Zamienniki MOSFET KF5N50: STP6NK50Z, IRF840, FQPF5N50, 2SK3568 – porównanie parametrów

Pytanie

zamiennik tranzystora mosfet KF5N50

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Zamiennikami tranzystora MOSFET KF5N50 (N-channel, 500 V, ≈4,5 A, RDS(on) ≤ 1,4 Ω) są m.in.:
  • STP6NK50Z • STP5NK50Z • IRF840 • IRF830 • FQPF5N50 / FQA5N50 • STP5N50 / STF5N50 • 2SK3568
• Każdy kandydat musi mieć VDS ≥ 500 V, ID ≥ 4,3 A, RDS(on) ≤ 1,4 Ω (im niższe, tym lepiej) oraz zgodną obudowę i pin-out z KF5N50.

Szczegółowa analiza problemu

1. Parametry referencyjne KF5N50 (wg aktualnych kart katalogowych KEC – seria KF5N50FZ/FS, obudowy TO-220IS, DPAK):
   • VDS = 500 V • ID(25 °C) ≈ 4,3–5 A • RDS(on) = 1,1–1,4 Ω (10 V) • Qg ≈ 12–23 nC
   • Pd = 35–60 W (zależnie od obudowy) • VGS ±30 V • Tj = 150 °C

2. Kryteria doboru zamiennika
   a) Kluczowe: VDS, ID, RDS(on), VGS(max), obudowa, pin-out.
   b) Dynamiczne: Qg, Coss, czasy przełączania – istotne w SMPS.
   c) Termiczne: Pd i RθJC muszą pozwolić na bezpieczne odprowadzenie ciepła.

3. Porównanie najpopularniejszych zamienników

4. Dobór do aplikacji
   • Zasilacze flyback / forward do 100 kHz – preferować STP6NK50Z lub STP5NK50Z (niższy Qg).
   • Przełączanie < 20 kHz (np. lampowe inwertery CCFL, proste falowniki) – IRF840 zapewni mniejsze straty przewodzenia.
   • PCB z izolatorem TO-220F – FQPF5N50 lub STF5N50 unikną podkładek mikowych.

5. Weryfikacja przed montażem

   • Sprawdź układ wyprowadzeń (TO-220 zazwyczaj G-D-S, ale ST i ON Semi czasem G-S-D w DPAK).
   • Oceń budżet mocy: \(P_{loss} = I_D^2·R_{DS(on)} + \frac{V_{DS}·I_D·t_{sw}·f}{2}\).
   • Zmierz temperaturę radiatora – nie przekrocz 125 °C wewnątrz struktury.

Aktualne informacje i trendy

• Super-junction 500 V MOSFET (np. Infineon CoolMOS P7, ST MDmesh M5) oferują RDS(on) < 1 Ω przy podobnym ID i Qg ok. 10 nC; mogą być niskostratnym zamiennikiem, o ile sterownik daje 10–12 V i pin-out pasuje (często D2PAK/TO-220).
• Coraz popularniejsze są tranzystory GaN 600 V, lecz ich sterowanie i obudowy HTSSOP/DFN wymagają zmian PCB – nie nadają się do bezpośredniego zastąpienia KF5N50.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• KF5N50 to rodzina (KF5N50D, DS, FS, FZ …) różniąca się głównie obudową i niewielkimi detalami Qg/RDS(on).
• Oznaczenie „Z” w STP6NK50Z oznacza wbudowaną diodę z rekuperacją o małym Qrr – poprawia EMI w SMPS.

Aspekty etyczne i prawne

• Podczas wymiany elementów w urządzeniu zasilanym z sieci należy zachować zgodność z IEC/EN 62368-1 (Safety of AV & ICT).
• Używając zamienników, upewnij się, że nadal spełnione są limity emisji przewodzonych (EMC) – inne Qrr/Qg mogą zmienić profil zakłóceń.

Praktyczne wskazówki

1. Zamawiaj tranzystory od autoryzowanych dystrybutorów – rynek 500 V MOSFET jest zalany podróbkami (zwłaszcza IRF840 i 5N50).
2. Po wymianie wykonaj:
   • test zwarcia w zimnym stanie (Multimetr → G-S, D-S),
   • test funkcjonalny pod małym obciążeniem,
   • 30-minuty „burn-in” przy nominalnym obciążeniu i pomiar IR termometrem.
3. Jeśli musisz użyć obudowy nieizolowanej TO-220, załóż podkładkę silikonową 0,3 mm + tulejkę.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• IRF840 ma ~3× większy Qg; w układach PFC lub LLC może to przeciążyć driver.
• FQPF5N50 ma 2,5 Ω – w SMPS powyżej 150 W może się nadmiernie grzać.
• Super-junction MOSFETy obniżą straty, lecz mogą wymagać snubberów RC ze względu na ostrzejsze zbocza napięcia.

Sugestie dalszych badań

• Sprawdź nowe układy ST SGT6N50KD lub Infineon IPD50R280CE – RDS(on) < 0,3 Ω przy porównywalnym Qg.
• Rozważ migrację do topologii GaN 650 V w nowych projektach dla sprawności > 94 %.
• Zapoznaj się z normą JEDEC JESD47F (reliability stress tests) – przydatna przy kwalifikacji zamienników.

Krótkie podsumowanie

Najpewniejsze zamienniki „drop-in” to STP6NK50Z (najbliższe parametry) lub IRF840 (najłatwiej dostępny, niższe straty przewodzenia, ale wyższy Qg). Przed montażem potwierdź obudowę, pin-out i budżet termiczny, a po wymianie zweryfikuj stabilność termiczną oraz kompatybilność EMC. Jeśli zależy Ci na minimalnych stratach, rozważ nowsze super-junction 500 V MOSFET-y – mogą znacząco zwiększyć sprawność bez zmian schematu sterowania.