden mit der zu schaltenden Last |
| 3 | Source (S) | Referenzpunkt für die Gate-Spannung und Rückführung des Stroms |
Das Gate fungiert als Steuerelektrode, die den Stromfluss zwischen Drain und Source reguliert. Bei Überschreiten der Schwellenspannung von etwa 4 Volt bildet sich ein leitender Kanal, der den Stromfluss ermöglicht. Der Drain-Anschluss ist typischerweise mit der zu schaltenden Last verbunden, während der Source-Anschluss als Bezugspunkt für die Gate-Spannung dient.
10N60 Pinbelegung
Die korrekte Pinbelegung ist entscheidend für die Funktionsfähigkeit des 10N60 in elektronischen Schaltungen. Der 10-N-60 wird üblicherweise im TO-220-Gehäuse angeboten, wobei der mittlere Anschluss mit dem Drain verbunden ist. Der linke Anschluss (von vorne betrachtet) entspricht dem Gate, während der rechte Anschluss dem Source zugeordnet ist. Bei der Integration in Schaltungen ist besonders auf die korrekte Polarität und Beschaltung zu achten, da eine falsche Verbindung zur Beschädigung des Bauteils führen kann.
Zusätzlich verfügt das TO-220-Gehäuse über eine Metalllasche, die mit dem Drain-Anschluss verbunden ist und zur Wärmeableitung dient. Bei Hochstromanwendungen ist die Verwendung eines geeigneten Kühlkörpers unerlässlich, um eine Überhitzung des Bauteils zu vermeiden. Die Montagebohrung in der Metalllasche erleichtert die Befestigung eines Kühlkörpers mittels Schraube und Isolierscheibe.
10N60 Gehäuseformen
Der 10N60 ist in verschiedenen Gehäuseformen erhältlich, wobei das TO-220-Gehäuse am häufigsten anzutreffen ist. Die Wahl des geeigneten Gehäuses hängt von der spezifischen Anwendung und den Platzanforderungen ab.
| Gehäuseform | Abmessungen (mm) | Thermischer Widerstand (°C/W) | Besonderheiten |
|---|---|---|---|
| TO-220 | 10,0 × 15,0 × 4,5 | 62,5 | Standard-Gehäuse mit Kühlfahne |
| TO-220F | 10,0 × 15,0 × 4,5 | 62,5 | Isolierte Variante |
| TO-247 | 15,8 × 20,8 × 5,0 | 40,0 | Verbesserte Wärmeableitung |
| TO-262 | 10,9 × 14,0 × 4,3 | 65,0 | Platzsparende Variante |
| SMD (D2PAK) | 10,0 × 15,0 × 4,5 | 70,0 | Oberflächenmontage |
Das TO-220-Gehäuse bietet eine gute Balance zwischen thermischer Leistung und Baugrößenanforderungen, was es für die meisten Standardanwendungen geeignet macht. Bei höheren Leistungsanforderungen empfiehlt sich das TO-247-Gehäuse aufgrund seiner verbesserten Wärmeableitung. Für platzkritische Anwendungen stehen kompaktere Varianten wie das TO-262 oder SMD-Gehäuse zur Verfügung.
10N60 Schaltplan
Der folgende Schaltplan zeigt eine typische Anwendung des 10N60 als Schalter für eine induktive Last, wie beispielsweise einen Gleichstrommotor. Diese grundlegende Schaltung demonstriert die wesentlichen Funktionen des MOSFETs in einer praktischen Anwendung.
Für die oben gezeigte Schaltung werden folgende Komponenten benötigt:
- 10N60 MOSFET: Fungiert als elektronischer Schalter zur Steuerung der Last
- Gleichstrommotor: Stellt die induktive Last dar
- Freilaufdiode: Schützt den MOSFET vor Spannungsspitzen beim Abschalten der induktiven Last
- 100Ω Widerstand: Begrenzt den Strom zum Gate und dämpft Schwingungen
- 10kΩ Pull-Down-Widerstand: Stellt sicher, dass der MOSFET ausgeschaltet bleibt, wenn kein Steuersignal anliegt
- Mikrocontroller: Liefert das Steuersignal für den MOSFET
- 12V Stromversorgung: Versorgt den Motor mit der nötigen Betriebsspannung
In dieser Schaltung wird der 10N60 als Schalter verwendet, um den Stromfluss durch den Motor zu steuern. Wenn der Mikrocontroller eine Spannung über dem Schwellenwert (typischerweise 4V) an das Gate anlegt, schaltet der MOSFET ein und ermöglicht den Stromfluss durch den Motor. Die Freilaufdiode schützt den MOSFET vor induktiven Spannungsspitzen, die entstehen, wenn der Motor abgeschaltet wird.
