P-канальный МОП-транзистор, поскольку переключатель верхнего плеча нагревается

Итак, я пытаюсь управлять передними фарами своей машины с помощью Arduino Nano. Всего 14 огней (включая противотуманки, поворотники и т. д.). Я использую два регистра сдвига 75HC595 для управления этими огнями. В моей машине также есть 14 светодиодов, поэтому я могу видеть, какие лампочки горят. Для переключения света я хотел использовать полевые МОП-транзисторы, но, поскольку все источники света имеют общую землю, я должен использовать их в качестве переключателя высокого уровня -> P-канал. Я использую IRF4905. Лампы, которые я переключаю, имеют мощность 55 Вт. При 12 В ток составляет около 5 А, что не должно быть проблемой, верно? Проблема в том, что MOSFET очень сильно нагревается через короткий промежуток времени.

Это схема, которую я использовал для переключения одного источника света (все источники света были бы огромной картинкой). Транзистор BC547C. Реле в моей машине стандартное. Не удалось найти лампочку во Фрицинге, поэтому я использовал резистор (R6 — лампочка). Неверное значение R6.

p-channel mosfet arduino 74hc959 переключатель высокого уровняКогда фонарь горит, напряжение на клемме (+) аккумулятора и отрицательной стороне фонаря составляет около 11,52 В, а на самом фонаре напряжение составляет 10,85 В. Итак, я прав, если скажу, что на МОП-транзисторе есть 0,67 В? Я измерил ток, и он был около 2,58А.

0,67 В ⋅ 2,58 А знак равно 1,7 Вт на МОП-транзистор

0,67 В 2,58 А знак равно 0,26 Ом в то время как р г с о н знак равно 0,02 Ом

Если я делаю что-то не так в своих расчетах, пожалуйста, скажите мне. Что-то не так с моей схемой или у меня бракованная партия МОП-транзисторов (пробовал 3 разных)?

Редактировать : я уже пытался удалить 74HC595 из схемы, но он все еще греется.

p-channel mosfet arduino high-side переключатель

Это N-канальный МОП-транзистор, который у вас есть на вашей схеме.
@brhans хороший звонок, изменил его
А 0,67/2,58 это не равно 0,02 Ом, это скорее 0,3. это говорит о том, что вам нужно измерить напряжение затвора полевого транзистора. Оно должно быть меньше 2 вольт.
@WhatRoughBeast 0,67/2,58 = 0,26, как я сказал в вопросе. Напряжение затвора 150 мВ.
Ненавижу это говорить, но я предлагаю вам попробовать другой полевой транзистор. Кажется, у вас есть адекватный привод ворот, но он не включается должным образом.
Как измеряете напряжение и ток? Вы измеряете какие-либо из них одновременно? Есть ли ощутимые колебания? Вы пробовали стабилизированный источник питания или, по крайней мере, гораздо более полностью заряженный аккумулятор?
Ну, что-то конечно не так, так как если R6 3 Ом и вы измерили через него 2,58А, то ток через него должен упасть Е знак равно я р знак равно 2,58 А × 3 Ом знак равно 7,74  вольт , а не 10,85 вольт. И наоборот, если на R6 есть падение 10,85 В, а через него проходит 2,58 А, R6 не может быть 3 Ом. Кроме того, HC595 имеет ограничения на то, какой ток он может отдавать и при этом поддерживать приличное выходное напряжение, поэтому, когда этот светодиод и резистор застряли между выходом 595 и затвором Q5, я бы посмотрел, как выглядит привод затвора Q5 и что это такое. должно быть.
Также, кстати, вы знаете, что холодная лампа H1 55 Вт может потреблять из памяти более 60 А за первые несколько мс? Вы используете ШИМ? ты часто переключаешься? Во время включения вы наказываете MOSFET близко к его пределам, если вы делаете это слишком часто за ограниченное время, это могло повредить канал. (PS, при 1,7 Вт я не очень удивлен, что он сильно нагревается. Rth(JA) = 62 K/Вт и Rth(JC) = 0,75 K/Вт, я бы сказал, что на открытом воздухе дело может быть к северу от 100 градусов C - точка кипения воды (приблизительно) )
@Asmyldof Я не измеряю их одновременно. Я зарядлю аккумулятор на ночь и попробую еще раз, но я не уверен, что это поможет.
@EMFields Как я уже сказал, R6 должен быть лампочкой, но я не смог найти ее во Фрицинге, 3 Ом - неподходящее значение. Я изменил это в своем посте сейчас. Я также пытался пропустить регистр сдвига, но это не проблема.
Я не думаю, что проблема в заряде батареи, но попробовать можно. Важнее попытаться посмотреть на напряжение питания и лампы в одно и то же время и сравнить его с временной базой (например, с помощью осциллографа). Небольшая "фибрилляция" на затворе усредняется обычным мультиметром и эффектно скрывается, а это вполне объяснимо. Также имейте в виду холодный ток >= 60A.
@Asmyldof Я не использую ШИМ, и самое короткое время между включением и выключением будет не менее 0,5 секунды. Я знаю, что 1,7 Вт нагреет корпус, но, если я правильно понимаю, МОП-транзистор не должен получать 1,7 Вт, если он работает правильно.
Каковы значения R6 и балласта светодиода, и каковы характеристики светодиода, пожалуйста. Лист данных или ссылку на него было бы неплохо.
R7 220 Ом. Светодиод — обычный красный светодиод из Китая: 2,8 В, 20 мА. R6 - это лампочка, это 12V 55W H1.
Самое очевидное, что я могу придумать, это то, что каким-то образом вы потребляете больше тока, чем думаете. Попробуй это. Возьмите 25 футов провода калибра 16, который будет иметь сопротивление 0,1 Ом. Подключите его между вашей батареей и стоком полевого транзистора. Теперь включите свет и измерьте напряжение на проводе. Делайте это напрямую, а не измеряя напряжение на каждом конце и взяв разницу. Если ваш ток действительно составляет 2,58 ампера, вы должны получить около 0,26 вольта. Если напряжение намного больше, вы потребляете больше тока, чем ожидалось, и поэтому полевой транзистор нагревается.

