พาวเวอร์มอสเฟตร้อนที่ 1A


10

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

ไดรเวอร์ LED

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


คุณสามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนว่าคุณได้รับ (พูด) ไฟ LED สีแดงทั้งหมดที่เชื่อมต่ออยู่หรือไม่ - มี 330R ต่อก้อนหนึ่งชุดของสาม LEDs และหนึ่งก้อนของสามใช้เวลาประมาณ 20mA จากนั้นจึงมี 20 ล็อตในแบบคู่ขนานความหมาย 60 ไฟ LED รวมกับกระแสรวมที่ควรจะเป็น 400mA โปรดอธิบายว่า LED มีการกำหนดค่าอย่างไร - ฉันไม่เห็นวิธีที่คุณได้รับ 1.4A สำหรับไฟ LED สีแดงนับประสาว่าทำไมไฟ LED สีเขียวจึงลดลงเมื่อความต้านทานต่ออนุกรมลดลง
แอนดี้อาคา

ฉันใส่ LED ลงในแผนผังเป็นตัวแทนของแถบ LED มันเป็นแถบ LED RGB ธรรมดา 5m ที่มีขั้วบวกทั่วไปเช่นเดียวกับRGB LED Strip ตัวนี้ Btw คอนโทรลเลอร์ RGB (กล่องสีขาว) ที่ให้มาพร้อมกับแถบนั้นกำลังส่งสัญญาณออกคล้ายกัน แต่มีขนาดเล็กลงสำหรับ R, G และ B ในทางทฤษฎีเหล่านี้คือแถบ 72W (12V, 6A) แต่คุณจะไม่มีวันได้รับ บางอย่างเช่น 50W นั้นสมจริงยิ่งขึ้น
Marek

และการคำนวณของคุณนั้นถูกต้อง 400mA ต่อ 1m จาก 60 leds ดังนั้น 2A ต่อ 5m แต่คุณจะไม่ประสบความสำเร็จเพราะขั้วบวกทั่วไป "สาย" ในแถบสามารถกด 6A โดยไม่สูญเสียอย่างมีนัยสำคัญ นั่นคือเหตุผลที่ฉันได้ 1.4A แทน 2A
Marek

มาเร็คสายใดที่กลไกจะ "ไม่ประสบความสำเร็จ" คุณกำลังทำอะไรกับ "การสูญเสียที่สำคัญ" เพื่อเฉพาะ?
darron

1
เป็นไปได้หรือไม่ว่าความต้านทานของการเชื่อมต่อแผ่นตะกั่วเป็นจริงที่มาของความร้อน (และความต้านทาน) ที่สำคัญ? คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าตกบนพินของแพ็คเกจ FET ได้โดยตรงหรือไม่?
Connor Wolf

คำตอบ:


10

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:

IRF540 ปลอมเทียบกับของแท้

แม้ว่าจะมีเครื่องหมายแพ็คเกจ IRF มากขึ้นเท่าที่เป็นไปได้ดังที่แสดงในเอกสารนี้แต่ฉันไม่สามารถหาสิ่งที่คล้ายกับของปลอมได้ (ซึ่งสนับสนุนเฉพาะว่านี่เป็นของปลอม) นอกจากนี้พิลึกที่ด้านบนของแผ่นหลังเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเทียบกับรอบของแท้และในสเปค

ขอบคุณสำหรับความคิดเห็นทั้งหมดของคุณ! วงจรทำงานตามที่คาดไว้ (รวม PWM)


2
Hmmm ฉันชอบสไตล์ของปลอมและโลโก้ IR นั้นดีกว่า LOL
Andy aka

1
ใช่เมื่อผมมองไปที่โลโก้หนึ่งของแท้ที่จริงผมคิดว่าผมได้ปลอมอีก :)
มาเร็ค

1
บทเรียนที่ต้องเรียนรู้ - ใช้จ่ายมากขึ้นและซื้อจากแหล่งที่เชื่อถือได้ (แม้ว่าพวกเขาจะยังดูน่าสงสัยเล็กน้อย) ดีใจที่พบว่ามันเป็นเพื่อน ทุกครั้งที่ฉันกลับมาดูความคืบหน้าของโพสต์นี้ฉันรู้สึกว่ากำลังจมในนามของคุณ - บางทีคุณควรตั้งชื่อและทำให้ผู้ขายอาย?
แอนดี้อาคา

1
ข้อเสนอแนะที่ดี ดีกว่าแค่ "ทรานซิสเตอร์เป็นของปลอมขอบคุณ" นำข้อมูลบางอย่างมาให้เราด้วย +1
Vasiliy