10N60 Leistung – Strom & Spannung
Der 10N60 MOSFET zeichnet sich durch seine hohe Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit aus, was ihn für anspruchsvolle Leistungsanwendungen prädestiniert. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten elektrischen Kennwerte:
| Parameter | Wert | Einheit | Bedingungen |
|---|---|---|---|
| Drain-Source-Spannung (VDS) | 600 | V | Maximum |
| Gate-Source-Spannung (VGS) | ±30 | V | Maximum |
| Dauerdrainstrom (ID) | 10 | A | TC = 25°C |
| Pulsdrainstrom (IDM) | 30 | A | Pulsdauer ≤ 10 μs |
| Drain-Source-Widerstand (RDS(on)) | 0,65 | Ω | VGS = 10V ID = 5A |
| Eingangskapazität (Ciss) | 1800 | pF | VDS = 25V VGS = 0V f = 1 MHz |
| Ausgangskapazität (Coss) | 220 | pF | VDS = 25V VGS = 0V f = 1 MHz |
| Rückwirkungskapazität (Crss) | 25 | pF | VDS = 25V VGS = 0V f = 1 MHz |
| Verlustleistung (PD) | 125 | W | TC = 25°C |
Der 10-N-60 kann kontinuierlich Ströme von bis zu 10 Ampere führen, wobei bei ausreichender Kühlung und kurzzeitigen Pulsen sogar höhere Ströme möglich sind. Die maximale Drain-Source-Spannung von 600 Volt macht ihn besonders geeignet für Hochspannungsanwendungen wie Schaltnetzteile und Motorsteuerungen.
10N60 Eigenschaften
Der 10-N-60 MOSFET bietet zahlreiche Eigenschaften, die ihn für den Einsatz in modernen Leistungselektronikschaltungen qualifizieren. Seine technischen Merkmale und Leistungsparameter sind entscheidend für die Auswahl des richtigen Bauteils für spezifische Anwendungen.
| Eigenschaft | Beschreibung | Vorteil |
|---|---|---|
| Niedriger RDS(on) | Geringer Einschaltwiderstand von 0,65Ω | Minimale Verlustleistung, geringe Erwärmung |
| Hohe Durchbruchspannung | Bis zu 600V Drain-Source-Spannung | Geeignet für Hochspannungsanwendungen |
| Schnelle Schaltgeschwindigkeit | Kurze Anstiegs- und Abfallzeiten | Effizient bei hohen Schaltfrequenzen |
| Definierte Avalanche-Energie | Vollständig spezifizierte Avalanche-Energie | Verbesserte Robustheit gegen Spannungsspitzen |
| Verbessertes dv/dt-Verhalten | Gute Immunität gegen kapazitive Überkopplungen | Höhere Zuverlässigkeit in Brückenschaltungen |
| Hohe Schwellenspannung | Typisch 4V | Bessere Störfestigkeit gegen unbeabsichtigtes Einschalten |
| Weiter Temperaturbereich | Betriebstemperatur bis 150°C | Geeignet für anspruchsvolle Umgebungen |
| Niedrige Gate-Ladung | Geringe Gate-Kapazität | Reduzierter Ansteuerungsaufwand, schnelleres Schalten |
Diese Eigenschaften machen den 10N60 zu einer idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Effizienz, Zuverlässigkeit und Leistungsdichte von entscheidender Bedeutung sind. Der geringe Einschaltwiderstand minimiert die Verlustleistung, während die hohe Spannungsfestigkeit und das gute Schaltverhalten den Einsatz in verschiedensten Leistungsanwendungen ermöglichen.
