Power disipasi mosfet Pd

Power disipasi mosfet adalah daya yang mampu dilewati oleh sebuah mosfet. Arus besar selalu di tampilkan di datasheet. Akan tetapi biasanya untuk tegangan rendah (0-10volt). Sedangkan sifat resistansi atau resistor mosfet (Rds-on) selalu melekat seperti resistor. Mosfet akan membuang energi yang terdisipasi menjadi panas.

Untuk memilih mosfet yang tepat, itu pekerjaan yang tidak mudah untuk designer elektronik pemula. Misalnya untuk switching mppt/SMPS dengan tegangan kerja 55volt atau 500volt atau 100volt. Yang paling diperhatikan untuk memilih mosfet yang tepat adalah pertama rating tegangan harus minimal sama dengan saat kondisi open circuit. atau kalau mau dibawah open circuit bisa diproteksi dengan voltage suppresor. Supaya bisa memilih mosfet dengan Rds on yang lebih rendah. Perancang mosfet membuat rating tegangan selalu diikuti resistansi yang ideal. Misalnya untuk mosfet dibawah 50volt biasanya memiliki resistansi yang rendah (dibawah 25 mili ohm). Sedangkan mosfet 150 volt memiliki resistansi sekitar 10-50 miliohm. untuk mosfet tegangan tinggi, 500-800 volt pasti memiliki resistansi yang lebih tinggi. Nilai dari Rds on akan naik mengikuti temperatur kerja. Faktor design, topology, lay-out dan terakir pembuangan panas sangat mempengaruhi effisiensi performa harware. Semakin tinggi duty cycle, maka panas yang terdisipasi makin besar. Grafik bisa dilihat di datasheet. Untuk input capacitance Ciss, sangat menentukan berapa lama device on.

Device inovasi terbaru yaitu Gan FET, Galium memiliki karakter Ciss yang rendah. sekitar 350pf. Untuk mengidupkan total hanya diperlukan energy yang kecil. delay antara 1-10 us. Sayangnya belum begitu banyak beredar versi yang DIY.

Contoh mosfet yang saya pakai IXIS 100N50. Typikal 100A, max 500volt. Pd 1500watt. Rds on 49miliOhm. Ciss +/-14000pf. Untuk mengidupkan total mosfet ini diperlukan energy yang cukup besar. Sehingga delay turn on cukup lama. 150ns-500ns. Tergantung dari kemampuan driver. Jika driver hanya mampu 1000pf, maka delay/50ns, maka total delay turn on minimal = 50 x 14 = 700ns. Mendekati 1us. Artinya kemampuan frekuensi switcing mosfet tersebut dikurangi oleh delay. Pada saat delay adalah masa perubahan resistansi. dari resistansi tinggi menjadi Rds on (transien).

Resistor Shunt kawat tembaga 1,2mm

Aplikasi resistor shunt cukup banyak. Efisiensi sekarangan menjadi kewajiban bagi stiap alat. Dituntut memiliki effisiensi yang tinggi. Sama halnya dengan resistor shunt. Saya dapat referensi dari microchip.
Mengukur input PV dan output charger dengan resistor shunt 5miliOhm.

Perhitungan sbb:
Shunt 0,005 Ohm
pada saat arus masuk sebesar 10A maka;
V=ixR
V=10 x 0,005
V=0,05Volt.
Berhubung input PV lebih rendah dari Ground, maka nilainya negatif.(-0,05Volt).
Maka digunakan inverting Amplifier(OP-Amp).

Gain  = -100.
Vgain = Vread x Gain
Vgain = -0,05 x -100
Vgain = 5Volt.

Jadi nilai 5 volt bisa dibaca Adc (Analog to digital converter) atau sebagai sensor arus pada mikrokontroler.
Shunt bisa dibuat dengan menghitung resistansi kabel/kawat. 5miliOhm setara kawat tembaga annealing (yang digulung tidak terlalu susah/agak lunak) dengan diameter 1,2mm dengan panjang 350mm atau 35cm. Anda bisa buat sendiri.

Sedangkan shunt satu sisi yang lain nilai yang diperoleh positif/ lebih tinggi dari ground, maka menggunakan non inverting amplifier.

Pemanfaatan Saturation Mosfet

Mosfet memiliki karakteristik semikonduktor. Semakin tinggi Rds on maka arus yang keluar akan semakin kecil. Selama ini sifat saturation mosfet jarang dipakai. Rata-rata designer hanya mencari nilai optimum Rds on, tegangan capacitance dan thermal. Kali ini saya akan memakai mosfet IRF 9540. Mosfet type P.Chanel. Sifatnya yaitu apabila tegangan gate dibawah positif 5 volt atau -5 maka mosfet akan on. Sedangkan bila gate diberi tegangan sama dengan sumber(source), maka mosfet akan mati(totally turn off). Tegangan saturation mosfet digunakan untuk mensuply LED atau 7805 yang sifatnya linear. Semakin tinggi perbedaan tegangan maka akan semakin banyak panas yang terbuang. Saturation mosfet type tsb adalah -2 sampai -4 Volt .Dengan resistor 47k dari gate ke sumber (+), dan resistor 47k series 3 (=141k), maka tegangan dari gate ke sumber = -3,2Volt. Maka mosfet sudah dalam kondisi saturation. Dalam kondisi ini tegangan drain dalam kondisi open circuit diukur = tegangan sumber. Namun apabila diberi load 500 ohm saja, maka tegangan akan drop ke 8-9 Volt. Drop tegangan tidak seperti resistor shunt yang dibuang menjadi panas. Namun seperti sifat dioda atau semikonduktor yang lain, arus ada yang dibuang dan ada yang tertahan. Berhubung Power disipasi mosfet cukup besar maka lebih baik sifatnya daripada resistor yang power disipasinya lebih kecil.
Sifat tersebut bisa dimanfaatkan untuk menurunkan tegangan misalnya dari 60V ke nilai tertentu dengan bantuan DC-DC converter yang lain. Misalnya LM2596,LM2576. Tegangan maksimum dari converter tersebut maksimal 40V, Absolut 45V. Akan tepat jika 60V dipasangkan dengan mosfet saturation tadi. dengan proteksi Zener 45Volt/42Volt maka converter akan aman. Nah anda sudah bisa membuat power suply dari 60V ke 12V/5V/adjustable. Berhubung sifat dari saturation mosfet hanya bisa untuk ampere kecil sekitar 10-50mA. Maka cocok untuk power suply mikrocontroler. untuk variasi ampere yang besar bisa digunakan mosfet yang besar yang dikendalikan dari mikrocontroler(PWM).