Нужен ли радиатор для MOSFET

IRF540 может иметь пороговое напряжение затвора до 4 В в соответствии с техническим описанием, поэтому, вероятно, он не сможет обеспечить достаточный ток для работы светодиодов, близких к 12 В.

На самом деле, при внимательном рассмотрении таблицы данных для IRF540 , рисунок 3, кажется, что этого было бы более чем достаточно для управления нагрузкой 5 А при 5-вольтовом драйвере затвора. Я бы попробовал это, если бы я был вами. Но радиатор все равно нужен!

С другой стороны, IRL540 более подходит, так как это полевой МОП-транзистор логического уровня. Согласно техническому описанию, RDS(on) составляет около 77 мОм.

63 Вт при 12 В равняется 5,25 А, скажем так, 5 А, так как на МОП-транзисторе будет небольшое падение напряжения, и это снизит ток в светодиодах.

Рассеиваемая мощность в MOSFET тогда будет:

$P_{dissipated} =RDS_{on} *I^2\ = 77mΩ * 5^2 = \textbf{1.9W}$

Согласно техпаспорту тепловое сопротивление перехода к окружающей среде составляет 62 °C/Вт.

Это означает, что температура полевых МОП-транзисторов будет увеличиваться с

$1.9W * 62 °C/W = \textbf{117°C}$от температуры окружающей среды.

Предполагая, что температура окружающей среды 25°C, это даст 142°C . Это все еще в спецификации при условии идеального состояния.. Но вы знаете, мир не идеален..

РЕДАКТИРОВАТЬ : я забыл учесть, что сопротивление во включенном состоянии значительно увеличивается с температурой, поэтому вам обязательно нужно поставить на него радиатор!

Простой ответ заключается в том, что вам действительно нужен радиатор.

Взгляните на рисунки 1 и 2 в техпаспорте . При напряжении на затворе 4,5 В типичный Vds при 5 А составляет около 0,6 В для температуры корпуса 25 °C. 0,6 В, умноженные на 5 А, составляют 3 Вт. Как указал Linkyyy, номинальное максимальное тепловое сопротивление составляет 63 градуса на ватт, поэтому это предполагает повышение на 190 градусов при номинальной температуре 215 градусов C. Если вы сейчас посмотрите на рисунок 2, вы увидите, что при 175 градусах для те же Vgs, Vds теперь около 0,8 вольта, а мощность теперь 4 ватта. Это не очень хорошая тенденция. Если уж на то пошло, рисунок 9 показывает, что абсолютная максимальная температура перехода составляет 175°С, так что вы знаете, что у вас проблемы.

И все это основано на использовании типовых значений. Поверьте мне, если есть что-то, чему вы должны научиться, так это никогда, никогда не проектировать схему, используя типичные значения для критических функций. Всегда, всегда, всегда используйте наихудший случай. Здесь действует закон Мерфи.

Конечно, поскольку эта схема не выходит из строя на порядок или что-то в этом роде, вам, вероятно, не нужен такой большой радиатор, чтобы оставаться в безопасности. Но он тебе нужен.

IRF540 хорошо включается при напряжении затвор-исток 10В. Некоторые из них переключаются с меньшим напряжением, но другие просто сильно нагреваются и вызывают тусклый свет светодиодов. Mosfet имеет высокую емкость затвора, и Arduino не может быстро заряжать и разряжать его, что вызывает нагрев Mosfet, если он переключается с высокой частотой.

В техническом описании IRL540 показано, что он нагревается с максимальной мощностью 2,2 Вт при медленном включении светодиодов, поэтому небольшой радиатор будет в порядке.