ทำไมฉันถึงทำอาหารมอสเฟต

ฉันได้สร้างไดรเวอร์ MOSFET LED ที่ใช้งานง่ายซึ่งใช้ PWM ของArduino Nanoเพื่อสลับ MOSFET ซึ่งควบคุมพลังงานสำหรับแถบ LED ประมาณ 16 เมตร

ฉันใช้STP16NF06 MOSFETs

ฉันกำลังควบคุมไฟ LED RGB ดังนั้นฉันจึงใช้ MOSFET สามอันหนึ่งอันสำหรับแต่ละสีและเมื่อแถบ LED ทั้ง 16 เมตรทำงานฉันกำลังวาดประมาณ 9.5 แอมแปร์

9.5 A/ 3 channels = 3.17 A maximum load each.

MOSFET นั้นมีความต้านทานอย่างเต็มที่ที่ 0.8 Ωดังนั้นความร้อนของฉันควรจะสูญเสียI ² R ของฉันไป

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

แผ่นข้อมูลบอกว่าฉันได้รับความร้อน 62.5 ° C ต่อวัตต์อุณหภูมิในการทำงานสูงสุดคือ 175 ° C และอุณหภูมิโดยรอบที่คาดว่าจะน้อยกว่า 50 ° C

175 °C - (0.8 W * 62.5 °C/W) + 50 °C = 75 °C for margin of error

ฉันกำลังเรียกใช้มอสเฟตเหล่านี้โดยไม่มีแผ่นระบายความร้อนและฉันได้ทิ้งให้มันรันตลอดทั้งคืนในโปรแกรมที่เพิ่งวนรอบสีแดงสีเขียวสีน้ำเงินสีขาวไม่หยุดและมันก็ไม่ร้อนเกินไป ฉันคาดหวังว่าวงจรนี้จะสามารถทำงานได้ 16+ ชั่วโมงต่อวัน

ฉันใช้กำลังไฟ 12 V สำหรับไฟ LED และสัญญาณควบคุม 5 V จาก Arduino ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้สำหรับฉันที่จะเกินแรงดันเกตของท่อระบายน้ำที่ 60 V หรือแรงดันแหล่งเกตที่ 20 โวลต์

หลังจากที่ฉันเล่นกับมันที่โต๊ะทำงานของฉันในสำนักงานปรับอากาศของฉันวันนี้ฉันพบว่าฉันไม่สามารถปิดช่องสีแดงได้เท่าที่จะทำได้ในตอนเช้า และประตูตรวจวัดเพื่อระบายน้ำโดยไม่มีการเชื่อมต่อฉันพบ 400 Ωบนช่องสีแดงและความต้านทานที่สูงเกินจริงในช่องสีเขียวและสีน้ำเงิน

นี่คือแผนผังที่ฉันทำงานด้วย มันเหมือนเดิมเพียงแค่ทำซ้ำสามครั้งและ 5 V เป็นสัญญาณ PWM จาก Arduino และ LED เดียวที่ไม่มีตัวต้านทานเป็นเพียงยืนในแถบ LED ซึ่งมีตัวต้านทานและการติดตั้งที่มั่นคงที่ฉันไม่รู้สึกว่าฉันต้องการ เพื่อรูปแบบ

ฉันคิดว่ามันล้มเหลวหลังจากเสียบ Arduino เข้าและออกจากหัวเข็มประมาณ 50 ครั้งถึงแม้ว่าฉันไม่แน่ใจว่าสิ่งสำคัญที่มีในขณะที่ Arduino ยังทำงานอยู่

ด้วยเหตุนี้จึงใช้งานได้สองสามวันรวมถึงการโหลดสูงหนึ่งวันคำถามของฉัน :

1. hotswapping Arduino สามารถเข้าและออกจากวงจรนี้อาจสร้างความเสียหาย MOSFETs แต่ไม่ใช่ Arduino หรือไม่

2. ESD อาจเป็นผู้ร้ายได้หรือไม่? โต๊ะทำงานของฉันเป็นไม้เคลือบเรซิ่นหรือไม้ลามิเนต ควรสังเกตว่าแหล่งที่มาของ MOSFET ทั้งสามนี้เป็น GND ทั่วไป

3. ฉันไม่มีหัวแร้งแฟนซีและฉันไม่รู้ว่ามันจะสูงกว่า 300 ° C หรือไม่ อย่างไรก็ตามฉันใช้ตะกั่วบัดกรีและฉันใช้เวลาน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในแต่ละพินและฉันจะประสานพินหนึ่งในมอสเฟตแรกจากนั้นก็ปักหมุดหนึ่งในมอสเฟตที่สอง ฯลฯ ไม่ทำหมุดทั้งหมดจากชิปหนึ่งติดต่อกัน ความร้อนประสานเป็นปัญหาทำไมจะไม่สร้างปัญหาขึ้นทันที? ทำไมมันโผล่ขึ้นมาตอนนี้?

