Estoy construyendo un controlador LED RGB controlado por Arduino utilizando el controlador LED de corriente constante WS2803, los controladores MOSFET TLP250 y los MOSFET IRF540N. Así es como esto luce:
La imagen se redujo, por lo que es más difícil de ver, R3, R7 y R11 son resistencias de 1k.
Este circuito conduce una tira de LED RGB de 5 m (100 segmentos) y debe consumir un máximo de 2 A / canal. Por lo tanto, cada MOSFET debería necesitar manejar 2A a 13V máx. IRF540N está clasificado a 100V / 33A. RDSon debe ser de 44mOhm. Por lo tanto, pensé que no habría necesidad de un disipador de calor.
Obviamente quiero PWM estas cosas (PWM WS2803 a 2.5kHz) pero centrémonos en el estado ON completo. El problema que tengo es que los MOSFETS se están sobrecalentando gravemente en el estado ENCENDIDO por completo (sin encender). Puede ver los valores que medí en estado ON completo en la imagen.
El TLP250 parece controlar los MOSFET correctamente (VGS = 10.6V) pero no entiendo por qué tengo un VDS tan alto (como 0.6V en los LED rojos). Esos MOSFET deben tener RDSon 44mOhm, por lo que cuando 1.4A fluye a través de él, debe crear una caída de voltaje de menos de 0.1V.
Las cosas que probé:
- quitó el TLP250 y aplicó 13V directamente a la puerta; estaba pensando que el MOSFET no estaba completamente abierto pero no ayudó en absoluto, VDS todavía estaba a 0.6V
- quitó la tira de LED y usó una bombilla de automóvil de 12V / 55W en el canal rojo. Había un flujo de 3.5 A, VDS estaba a 2 V y subía a medida que el MOSFET se calentaba
Entonces mis preguntas son:
- ¿Por qué el VDS es tan alto y por qué se sobrecalienta MOSFET?
- incluso con VDS a 0.6V e ID a 1.4A, la potencia es de 0.84W, lo que supongo que debería estar bien sin un disipador de calor.
- ¿estaría mejor con un MOSFET menos potente, algo así como 20V / 5A? O use MOSFET de nivel lógico y conduzca directamente desde WS2803 (aunque me gusta el aislamiento óptico de TLP250).
Pocas notas:
- Tengo este circuito solo en una placa de prueba en este momento y los cables que conectan la fuente de MOSFET a GND también se calientan mucho. Sé que esto es normal ya que hay una corriente relativamente alta que fluye a través de ellos, pero pensé en mencionarlo.
- Compré los MOSFET a granel de China, ¿puede ser que realmente no sean IRF540N y tengan especificaciones bastante más bajas?
EDITAR: Una cosa más. He creado este controlador basado en el controlador MOSFET desde aquí . El tipo está utilizando fuentes de alimentación separadas para TLP250 y para la carga (Vsupply, VMOS). Usé la misma fuente para ambos. No estoy seguro si eso importa. Y mi fuente de alimentación está regulada por 12V 10A, por lo que no creo que la fuente de alimentación sea el problema.
Gracias.
Respuestas:
Después de recibir IRF540N de un vendedor acreditado, definitivamente puedo confirmar que los que estaba usando originalmente son falsificaciones.
Después de reemplazar uno falso por uno genuino, obtuve Vds = 85mV en el canal rojo. Sin embargo, lo que no esperaba es que el FET genuino se calentara después de un minuto más o menos. Y luego me di cuenta de que esos FET no están generando mucho calor, sino que se calientan (y mucho) de la placa de pruebas y los cables (Connor Wolf lo mencionó). Los cables cortos que conectan la fuente de FET a GND se calientan cuando esto está en estado ON completo. Al mover los FET de la placa de pruebas se confirmó que la fuente de calor eran las placas / cables. El falso se estaba calentando, pero en realidad podía enfriarlo con solo tocarlo. La genuina estaba en algún lugar entre la temperatura ambiente y tibia. Por cierto. midiendo Vds directamente en pines FET vs midiéndolo a 1 cm de distancia en la placa de pruebas con una diferencia de alrededor de 200mV (85mV en las clavijas, 300mV en la placa de pruebas).
Aquí hay algunas fotos, falsas a la izquierda, genuinas a la derecha y marcas del fabricante en la parte inferior:
Aunque hay más marcas de paquetes IRF posibles como se muestra en este documento, no pude encontrar ninguna similar a la falsa (que solo respalda que esto es una falsificación). Además, los recortes en la parte superior de la placa posterior son rectangulares versus redondos en el genuino y en la especificación.
¡Gracias a todos por sus comentarios! El circuito ahora funciona como se esperaba (PWM incluido).
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Según sus mediciones, el transistor superior en resistencia es:
De la hoja de datos del transistor (normalizada a ):44mΩ
Aunque el gráfico anterior se obtuvo en , supongo que este alto nivel de resistencias, como puede ver, no debería observarse en este transistor. Incluso teniendo en cuenta la resistencia de los contactos y contactos.ID=33A
Además, como Madmanguruman declaró en su respuesta, teniendo en cuenta el peor de los casos de resistencia térmica de unión a ambiente, debe observar un aumento razonable de la temperatura del transistor.
Conclusión: los datos que proporcionó no son consistentes.
Posibles fuentes del error:
Las dos primeras son las fuentes más probables del error en mi opinión.
En cuanto a la segunda parte de su pregunta, seguramente puede estar mejor con un transistor de menor voltaje. La baja resistencia requiere canales tan cortos como sea posible, mientras que el alto voltaje de ruptura es difícil de lograr con canales cortos. En este caso, donde no espera ver estos altos voltajes de drenaje a la fuente, puede "intercambiar" alguna clasificación de voltaje por menor resistencia.
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Creo que el "sobrecalentamiento" es un poco exagerado. Caliente, sí, pero sobrecalentamiento, no.
La resistencia térmica sin unión del disipador térmico al ambiente para la parte IR es:
A 0,84 W, eso es a 52 ° C de aumento de temperatura sobre el ambiente, lo que hará que el dispositivo esté demasiado caliente para tocarlo. La pieza está clasificada para funcionar a 175 ° C, pero rara vez es una buena idea tener piezas allí que puedan quemar al operador.
Sería mejor elegir una parte inferior de . No necesita 100 V para esta aplicación, y encontrará piezas con un rendimiento mucho mejor en el rango de 40 V a 60 V; por ejemplo, las piezas Infineon OptiMOS pueden ser tan buenas como m a 40 V y están disponibles en TO-220 (solo intercambiarlos).RDS(on) 1.5mΩ
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