10N60 Anwendungen
Der 10N60 MOSFET findet aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften Anwendung in zahlreichen Bereichen der Leistungselektronik. Seine Kombination aus hoher Stromtragfähigkeit, niedriger Verlustleistung und schnellem Schaltverhalten macht ihn zu einer idealen Wahl für folgende Anwendungen:
- DC-DC-Wandler für die Spannungsumsetzung in Computern, Servern und Telekommunikationsgeräten
- Schaltnetzteile (SMPS) für industrielle und kommerzielle Stromversorgungen
- Motorsteuerungen mit Pulsweitenmodulation (PWM) für Industrieanlagen und Haushaltsgeräte
- Brückenschaltungen in Wechselrichtern und Frequenzumrichtern
- Lastschalter in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV)
- Leistungsschalter in Batterieladegeräten und Solarwechselrichtern
- LED-Treiberschaltungen für Hochleistungs-Beleuchtungssysteme
- Hochfrequenz-Resonanzkonverter in induktiven Heizsystemen
- Aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) in elektronischen Vorschaltgeräten
- Allgemeine Schalttransistoren in elektronischen Geräten mit hoher Leistungsanforderung
Die Vielseitigkeit des 10-N-60 macht ihn zu einer bevorzugten Wahl für Ingenieure, die effiziente und zuverlässige Leistungsschaltungen entwickeln. Besonders in Anwendungen, die eine hohe Spannungsfestigkeit bei gleichzeitig niedrigem Durchlasswiderstand erfordern, kann der 10N60 seine Stärken ausspielen.
10N60 Äquivalent & Alternativen
Für den 10N60 MOSFET existieren verschiedene Äquivalente und Alternativen, die ähnliche Spezifikationen bieten oder für spezifische Anwendungsanforderungen optimiert sind.
Die Wahl des passenden Bauteils hängt von den konkreten Anforderungen der Schaltung ab:
- STP10N60: Hohe Effizienz-Variante von ST Microelectronics mit ähnlicher Leistungscharakteristik und verbessertem thermischen Verhalten.
- IRFP460: Alternative von International Rectifier mit 20A Dauerstrom und 500V Spannungsfestigkeit, geeignet für höhere Strombelastungen.
- FQPF10N60C: Fairchild-Variante mit besonders niedrigem RDS(on) von 0,53Ω und verbesserten Schalteigenschaften.
- TK10N60W: Toshiba-Alternative mit optimiertem Avalanche-Verhalten und erhöhter Robustheit gegen Überspannungen.
- SPP10N60C3: Infineon CoolMOS-Variante mit verbesserter Effizienz durch superjunction-Technologie.
- HY10N60: Kostengünstige Alternative von Haoye Semiconductor mit leicht reduzierten Leistungsparametern.
- FCP10N60: Variante von Fairchild mit reduzierter Gate-Ladung für Hochfrequenzanwendungen.
- STW11N60: Hochleistungsvariante mit 11A Dauerstrom und verbesserter Wärmeableitung.
- FQA10N60: TO-3P-Gehäuseversion mit optimiertem thermischen Verhalten für hochbelastete Anwendungen.
- APT10N60BC: Advanced Power Technology Variante mit schnellerer Erholungszeit der Bodydiode für Brückenschaltungen.
Diese Alternativen ermöglichen Entwicklern, den am besten geeigneten MOSFET für ihre spezifische Anwendung auszuwählen, basierend auf Parametern wie Strombelastbarkeit, Spannungsfestigkeit, Schaltverhalten und thermischem Management.
Zusammenfassung
Der 10N60 ist ein leistungsstarker N-Kanal-MOSFET, der sich durch seine Fähigkeit auszeichnet, Ströme von bis zu 10 Ampere bei einer maximalen Spannung von 600 Volt zu handhaben. Mit seinem niedrigen Einschaltwiderstand von nur 0,65 Ohm, seiner hohen Schaltgeschwindigkeit und dem verbesserten dv/dt-Verhalten eignet er sich hervorragend für zahlreiche Anwendungen in der modernen Leistungselektronik. Die spezifizierte Avalanche-Energie und die Schwellenspannung von bis zu 4 Volt tragen zur Robustheit und Zuverlässigkeit dieses Bauteils bei.
In der Praxis findet der 10-N-60 MOSFET Einsatz in diversen Anwendungsbereichen wie DC-DC-Wandlern, Schaltnetzteilen, PWM-Motorsteuerungen und Brückenschaltungen. Seine technischen Eigenschaften machen ihn zu einer idealen Wahl für Entwickler, die einen zuverlässigen und effizienten Leistungsschalter benötigen. Mit verschiedenen verfügbaren Gehäuseformen und zahlreichen Alternativen auf dem Markt bietet der 10N60 Flexibilität für unterschiedliche Designanforderungen. Für anspruchsvolle Projekte in der Stromversorgungstechnik und Motorsteuerung bleibt der 10N60 eine bewährte und kosteneffektive Lösung.
10N60 Datenblatt
Weitere Informationen gibt es in dem 10N60 Datenblatt zum Download.