1A'da güç MOSFET aşırı ısınması

WS2803 sabit akım LED sürücüsü, TLP250 MOSFET sürücüleri ve IRF540N MOSFET'leri kullanarak arduino kontrollü bir RGB LED sürücüsü inşa ediyorum. Şöyle görünüyor:

Resim küçültüldü, bu yüzden görmek zor, R3, R7 ve R11 1k dirençler.

Bu devre 5m RGB LED şerit (100 segment) kullanıyor ve maksimum 2A / kanal tüketmelidir. Bu nedenle, her MOSFET'in 2A'yı maksimum 13V'de tutması gerekir. IRF540N, 100V / 33A olarak derecelendirilmiştir. RDSon 44mOhm olmalıdır. Böylece bir soğutucuya gerek olmayacağını düşündüm.

Açıkçası bu şeyleri PWM yapmak istiyorum (2.5kHz'de WS2803 PWM'ler) ama tam AÇIK duruma odaklanalım. Benim sorunum, MOSFETS tam AÇIK durumda (hiçbir geçiş devam) ciddi aşırı ısınma olmasıdır. Ölçtüğüm değerleri resimde tam AÇIK durumda görebilirsiniz.

TLP250, MOSFET'leri doğru bir şekilde kullanıyor gibi görünüyor (VGS = 10.6V), ancak neden bu kadar yüksek VDS aldığımı anlamıyorum (kırmızı LED'lerde 0.6V gibi). Bu MOSFET'ler RDSon 44mOhm'a sahip olmalıdır, bu nedenle 1.4A içinden akarken, 0.1V'den daha düşük bir voltaj düşüşü oluşturmalıdır.

Denediğim şeyler:

• TLP250 kaldırıldı ve 13V doğrudan kapıya uygulandı - MOSFET'in tamamen açık olmadığını düşünüyordu, ancak hiç yardımcı olmadı, VDS hala 0.6V idi
• LED şeridi çıkardı ve kırmızı kanalda 12V / 55W bir araba ampulü kullandı. 3.5A akıyor, VDS 2V'deydi ve MOSFET ısınırken yükseliyordu

Yani sorularım:

1. VDS neden bu kadar yüksek ve MOSFET neden aşırı ısınıyor?
2. 0.6V'de VDS ve 1.4A'da ID ile bile, güç soğutucu olmadan iyi olması gerektiğini düşündüğüm 0.84W'dir?
3. 20V / 5A gibi daha az güçlü bir MOSFET ile daha iyi olur muyum? Veya mantık seviyesi MOSFET kullanın ve doğrudan WS2803 sürücü (TLP250 optik izolasyon gibi).

Birkaç not:

• Bu devreyi sadece şu anda bir breadboard üzerinde var ve MOSFET'in kaynağını GND'ye bağlayan teller de gerçekten ısınıyor. İçinden akan nispeten yüksek bir akım olduğu için bunun normal olduğunu biliyorum, ama sadece bahsettiğimi düşündüm
• MOSFET'leri Çin'den toplu olarak aldım, bunlar gerçekten IRF540N'ler değil ve oldukça düşük özelliklere sahip olabilir mi?

EDIT: Bir şey daha. Bu denetleyiciyi buradan MOSFET sürücüsüne göre oluşturdum . Adam TLP250 ve yük için ayrı güç kaynakları kullanıyor (Vsupply, VMOS). Her ikisi için de aynı kaynağı kullandım. Bunun önemli olup olmadığından emin değilim. Ve güç kaynağım 12V 10A ayarlı, bu yüzden güç kaynağının sorun olduğunu düşünmüyorum.

Teşekkürler.

Saygın bir satıcıdan IRF540N aldıktan sonra kesinlikle kullandığımların sahte olduğunu kesinlikle doğrulayabilirim.

