พาวเวอร์มอสเฟตร้อนที่ 1A

ฉันกำลังสร้างไดร์เวอร์ RGB LED ที่ควบคุมด้วย Arduino โดยใช้ไดรเวอร์ LED ปัจจุบันคงที่ WS2803 ไดรเวอร์ TLP250 MOSFET และ IRF540N MOSFET นี่คือลักษณะ:

ภาพลดขนาดลงดังนั้นจึงมองเห็นได้ยากขึ้น R3, R7 และ R11 เป็นตัวต้านทาน 1k

วงจรนี้กำลังขับแถบ LED RGB 5m (100 ส่วน) และควรใช้ 2A สูงสุด / ช่อง ดังนั้น MOSFET แต่ละตัวควรจัดการ 2A ที่ 13V สูงสุด IRF540N ได้รับการจัดอันดับที่ 100V / 33A RDS บนควร 44mOhm ดังนั้นฉันคิดว่าคงไม่จำเป็นต้องเป็นฮีทซิงค์

เห็นได้ชัดว่าฉันต้องการ PWM สิ่งนี้ (WS2803 PWMs ที่ 2.5kHz) แต่ให้เรามุ่งเน้นที่สถานะเต็ม ปัญหาที่ฉันมีคือ MOSFETS มีความร้อนสูงเกินไปอย่างมากในสถานะเต็มเปิด (ไม่มีการสลับเกิดขึ้น) คุณสามารถดูค่าที่ฉันวัดในสถานะเปิดเต็มบนภาพ

TLP250 ดูเหมือนว่าจะขับ MOSFET อย่างถูกต้อง (VGS = 10.6V) แต่ฉันไม่เข้าใจว่าทำไมฉันถึงได้ VDS สูงมาก (เช่น 0.6V บนไฟ LED สีแดง) MOSFET เหล่านั้นควรมี RDS บน 44mOhm ดังนั้นเมื่อ 1.4A ไหลผ่านมันควรจะสร้างแรงดันไฟฟ้าตกน้อยกว่า 0.1V

สิ่งที่ฉันพยายาม:

• ลบ TLP250 และใช้ 13V ตรงไปที่เกต - กำลังคิดว่า MOSFET ยังไม่เปิดเต็มที่ แต่ก็ไม่ช่วยเลย VDS ก็ยังอยู่ที่ 0.6V
• นำแถบ LED ออกแล้วใช้หลอดไฟรถยนต์ 12V / 55W บนช่องสีแดง มีกระแสไหล 3.5A VDS อยู่ที่ 2V และเพิ่มขึ้นเนื่องจาก MOSFET ร้อนขึ้น

ดังนั้นคำถามของฉันคือ:

1. ทำไม VDS ถึงสูงมากและทำไม MOSFET ถึงร้อนเกินไป
2. แม้จะใช้ VDS ที่ 0.6V และ ID ที่ 1.4A กำลังไฟ 0.84W ที่ฉันคิดว่าน่าจะดีถ้าไม่มีฮีทซิงค์?
3. ฉันจะดีกว่านี้ด้วย MOSFET ที่ทรงพลังน้อยกว่าเช่น 20V / 5A หรือไม่ หรือใช้ระดับมอสเฟตแบบลอจิกและขับโดยตรงจาก WS2803 (แม้ว่าฉันชอบการแยกแสงของ TLP250)

หมายเหตุเล็กน้อย:

• ฉันมีวงจรนี้เฉพาะบนเขียงหั่นขนมในขณะนี้และสายไฟที่เชื่อมต่อแหล่งที่มาของ MOSFET กับ GND ก็ร้อนแรงเช่นกัน ฉันรู้ว่านี่เป็นเรื่องปกติเนื่องจากมีกระแสที่ค่อนข้างสูงไหลผ่านพวกเขา แต่ฉันคิดว่าฉันแค่พูดถึงมัน
• ฉันซื้อ MOSFET จำนวนมากจากประเทศจีนเป็นไปได้ไหมที่ไม่ใช่ IRF540Ns และมีสเป็คที่ต่ำกว่านี้หรือไม่

แก้ไข: อีกสิ่งหนึ่ง ผมได้สร้างตัวควบคุมนี้ขึ้นอยู่กับคนขับ MOSFET จากที่นี่ ผู้ชายใช้แหล่งพลังงานแยกต่างหากสำหรับ TLP250 และสำหรับโหลด (Vsupply, VMOS) ฉันใช้แหล่งข้อมูลเดียวกันสำหรับทั้งคู่ ไม่แน่ใจว่าสำคัญหรือไม่ และแหล่งจ่ายไฟของฉันคือ 12V 10A ที่มีการควบคุมดังนั้นฉันไม่คิดว่าแหล่งจ่ายไฟเป็นปัญหา

ขอบคุณ

หลังจากได้รับ IRF540N จากผู้ขายที่มีชื่อเสียงฉันสามารถยืนยันได้อย่างแน่นอนว่าคนที่ฉันเคยใช้นั้นเป็นของปลอม