4. มีบางอย่างที่ฉันพลาดหรือควบคุมการคำนวณของฉันหรือไม่?

ปัญหาของคุณคือแรงดันขับเกต หากคุณดูแผ่นข้อมูลสำหรับ STP16NF06 คุณจะเห็นว่า 0.08 Ω Rdson ใช้กับ Vgs = 10 V เท่านั้นและคุณกำลังขับด้วย 5 V เท่านั้นดังนั้นความต้านทานจึงสูงกว่ามาก

โดยเฉพาะเราสามารถดูรูปที่ 6 (ลักษณะการถ่ายโอน) ซึ่งแสดงพฤติกรรมเป็น Vgs แตกต่างกันไป ที่ Vgs = 4.75 V และ Vds = 15 V, Id = 6 A ดังนั้น Rds = 15 V / 6 A = 2.5 Ω (อาจไม่เลวจริง ๆ เนื่องจากมีความไม่เชิงเส้น แต่ก็ยังเกินกว่าที่คุณจะทนได้

ESD อาจเป็นปัญหา: ประตูของ MOSFET นั้นอ่อนไหวมากและไม่มีเหตุผลที่ Arduino (ซึ่งมีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีไดโอดป้องกัน ESD) ก็จะได้รับผลกระทบเช่นกัน

ฉันขอแนะนำให้รับ MOSFET ที่มีแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ต่ำพอที่จะเปิดเต็มที่ที่ 4.5 V. คุณสามารถรับ MOSFET ที่รวมการป้องกัน ESD บนเกตของพวกเขา

จุดเกี่ยวกับแรงดันเกตนั้นถูกต้อง แต่ถ้า MOSFET ไม่ร้อนขึ้นฉันไม่แน่ใจว่าเป็นผู้กระทำผิดจริงที่นี่

แถบ LED 12 เมตรขนาด 16 เมตรที่ขับเคลื่อนหลายแอมป์จะมีการเหนี่ยวนำที่สำคัญที่ความถี่ PWM ทั่วไป สิ่งนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่แหลมที่ท่อระบายน้ำทุกครั้งที่ MOSFET ปิด เดือยเหล่านี้มีระยะเวลาสั้น ๆ แต่แรงดันไฟฟ้าอาจเป็นหลายเท่าของแรงดันไฟฟ้า

วิธีการแก้ปัญหานี้คือการเพิ่มไดโอดอิสระ (Schottky) ในแบบตรงกันข้ามกับ LED ระหว่าง + 12V และท่อระบายน้ำเช่นเดียวกับที่คุณต้องการด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือโหลดอุปนัยอื่น ๆ

อีกสิ่งหนึ่งที่ต้องตรวจสอบ

ดูเหมือนว่าการตั้งค่าแบบทดลองเชื่อมต่อกับพีซีและ / หรือปลั๊กจ่ายไฟหนึ่งชุดขึ้นไป

สิ่งนี้มักจะให้สภาพแวดล้อมที่ไม่มีการอ้างอิงโดยตรงกับพื้นดินหรืออ้างอิงถึงในบางจุดของวงจรในลักษณะที่ไม่สามารถควบคุมได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้คอมพิวเตอร์แล็ปท็อปที่มีแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อสองขา

อุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งแบบปลั๊ก "เบา" ทั่วไปมักจะให้รางเอาท์พุตที่มีศักย์ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความต้านทานสูงจริง ๆ เมื่อเทียบกับโลกครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟหลักจะถูกทับทั้งสองขั้ว สิ่งนี้มักจะไม่มีใครสังเกตเพราะภาระนั้นลอยอย่างสมบูรณ์ (อุปกรณ์เสริมที่เป็นพลาสติก) หรือมีสายดินผูกติดแน่นกับพื้นดิน (พีซีตั้งโต๊ะ) และอิมพีแดนซ์นั้นสูงพอที่จะไม่ทำร้ายคุณ (เว้นแต่คุณถือลวด ลิ้นของคุณใกล้กับเส้นเลือด ... อย่าแม้จะปลอดภัยแล้ว)

อย่างไรก็ตามในการตั้งค่าการทดสอบเช่นนี้อาจหมายถึงแรงดันไฟฟ้าครึ่งหลักปรากฏในที่ผิด - และ 60V หรือแม้แต่ 120V (อันที่จริงแรงดันสูงสุดประมาณ 170V ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด ... ) อาจเพียงพอที่จะทำลายประตู ของ MOSFET ที่ไม่มีการป้องกันหากอิเล็กโทรดอื่น ๆ บางอย่างเป็นกราวด์ดินที่อ้างถึงในทางใดทางหนึ่ง (เช่นโดยบุคคลที่มีสายดินอย่างดีที่สัมผัสกับท่อระบายน้ำหรือวงจรแหล่งที่มา)