Sahte olanı orijinal olanla değiştirdikten sonra kırmızı kanalda Vds = 85mV aldım. Ne beklemiyordum ama gerçek FET bir dakika kadar sonra sıcak var olmasıdır. Ve sonra bu FET'lerin kendileri çok fazla ısı üretmediklerini, bunun yerine breadboard ve tellerden ısındığını (ve oldukça fazla) fark ettim (Connor Wolf bundan bahsetti). FET'in kaynağını GND'ye bağlayan kısa teller, bu tam AÇIK durumundayken sıcak bağırıyor. FET'lerin breadboard'dan taşınması, ısı kaynağının breadboard / teller olduğunu doğruladı. Sahte bir ısınıyordu ama aslında sadece dokunarak serinleyebilirdi. Hakiki bir oda sıcaklığı ve luke sıcak arasında bir yerdi. Btw. Vds'yi doğrudan FET pinlerinde ölçmek vs vs 200mV fark (breadboard üzerinde 85mV, breadboard üzerinde 300mV) yapılmış breadboard üzerinde 1 cm uzakta ölçmek.

Solda sahte, sağda orijinal ve altta üreticinin parça işareti bulunan bazı resimler:

Bu belgede gösterildiği gibi daha fazla IRF paket işareti olsa da , sahte olana benzer bir şey bulamadım (sadece bunun sahte olduğunu destekliyor). Ayrıca arka plakanın üstündeki kesikler, orijinal ve spesifikasyonda dikdörtgen vs yuvarlaktır.

Tüm yorumlarınız için teşekkürler! Devre şimdi beklendiği gibi çalışıyor (PWM dahil).

Ölçümlerinize göre, en üstteki transistörün direnci:

Transistörün veri sayfasından (normalize ):$44m\Omega$

Yukarıdaki grafik elde edilmiş olsa da , tahminim, gördüğünüz gibi bu yüksek dirençler bu transistörde hiç gözlenmemelidir. Hatta olası satışların ve temasların direncini de hesaba katar.$I_D=33A$

Ayrıca, Madmanguruman'ın cevabında belirttiği gibi, Kavşak-Ortam termal direncinin en kötü senaryosunu dikkate alarak, transistörün sıcaklığında makul bir artış gözlemlemelisiniz.

Sonuç: sağladığınız veriler tutarlı değil.

Hatanın olası kaynakları:

• Kullandığınız transistörler IRF540N değil
• Ölçüm ekipmanınız doğru değil
• Ölçümleri doğru almıyorsunuz. Yorumlarınız, onları düzgün bir şekilde aldığınızı gösteriyor.
• Yanılıyorum

İlk ikisi bence hatanın en olası kaynaklarıdır.

Sorunuzun ikinci kısmına gelince, bazı düşük voltaj transistörleriyle elbette daha iyi olabilirsiniz. Düşük direnç, mümkün olduğunca kısa kanallar gerektirirken, kısa kanallarda yüksek arıza voltajına ulaşmak zordur. Bu yüksek drenajdan kaynağa gerilimleri görmeyi beklemediğiniz durumlarda, düşük direnç için bazı voltaj değerlerini "takas edebilirsiniz".

Bence "aşırı ısınma" biraz abartı. Sıcak, evet, ama aşırı ısınma, hayır.

IR kısmı için soğutucu olmayan bağlantı-ortam termal direnci:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

0.84W'de, ortam üzerinde 52 ° C sıcaklık artışı, bu da cihazın dokunmayacak kadar sıcak olmasını sağlar. Parça 175 ° C çalışma için derecelendirilmiştir, ancak bir operatörü yakabilecek parçalara sahip olmak nadiren iyi bir fikirdir.

En iyisi daha düşük bir parçası seçmektir . Bu uygulama için 100V'ye ihtiyacınız yoktur ve 40V ila 60V aralığında daha iyi performans gösteren parçalar bulacaksınız - örneğin, Infineon OptiMOS parçaları 40V'de kadar iyi olabilir ve TO-220'de mevcuttur (sadece takas edin).$R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$