หลังจากแทนที่ของปลอมด้วยของแท้ฉันได้ Vds = 85mV ในช่องสีแดง สิ่งที่ฉันไม่ได้คาดหวังคือ FET ของแท้จะร้อนหลังจากผ่านไปหนึ่งนาที และจากนั้นฉันก็ตระหนักว่า FET เหล่านั้นไม่ได้สร้างความร้อนมาก แต่ให้ความร้อนขึ้น (และค่อนข้างมาก) จากเขียงหั่นขนมและสายไฟ (Connor Wolf พูดถึงมัน) สายสั้น ๆ ที่เชื่อมต่อแหล่งที่มาของ FET ไปยัง GND กำลังกรีดร้องร้อนเมื่อสิ่งนี้อยู่ในสถานะเปิดเต็ม การย้าย FET ออกจากเขียงหั่นขนมยืนยันว่าที่มาของความร้อนคือเขียงหั่นขนม / สายไฟ ของปลอมกำลังร้อนขึ้น แต่จริง ๆ แล้วฉันสามารถทำให้เย็นลงได้เพียงแค่แตะมัน ของแท้ก็อยู่ระหว่างอุณหภูมิห้องและลุคที่อบอุ่น Btw การวัด Vds โดยตรงบนหมุด FET เทียบกับการวัดห่าง 1 ซม. บนเขียงหั่นขนมสร้างความแตกต่างประมาณ 200mV (85mV บนพิน 300mV บนเขียงหั่นขนม)

นี่คือรูปภาพปลอมทางซ้ายของแท้ทางด้านขวาและเครื่องหมายส่วนของผู้ผลิตที่ด้านล่าง:

แม้ว่าจะมีเครื่องหมายแพ็คเกจ IRF มากขึ้นเท่าที่เป็นไปได้ดังที่แสดงในเอกสารนี้แต่ฉันไม่สามารถหาสิ่งที่คล้ายกับของปลอมได้ (ซึ่งสนับสนุนเฉพาะว่านี่เป็นของปลอม) นอกจากนี้พิลึกที่ด้านบนของแผ่นหลังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเทียบกับรอบของแท้และในสเปค

ขอบคุณสำหรับความคิดเห็นทั้งหมดของคุณ! วงจรทำงานตามที่คาดไว้ (รวม PWM)

ตามการวัดของคุณความต้านทานสูงสุดของทรานซิสเตอร์คือ:

จากแผ่นข้อมูลของทรานซิสเตอร์ (ปรับเป็น ):$44m\Omega$

แม้ว่าจะได้กราฟข้างต้นที่แต่ฉันเดาว่าความต้านทานที่สูงอย่างที่คุณเห็นไม่ควรสังเกตในทรานซิสเตอร์นี้เลย แม้จะคำนึงถึงความต้านทานของผู้มุ่งหวังและผู้ติดต่อด้วย$I_D=33A$

นอกจากนี้ดังที่ Madmanguruman กล่าวไว้ในคำตอบของเขาโดยคำนึงถึงสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดของการต้านทานความร้อนทางแยกไปสู่บรรยากาศคุณควรสังเกตการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของทรานซิสเตอร์อย่างสมเหตุสมผล

สรุป: ข้อมูลที่คุณให้ไม่สอดคล้องกัน

แหล่งที่มาที่เป็นไปได้สำหรับข้อผิดพลาด:

• ทรานซิสเตอร์ที่คุณใช้ไม่ใช่ IRF540N
• อุปกรณ์วัดของคุณไม่แม่นยำ
• คุณไม่ได้ทำการวัดอย่างถูกต้อง ความคิดเห็นของคุณแสดงให้เห็นว่าคุณทำอย่างถูกต้อง
• ฉันเข้าใจผิด

สองคนแรกเป็นแหล่งที่น่าจะเป็นที่สุดของความผิดพลาดในความคิดของฉัน

สำหรับคำถามที่สองของคุณคุณสามารถทำได้ดีกว่าด้วยทรานซิสเตอร์แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า ความต้านทานต่ำต้องใช้แชนเนลสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ในขณะที่แรงดันพังทลายสูงนั้นทำได้ยากด้วยแชนเนลสั้น ในกรณีนี้ที่คุณไม่คาดหวังว่าจะเห็นแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งระบายสูงนี้คุณสามารถ "แลกเปลี่ยน" ระดับแรงดันไฟฟ้าบางส่วนเพื่อลดความต้านทาน

ฉันคิดว่า "ความร้อนสูงเกินไป" เป็นการพูดเกินจริงเล็กน้อย ร้อนใช่ แต่ร้อนเกินไปไม่

ความต้านทานความร้อนแบบไม่รวมฮีทซิงค์แบบแยกกับสภาพแวดล้อมสำหรับส่วน IR คือ:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

ที่ 0.84W อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 52 ° C ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์นั้นร้อนเกินกว่าจะสัมผัสได้ ชิ้นส่วนได้รับการจัดอันดับสำหรับการดำเนินงานที่ 175 ° C แต่ไม่ค่อยมีความคิดที่ดีที่จะมีชิ้นส่วนในนั้นที่สามารถเผาไหม้ตัวดำเนินการได้

คุณควรเลือกส่วนที่ต่ำกว่า คุณไม่จำเป็นต้องใช้ 100V สำหรับแอปพลิเคชันนี้และจะพบชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพดีกว่ามากในช่วง 40V ถึง 60V - ตัวอย่างเช่นชิ้นส่วนInfineon OptiMOSสามารถทำได้ดีถึงที่ 40V และมีให้ใน TO-220 (เพียง แลกเปลี่ยนพวกเขาใน) 1.5 m $R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$