@Andyaka สิ่งที่ฉันกำลังทำอยู่เป็นหลักฐานของแนวคิดมากกว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายดังนั้นฉันไม่รังเกียจที่จะใช้ส่วนจำเพาะที่ต่ำกว่าในขณะนี้ แต่ฉันไม่คิดว่าฉันจะสิ้นสุดในสถานการณ์เช่นนี้ (เมื่อ สเป็คไม่ได้ตรงกับความเป็นจริงจากระยะไกล) อย่างน้อยฉันก็ได้เรียนรู้สิ่งใหม่และเป็นหนึ่งในผู้ขายจำนวนมากใน AliExpress และอาจมีอีกหลายสิบคนเช่นเขาดังนั้นฉันจึงเดาว่าไม่มากที่จะตั้งชื่อเขาหากฉันพบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นของปลอมก่อนที่ฉันจะจัดอันดับผู้ขายด้วย 5 ดาวฉันอาจจะได้รับเงินคืนเต็มจำนวนเนื่องจากพวกเขาค่อนข้างกลัวอันดับ 1 ดาวใน AliExpress
Marek

2

ตามการวัดของคุณความต้านทานสูงสุดของทรานซิสเตอร์คือ:

RON=VDSID=428mΩ

จากแผ่นข้อมูลของทรานซิสเตอร์ (ปรับเป็น ):44mΩ

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

แม้ว่าจะได้กราฟข้างต้นที่แต่ฉันเดาว่าความต้านทานที่สูงอย่างที่คุณเห็นไม่ควรสังเกตในทรานซิสเตอร์นี้เลย แม้จะคำนึงถึงความต้านทานของผู้มุ่งหวังและผู้ติดต่อด้วยID=33A

นอกจากนี้ดังที่ Madmanguruman กล่าวไว้ในคำตอบของเขาโดยคำนึงถึงสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดของการต้านทานความร้อนทางแยกไปสู่บรรยากาศคุณควรสังเกตการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของทรานซิสเตอร์อย่างสมเหตุสมผล

สรุป: ข้อมูลที่คุณให้ไม่สอดคล้องกัน

แหล่งที่มาที่เป็นไปได้สำหรับข้อผิดพลาด:

  • ทรานซิสเตอร์ที่คุณใช้ไม่ใช่ IRF540N
  • อุปกรณ์วัดของคุณไม่แม่นยำ
  • คุณไม่ได้ทำการวัดอย่างถูกต้อง ความคิดเห็นของคุณแสดงให้เห็นว่าคุณทำอย่างถูกต้อง
  • ฉันเข้าใจผิด

สองคนแรกเป็นแหล่งที่น่าจะเป็นที่สุดของความผิดพลาดในความคิดของฉัน

สำหรับคำถามที่สองของคุณคุณสามารถทำได้ดีกว่าด้วยทรานซิสเตอร์แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า ความต้านทานต่ำต้องใช้แชนเนลสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ในขณะที่แรงดันพังทลายสูงนั้นทำได้ยากด้วยแชนเนลสั้น ในกรณีนี้ที่คุณไม่คาดหวังว่าจะเห็นแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งระบายสูงนี้คุณสามารถ "แลกเปลี่ยน" ระดับแรงดันไฟฟ้าบางส่วนเพื่อลดความต้านทาน


+1 สำหรับการชี้ให้เห็นว่าตัวเลขไม่ได้เพิ่มขึ้น
gsills

0

ฉันคิดว่า "ความร้อนสูงเกินไป" เป็นการพูดเกินจริงเล็กน้อย ร้อนใช่ แต่ร้อนเกินไปไม่

ความต้านทานความร้อนแบบไม่รวมฮีทซิงค์แบบแยกกับสภาพแวดล้อมสำหรับส่วน IR คือ:

RΘJA=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 ΩRDS(on)1.5mΩ


สภาพแวดล้อมของฉันคือ 20 ° C ดังนั้นจะส่งผลให้ 72 ° C แต่ FET ของฉันเป็นพลาสติกหลอมละลาย (โพรบมัลติมิเตอร์, เขียงหั่นขนม) ไม่แน่ใจว่าเป็นพลาสติกชนิดใด แต่ฉันคิดว่าอุณหภูมิมากกว่า 72 ° C และขอบคุณสำหรับคำแนะนำ ฉันจะสั่ง FET บางตัวที่มี VDS ที่ต่ำกว่าและ RDS ที่ต่ำกว่าซึ่งคล้ายกับที่คุณแนะนำ (ร่วมกับ IRF540N เพื่อดูว่าฉันมีของปลอม)
Marek

การเพิ่มขึ้นของอยู่ในอุณหภูมิของทางแยก การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของเคสจะต่ำลงซึ่งทำให้ข้อมูลไม่สอดคล้องกันมากขึ้น 52C
Vasiliy

ความต้านทานความร้อนแบบแยกต่อเคสจะใช้กับสถานการณ์ 'infinite heatsink' สมมุติฐานเท่านั้น ประสบการณ์ของฉันทำให้ฉันเชื่อว่าไม่มีฮีทซิงค์และยังคงมีอากาศกรณีนี้จะร้อนมากที่การกระจายเกือบ 1W ยกเว้นว่ามีการดูดความร้อนจำนวนมากเข้าไปใน PCB
Adam Lawrence
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.