Почему я готовлю МОП-транзисторы?

Я сделал очень простой светодиодный драйвер MOSFET, который использует ШИМ Arduino Nano для переключения MOSFET, который управляет мощностью около 16 метров светодиодной ленты.

Я использую STP16NF06 MOSFET .

Я управляю RGB-светодиодами, поэтому использую три полевых МОП-транзистора, по одному на каждый цвет, и когда все 16 метров светодиодной ленты работают, я потребляю около 9,5 ампер.

9.5 A/ 3 channels = 3.17 A maximum load each.

МОП-транзистор имеет полное сопротивление 0,8 Ом, поэтому мой нагрев должен быть моей потерей I 2 R.

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

В техническом описании указано, что я получаю 62,5 °C тепла на ватт, максимальная рабочая температура составляет 175 °C, а ожидаемая температура окружающей среды составляет менее 50 °C.

175 °C - (0.8 W * 62.5 °C/W) + 50 °C = 75 °C for margin of error

Я использую эти полевые МОП-транзисторы без радиатора, и я оставил их работать всю ночь в программе, которая просто безостановочно переключает красный, зеленый, синий, белый, и он не перегревается. Я ожидаю, что эта схема сможет работать более 16 часов в день.

Я использую источник питания 12 В для светодиодов и управляющий сигнал 5 В от Arduino, поэтому у меня не должно быть возможности превысить напряжение затвора стока 60 В или напряжение истока затвора 20 В.

После того, как я сегодня поиграл с ним за своим столом в своем кондиционированном офисе, я обнаружил, что не могу выключить красный канал, как раньше в тот же день. Измерив затвор-сток без подключения питания, я обнаружил 400 Ом на красном канале и неизмеримо высокое сопротивление на зеленом и синем каналах.

Это схема, с которой я работаю. Это одно и то же, просто повторенное три раза, и 5 В — это ШИМ-сигнал от Arduino, а один светодиод без резистора — это просто замена светодиодной ленты с резисторами и надежной установкой, которая, как мне казалось, мне не нужна. моделировать.

Это схема, с которой я работаю

Я думаю, что он вышел из строя после того, как я подключил и отключил Arduino от его штыревых разъемов около 50 раз, хотя я не уверен, какое значение это имеет, поскольку Arduino все еще работает.

Введите описание изображения здесь

Итак, учитывая, что он работал несколько дней, включая один день высокой нагрузки, мои вопросы :

  1. Может ли горячая замена Arduino в этой схеме как-то повредить МОП-транзисторы, но не Arduino?

  2. Может ли ESD как-то быть виновником здесь? Мой стол сделан из дерева, покрытого смолой, или из ламинированного дерева. Следует отметить, что истоком всех трех MOSFET является общий GND.

  3. У меня нет модного паяльника, и я понятия не имею, поднимается ли он выше 300 ° C. Тем не менее, я использовал свинцовый припой и тратил как можно меньше времени на каждый вывод, и я припаивал один из первых MOSFET, а затем один из вторых MOSFET и т. проблема заключалась в тепле припоя, почему это сразу не создало проблему? Почему это всплыло сейчас?

  4. Я что-то упустил или оплошность в моих расчетах?

" Почему я готовлю мосфеты? " - Ты, наверное, ненавидишь мосфеты.
«Почему я готовлю мосфеты?» - Может быть, мосфеты на ужин...
Какой у тебя ВГС?
«Почему я готовлю мосфеты?» - потому что сырые мосфеты дадут остальной схеме несварение.
Вы намеревались использовать 0,08 Ом при расчете рассеиваемой мощности? Это в 10 раз больше, чем указано в предыдущем тексте: «Полевой МОП-транзистор имеет полное сопротивление 0,8 Ом».
@Paul В таблице данных показан типичный Rdson 80 мОм, поэтому я подозреваю, что «0,8 Ом» в вопросе было просто опечаткой.
Странно, верно? Вы предполагаете, что испечь их, а не приготовить их.

Ответы (3)

Ваша проблема в напряжении привода затвора. Если вы посмотрите на таблицу данных для STP16NF06, вы увидите, что Rdson 0,08 Ом применяется только для Vgs = 10 В, и вы управляете им только (немного меньше) 5 В, поэтому сопротивление намного выше.

В частности, мы можем посмотреть на рисунок 6 (передаточные характеристики), который показывает поведение при изменении Vgs. При Vgs = 4,75 В и Vds = 15 В Id = 6 А, поэтому Rds = 15 В / 6 А = 2,5 Ом. (Возможно, на самом деле это не так уж и плохо из-за некоторых нелинейностей, но все же это больше, чем вы можете вынести.

Электростатический разряд также может быть проблемой: затворы полевых МОП-транзисторов очень чувствительны, и нет никаких причин, по которым Arduino (чей микроконтроллер имеет диоды для защиты от электростатического разряда) также обязательно будет затронут.

Я бы посоветовал приобрести полевой МОП-транзистор с достаточно низким пороговым напряжением, чтобы полностью включиться при напряжении 4,5 В. Вы даже можете приобрести полевые МОП-транзисторы с защитой от электростатического разряда на затворе.

