MOSFET: SOA (Safe Operating Area)

Belajar dari kegagalan saat eksperimen karena mengabaikan SOA ini. Memilih Mosfet dengan daya besar belum tentu jaminan. Mosfet populer juga. Mosfet yang ada kebanyakan dioptimalkan untuk fungsi switching, bukan untuk keperluan RF. Tulisan ini membahas SOA Power Mosfet untuk keperluan amplifier HF.

Selain nilai kapasitansi, ID, dan daya, jangan lupa liat SOA. Grafik SOA ini perlu dicoret-coret sedikit. Cukup dengan garisan dan pensil. Ada secangkir kopi lebih baik lagi 🙂

Saya mengambil contoh Mosfet FQA11N90C dan IRFP4227. Mosfet pertama punya grafik SOA lengkap. Mosfet kedua tidak lengkap dan mesti menambah garis sendiri. Saat ini sedang eksperimen dengan kedua Mosfet ini, jadi pas untuk ditampilkan. Untuk membaca grafik logaritmik, modal awal: jangan terintimidasi. Anggap saja mudah dan memang mudah 🙂

Oh ya, masih ingat khan, 10^(-1)=0,1, 10^0=1, 10^1=10, 10^2=100 🙂

fqa11n90c

Grafik SOA di atas pada kondisi Tc= 25ºC. Perhatikan garis DC, karena signal pada zona linear berupa DC bukan pulse. Sebelah kiri menunjukkan besaran arus, dan bagian bawah tegangan Drain. Tinggal garis saja vertikal dan horisontal.

fqa11n90c-1

Pada gambar di atas, jika saya menggunakan tegangan VDD = 100V pada Mosfet (tinggal tarik garis ke atas) , maka arus Drain Mosfet maksimal 3A. Ini menurut SOA ya. Agar aman.

Sekarang tambahan garis DC yang lebih realistis. Coret saja pakai garisan dan pensil. Garis DC tambahan ini pada saat Tc=100ºC. (Amplifier HF dipakai masakan dingin terus?) Maksimal arus pada Drain Mosfet sebesar 6,9A (lihat datasheet). Dan saat menggunakan VDD=100V pada Mosfet, maka arus maksimal turun jadi 2A.

fqa11n90c-3

Sekarang, eksperimen sesungguhnya yang pakai 48V (anggap saja 50V untuk mudahnya). Tetap berpatokan pada garis DC 6,9A .

fqa11n90c-4

Pada grafik SOA di atas, maksimal arus yang boleh ditarik =4A. Berarti daya yang boleh dikeluarkan tiap Mosfet 4x50V = 200W. Angka ini adalah daya DC bukan RF! Berapa daya RF? Jika efisiensi kelas AB = 50%, maka daya RF yang dihasilkan 50%x200W = 100W.

Jadi power supply keluar daya 200W, karena Mosfet butuh 200W DC untuk keluarkan 100W RF. Efisiensi tergantung dari rangkaian dan Mosfet. Tapi angka 50% bisa dijadikan patokan jika menggunakan amplifier kelas AB.

Jika digunakan 4xMosfet FQA11N90C, maka daya aman menurut SOA yang boleh digenjot = 4x100W = 400W RF (angka yang terbaca di SWR meter). Apakah boleh lebih? Boleh saja, tapi mbah Soa tidak menanggung kalau Mosfet jebol pas terselip 🙂

Jadi grafik SOA berbicara soal arus DC maksimal yang boleh ditarik oleh Drain Mosfet.


Paijo ingin buat 1 KW amplifier HF SSB dengan 8x Mosfet “IREX” dengan SMPS tegangan 25V.

Maka tiap Mosfet punya tanggungan 1000W/8=125W RF. Karena pakai desain kelas AB, maka daya DC yang diperlukan 2x daya RF. Tiap Mosfet butuh 125Wx2 =250W DC.

Maka arus Drain tiap Mosfet =250W/25V=10A. Liat grafik SOA dan tarik garis vertikal (VDD) dan horisontal (ID). Apakah arus (10A) yang tercantum masuk area SOA DC? Pakai patokan garis DC dengan Tc=100 derajat untuk amannya.

Jika tidak, turunkan target daya atau tambah jumlah Mosfet. Atau.. Langgar saja SOA ini Hehhehe


OK

Sekarang contoh Mosfet yang gagal untuk amplifier HF (dalam kasus saya ) : IRFP4227. Grafik SOA IRFP4227 tidak lengkap sampai DC, jadi tugas pertama tambah saja untuk 1ms, 10ms , dan DC.

IRFP4227

Oke, menambahkan garis tambahan pulse dan DC hanya pabrik saja yang tahu tepatnya. Jika ingin mengukur, butuh Mosfet banyak untuk mengetahui batasan garis ini. Lebih baik, traktir kopi saja kalau ketemu 🙂 . Gunakan pendekatan.

IRFP4227-b

Pada grafik SOA yang sudah ditambah garis, maka terlihat Mosfet IRFP4227 punya area SOA yang sempit.

Sebagai contoh, untuk tegangan VDD= 20V, pada DC1 dengan Tc=25ºC , hanya 1A lebih. Pada DC2 (dengan Tc=100ºC) hanya 0,15A.

Jika digunakan tegangan VDD=48V, amblas sudah Mosfet ini, meski Mosfet ini punya VDS =200V. Ini alasan kegagalan eksperimen saya kapan lalu. Lihat eksperimen IRFP4227

Bagaimana dengan tegangan 12V? Mosfet ini masih punya harapan! Tapi bandingkan dengan SOA FQA11N90C, maka IRFP4227 bukan Mosfet ideal untuk Amplifier HF. Karena saya belum praktek untuk tegangan 12V, bisa jadi hasil berbeda. Jadi ini hanya wacana saja.

Dari grafik SOA, Mosfet ini bagus untuk signal pulse cepat, untuk zona linear dengan VDD=48V, angkat tangan!

IRFP4227-c

Anda dapat menggunakan grafik SOA untuk Mosfet apapun yang diinginkan. Tidak semua pabrik menampilkan data SOA lengkap. Buat garis DC pendekatan untuk memprediksi daerah operasi yang aman.

Hal mengejutkan kalau melihat Mosfet dengan ID besar sampai puluhan Amper, ternyata hanya punya area SOA sempit. Jadi hati-hati dalam melihat data ini. Sebagai contoh FQA24N50 punya data ID 2x dari FQA11N90C. Tapi saat menarik garis SOA, didapat data Arus maksimal lebih besar (sedikit) FQA11N90C.

Semoga berguna!

Peace!

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s