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2SK813 from NEC

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2SK813

Manufacturer: NEC

Fast switching N-channel silicon MOS field effect power transistor.

Partnumber Manufacturer Quantity Availability
2SK813 NEC 4 In Stock

Description and Introduction

Fast switching N-channel silicon MOS field effect power transistor. The 2SK813 is a power MOSFET manufactured by NEC. Here are the key specifications:

- **Type**: N-Channel MOSFET
- **Drain-Source Voltage (Vds)**: 500V
- **Drain Current (Id)**: 10A
- **Power Dissipation (Pd)**: 50W
- **Gate-Source Voltage (Vgs)**: ±20V
- **On-Resistance (Rds(on))**: 0.45Ω (typical)
- **Input Capacitance (Ciss)**: 1200pF (typical)
- **Output Capacitance (Coss)**: 200pF (typical)
- **Reverse Transfer Capacitance (Crss)**: 20pF (typical)
- **Turn-On Delay Time (td(on))**: 20ns (typical)
- **Turn-Off Delay Time (td(off))**: 60ns (typical)
- **Rise Time (tr)**: 30ns (typical)
- **Fall Time (tf)**: 20ns (typical)
- **Package**: TO-220

These specifications are based on typical operating conditions and may vary slightly depending on the specific application and environment.

Application Scenarios & Design Considerations

Fast switching N-channel silicon MOS field effect power transistor.# Technical Documentation: 2SK813 N-Channel MOSFET

## 1. Application Scenarios

### Typical Use Cases
The 2SK813 is a high-voltage N-channel MOSFET primarily employed in power switching applications requiring robust performance and reliability. Its design characteristics make it suitable for:

 Power Supply Circuits 
- Switch-mode power supplies (SMPS) operating at frequencies up to 100 kHz
- DC-DC converter topologies including flyback, forward, and half-bridge configurations
- Voltage regulator modules for industrial equipment

 Motor Control Applications 
- Brushless DC motor drivers in industrial automation systems
- Stepper motor controllers for precision positioning equipment
- Automotive motor control circuits (window lifts, seat adjusters)

 Lighting Systems 
- Electronic ballasts for fluorescent lighting
- LED driver circuits requiring high-voltage capability
- Strobe and flash lighting control

### Industry Applications

 Industrial Automation 
- Programmable logic controller (PLC) output modules
- Industrial relay replacements for solid-state switching
- Factory automation equipment power distribution

 Consumer Electronics 
- CRT television and monitor deflection circuits
- Audio amplifier output stages
- Power management in high-end audio/video equipment

 Telecommunications 
- Power over Ethernet (PoE) equipment
- Telecom power supply units
- Base station power amplification circuits

### Practical Advantages and Limitations

 Advantages: 
- High drain-source voltage rating (900V) suitable for harsh electrical environments
- Low on-resistance (RDS(on)) of 1.5Ω maximum reduces conduction losses
- Fast switching characteristics (turn-on delay: 25ns typical)
- Robust avalanche energy rating for inductive load handling
- TO-220 package provides excellent thermal performance

 Limitations: 
- Moderate current handling capability (5A continuous) limits high-power applications
- Gate charge characteristics require careful driver circuit design
- Higher input capacitance compared to modern MOSFETs may limit ultra-high frequency applications
- Not suitable for battery-operated devices due to relatively high gate threshold voltage

## 2. Design Considerations

### Common Design Pitfalls and Solutions

 Gate Drive Considerations 
-  Pitfall : Insufficient gate drive current leading to slow switching and excessive switching losses
-  Solution : Implement dedicated gate driver ICs capable of delivering 1-2A peak current
-  Pitfall : Gate oscillation due to improper layout and high di/dt
-  Solution : Use gate resistors (10-100Ω) and minimize gate loop area

 Thermal Management 
-  Pitfall : Inadequate heatsinking causing thermal runaway
-  Solution : Calculate maximum junction temperature using: TJ = TA + (RθJA × PD)
-  Pitfall : Poor mounting technique increasing thermal resistance
-  Solution : Use thermal interface materials and proper torque (0.6-0.8 N·m) for mounting

 Avalanche Energy Limitations 
-  Pitfall : Exceeding single-pulse avalanche energy during inductive switching
-  Solution : Implement snubber circuits or select alternative components for highly inductive loads

### Compatibility Issues with Other Components

 Gate Driver Compatibility 
- Requires minimum 10V VGS for full enhancement (VGS(th) = 2-4V)
- Compatible with standard MOSFET driver ICs (TC4420, IR2110 series)
- May require level shifting when interfacing with 3.3V microcontroller outputs

 Protection Circuit Requirements 
- Fast-recovery diodes recommended in parallel with inductive loads
- TVS diodes necessary for voltage spike protection in industrial environments
- Current sensing resistors should have low inductance for accurate measurement

 Power Supply Considerations 
- Stable gate supply voltage critical for predictable switching behavior
- Decoupling capacitors (100nF ceramic + 10μF electrolytic) required near device
- Separate analog and power grounds recommended for noise-sensitive applications

### PCB Layout Recommendations

 Power Stage

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