Ответы (4)

Эта проблема

Вывод /OE (разрешение выхода) микросхемы 74CH595 переключает драйверы вывода между двумя состояниями: управление выходами (высокий или низкий уровень) и высокое сопротивление (разрешение выходным линиям плавать). Это активный низкий уровень , поэтому установка /OE на низкий уровень заставляет 74CH595 управлять выходами высоким или низким уровнем в зависимости от данных, которые вы сдвинули, в то время как установка /OE на высокий уровень заставляет выходы плавать без управления.

Вы подключили контакт /OE к источнику питания 5 В через резистор R29 10 кОм, поэтому выходные драйверы всегда находятся в состоянии высокого импеданса .

В идеале в этом состоянии не будет протекать ток, и, следовательно, безымянный NPN bjt никогда не будет проводить ток, но на практике всегда присутствует некоторый ток утечки:

Не существует такого понятия, как «BC447C», поэтому я предполагаю, что транзистор представляет собой либо BC447, либо BC547C, либо какую-то другую подобную деталь. Если бы, скажем, +1 мкА протекал с выхода 74CH595 на коллектор биполярного транзистора, коэффициент усиления по постоянному току транзистора (вероятно, где-то между 100 и 600) заставил бы его проводить от 100 мкА до 600 мкА тока от коллектора к коллектору. эмиттер. Например, ток коллектора 300 мкА приведет к падению напряжения на 3 В на резисторе R7 10 кОм, что приведет к Vgs (напряжение затвор-исток) -3 В.

Эта гипотеза согласуется с тем, что вы видели (Ids 2,58 А и Vds 0,67 В), напряжение затвора должно быть очень близко к пороговому напряжению (Vgsth):

Исправление

  • Добавьте подтягивающий резистор между основанием биполярного транзистора и землей, чтобы предотвратить его включение блуждающими токами.

  • Удалите ненужный резистор 10 кОм R29 и соедините вывод /OE напрямую с землей.

  • В текущей конфигурации светодиод будет гореть очень тускло. Поставить параллельно базе транзистора, с отдельным токоограничивающим резистором.

  • Добавьте блокировочный конденсатор для 74HC595, как можно ближе к 74HC595.

  • Если это будет установлено в автомобиле, я бы добавил переходную защиту для затвора MOSFET, чтобы защитить его от любых скачков напряжения (оксид затвора легко разрушается перенапряжением). Диод TVS на 15 В был бы идеальным, но стабилитрон тоже подойдет.

Компоненты, которые вы выбрали, прекрасно подходят для того, что вы делаете.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Отличный ответ, можно упомянуть, что развязывающий колпачок C1 должен быть физически как можно ближе к сдвиговому регистру, чтобы иметь ожидаемый эффект.
Хорошее объяснение, но, как я уже упоминал в комментариях, я уже пытался удалить 74HC595 из схемы, и он все еще греется. Я изменил название транзистора, опечатка. У меня была ошибка в чертеже схемы. Также должен быть провод от вывода /OE к Arduino D7. Таким образом, я могу контролировать, когда свет должен работать. Когда я подключаю /OE напрямую к GND, все индикаторы загораются при запуске Arduino, а этого я не хочу.
@fieldhof Вы все еще хотите, чтобы резистор 10k от основания NPN BJT был заземлен, даже без сдвигового регистра. Когда Arduino запускается, контакты ввода-вывода ATmega328/ATmega168 устанавливаются как входы, а входной ток утечки может достигать 1 мкА. Не могли бы вы измерить напряжение между затвором MOSFET и истоком с помощью вольтметра, я все еще подозреваю, что затвор не работает достаточно низко, так как MOSFET должен рассеивать только 133 мВт при 2,56 А.
Свет от ворот к источнику выключен = 0 В, свет от ворот к источнику включен = -11,2 В, батарея показывает 11,6 В, когда включена
Что ж, это полностью опровергло бы мою гипотезу. Вы пытались заменить MOSFET в случае его повреждения? Вы уверены, что это действительно IRF4905?
Я пробовал уже 4 разных, но у всех одна и та же проблема. Какое падение напряжения на МОП-транзисторе является нормальным при 5А? 5*0,02 = 0,1 В? На самом MOSFET есть IRF4905, и я заказал IRF4905, поэтому я почти уверен, что это IRF4905, но с вещами из Китая вы никогда не узнаете наверняка.
Где именно вы их купили? Поддельные детали как причина раньше даже не приходили мне в голову, но это имело бы смысл...
@jms Я купил их на Ebay. 20шт за 7,42$
Учитывая, что TO-220 IRF4905 стоит 1,32 доллара США на Digikey, 1,06 доллара США на Mouser и 2 евро на Farnell (все цены для оптовых партий), я думаю, что вы были содраны на 0,362 доллара США за штуку. Прежде чем продолжить, я бы попробовал аналогичные полевые МОП-транзисторы в местных магазинах электроники или у авторитетных интернет-продавцов.