Стоит отметить, что это чрезвычайно распространенная проблема с управлением полевыми транзисторами от микроконтроллеров — очень немногие из распространенных типов мощных полевых транзисторов полностью открыты при напряжении 5 В, а при напряжении 3,3 В практически невозможно найти такие. Я считаю, что часто проще всего использовать второй транзистор (будь то биполярный или просто MOSFET меньшего размера) для управления затвором при более высоком напряжении. Для этой цели я купил партию дешевых BS170; хотя они не полностью включены при напряжении 5 В, они достаточно хорошо справляются с нагрузкой с высоким импедансом, и они были очень дешевыми.
@Jules Не так сложно найти полевые транзисторы логического уровня для этих низких напряжений и умеренных токов. В качестве случайного примера, TSM170N06CH имеет максимальное значение Rdson 20 мОм при напряжении затвора 4,5 В, а у DigiKey оно составляет 66 центов в единицах.
Возможно, мне нужно сменить поставщика. Лучшее, что я могу видеть в Farnell, стоит почти в 4 раза дороже, и хотя в каталоге Mouser UK есть ваш пример, его нет в наличии. (Все было бы иначе, если бы я был готов работать с деталями для поверхностного монтажа, но, поскольку мне нравится макетировать большинство проектов перед сборкой платы для них, это не совсем то, к чему я хочу идти).
@Jules Даже у Farnell есть достойный выбор: рассмотрите IRLB4132PBF (30 В, 4,5 мОм при 4,5 В) за 0,873 фунта стерлингов. Я нашел это, просто просмотрев результаты DigiKey и проверив, какие из них также есть в наличии у Farnell, поскольку поиск Farnell не очень удобен.

Пункт о напряжении затвора действителен, но если MOSFET не нагревается, я не уверен, что это настоящий виновник.

16 метров 12-вольтовой светодиодной ленты с током в несколько ампер будут иметь значительную индуктивность на типичных частотах ШИМ. Это вызывает скачки напряжения на стоке каждый раз, когда MOSFET выключается. Эти всплески короткие по продолжительности, но напряжение может во много раз превышать напряжение питания.

Решение этой конкретной проблемы состоит в том, чтобы добавить свободный диод (Шоттки) встречно-параллельно со светодиодами, между +12 В и стоком, как в случае с электродвигателем или другой индуктивной нагрузкой.

Или используйте более мощный лавинный диод, чем в MOSFET.
Хотя добавление фиксирующего диода, безусловно, неплохая идея, я не думаю, что в данном случае это проблема. В техническом описании полевого МОП-транзистора указано, что максимальная энергия, рассеиваемая его внутренним лавинным диодом, составляет 130 мДж в одном импульсе. Даже если мы предположим, что светодиодная лента имеет смехотворную индуктивность в 1 мГн, это всего лишь 0,5 * 1 мГн * (3,2 А) ^ 2 = 5 мДж, с чем у внутреннего диода не должно быть проблем.
Я не думаю, что это так. Синий колпачок Y-класса был бы лучшим решением, потому что всплеск, даже если он присутствует, будет быстрее, чем реакция диода.
Что ж, по моему собственному опыту, Шоттки в этой конфигурации значительно ограничивает скачки напряжения. Но, по общему признанию, я использовал другой MOSFET, другую схему драйвера, другую светодиодную ленту и т. д.
@AbeKarplus: это может не превышать предел энергии одного импульса, но даже 5 мДж, если умножить на частоту цикла ШИМ в несколько кГц, на порядки превышает мощность (и нагрев), чем статическая мощность, рассчитанная в вопросе.
@BenVoigt Хороший вопрос. Тем не менее, частота ШИМ Arduino по умолчанию составляет всего 490 Гц, поэтому, чтобы рассеивание мощности диода на корпусе было проблемой, индуктивность должна быть выше 200 мкГн, что кажется довольно высоким. (Мой 1 мГн был намеренно экстремальным примером.)
@Dampmaskin Аргх, у тебя так долго было 1337 баллов.
Я точно знаю? Я едва осмелился сказать слово. :о

Еще одна вещь, которую нужно проверить.

Это выглядит как экспериментальная установка, подключенная к одному или нескольким ПК и/или блокам питания.

Это часто приводит к среде, которая нигде не связана напрямую с заземлением или связана с ним в какой-то точке цепи неконтролируемым образом, особенно когда используется портативный компьютер с двухконтактным источником питания.

Обычные «легкие» импульсные блоки питания с разъемами, как правило, дают вам выходные шины, которые на самом деле имеют потенциал переменного тока с высоким импедансом относительно земли при половинном сетевом напряжении, наложенном на оба полюса. Обычно это остается незамеченным, потому что нагрузка либо полностью плавает (аксессуар в пластиковом корпусе), либо ее заземление прочно соединено с землей (настольный ПК), а импеданс достаточно высок, чтобы не причинить вам вреда (если только вы не держите провод, чтобы ваш язык, рядом с веной ... не делайте этого, даже если это должно быть безопасно.).

Однако в такой тестовой установке это может означать, что половина сетевого напряжения появляется не в том месте, а 60 В или даже 120 В (на самом деле пиковое напряжение около 170 В в худшем случае...) может быть достаточно, чтобы повредить затвор. незащищенного МОП-транзистора, если какой-либо другой электрод каким-либо образом заземлен (например, если хорошо заземленный человек прикасается к цепи стока или истока).

Это отличный момент. Однажды я поджарил свой счетчик, когда коснулся экрана антенны маршрутизатора. Проблема заключалась в утечке напряжения через адаптер! Затем я заземлил его, и он снова был в порядке. Они не должны продавать дерьмовые адаптеры с двойной изоляцией вместе с фирменными устройствами.
Почему я готовлю МОП-транзисторы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v