Теперь мы можем сказать, что p-канал имеет достаточно низкое сопротивление, а напряжение привода источника затвора адекватно. У ваших ворот нет защиты, поэтому вы можете повредить свои полевые транзисторы из-за всплесков питания. Поместите, скажем, 18-вольтовый стабилитрон между источником затвора и попробуйте еще раз. Другая возможность - это паразитные колебания, которые подтвердит или опровергнет осциллограф. Я думаю, что вам следует установить резистор затвора последовательно с затвором, скажем, 1 кОм, чтобы исключить возможность паразитных колебаний. Ваша шина 12 В также должна иметь несколько развязывающих колпачков.

Может ли автомобильный аккумулятор давать всплески, если он не подключен ни к чему, кроме этой цепи? Он не заряжается или что-то в этом роде, только эта цепь подключена к аккумулятору. Резистор затвора можно поставить между коллектором и затвором, если я правильно понимаю?
Если вы поместите предлагаемый резистор затвора 1 кОм в коллектор, привод затвора уменьшится вдвое, что сделает его более горячим. Если вы должны поместить его в коллектор, сделайте R7 10 кОм.
Итак, что вы имеете в виду, когда последовательно с затвором подключаете резистор затвора? Я уже заменил R7 на резистор 10 кОм.
Хорошо. Сделайте стабилитрон и обойдите рельсы, потому что вы хотите, чтобы это сохранилось в машине. Как обстоят дела с прицелом?

Я думаю, что правильным ответом будет то, что МОП-транзистор нагревается, потому что так и должно быть.

Сделаем некоторые расчеты: Согласно техническому описанию IRF4905, он имеет переход к тепловому сопротивлению окружающей среды. р Дж а =62°С. Предположим, температура окружающей среды Т а 25°C и рассеиваемой мощностью 1,7Вт. Теперь, согласно этому сайту: http://www.rohm.com/web/eu/tr_what7 для расчета температуры перехода у вас есть следующее уравнение:

Т Дж знак равно Т а + р Дж а * п
Когда вы делаете расчеты для вашего случая, вы получаете температуру перехода 130 ° C - довольно жарко, но все же недостаточно, чтобы повредить транзистор. Тем не менее, если вы хотите поместить его в какой-то отсек, я бы предложил добавить радиатор. Следование советам по проектированию схем, данным jms, также является хорошей идеей.

Хотя ваша математика верна, предпосылка — нет. При температуре перехода 130 °C Rdson станет (согласно техническому описанию , рис. 4) в 1,55 раза больше заявленных 20 мОм (что предполагает температуру перехода 20 °C), 31 мОм. Чтобы получить предполагаемые 1,7 Вт рассеяния на 31 мОм, потребуется ток 54,8 А. Думаю, можно с уверенностью сказать, что лампа мощностью 55 Вт не потребляет 670 Вт мощности. Либо MOSFET поврежден, либо напряжение на затворе неадекватно.
@jms Вы правы, и я думаю, что я тоже (по крайней мере, частично) :) При падении напряжения и токе, указанных fieldhof, на транзисторе будет рассеиваться 1,7 Вт, и мои расчеты температуры верны. Но соглашусь, что такого падения напряжения там быть не должно - возможно, он не до конца открыт.

Моя идея состоит в том, что точка заземления вывода истока MOSFET является индуктивной в той же степени, что и скачок напряжения источника и падение напряжения затвора ниже нуля после нарастающего фронта, вызывая новый индуктивный толчок после повышения Vgs, создавая условия, почти такие же, как и на входе. первого толчка, достаточного для стабильного колебания. Таким образом, рецепт состоит в том, чтобы уменьшить скорость нарастания напряжения включения ИЛИ улучшить заземление.

Если вы сначала включите свет с помощью реле, затем включите MOSFET, а затем выключите реле, и если MOSFET работает хорошо, то это хороший намек, подтверждающий мою идею.

P-канальный МОП-транзистор, поскольку переключатель верхнего плеча нагревается
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v