Силовой МОП-транзистор нагревается во время работы Пельтье с помощью понижающего преобразователя напряжения

Olin Lathrop определил вашу проблему, но решение довольно простое

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Простой переключатель уровня (Q1) обеспечит хорошее колебание 12 вольт на затворе MOSFET. При емкости затвора в диапазоне 1500 пФ время перехода будет меньше микросекунды, поэтому на частоте 1 кГц потери мощности будут очень малы. Однако время перехода будет достаточно большим, так что нет необходимости в отдельном резисторе затвора.

При токе базы около 8 мА (4 В/500 Ом) и токе коллектора 60 мА (12 В/200 Ом) транзистор Q1 будет адекватно насыщен.

С большей частотой ШИМ вам нужно будет начать искать более сложные драйверы, но я не вижу здесь необходимости.

ETA. Кроме того, вы спрашивали о шуме коммутатора. С одной стороны, ваша катушка индуктивности неплохо справляется с удержанием пикового тока в пределах ограничений источника питания. С другой стороны, конденсатор на 470 мкФ выдает пики тока на 100 ампер плюс (для идеального конденсатора), так что, вероятно, это как-то связано с этим.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ РЕДАКТИРОВАНИЕ. ОП спросил, как определить размер компонентов для переключателя уровня.

Во-первых, техпаспорт BC639дает максимальный ток коллектора 1 ампер. Начните с предположения от 1/10 до 1/20 от этого или от 50 до 100 мА. Транзистор будет использоваться в качестве переключателя, а не усилителя, либо полностью включен (нулевое напряжение на нем, более или менее), либо полностью выключен (нет тока). Этот режим называется насыщением, и вы должны принять коэффициент усиления по току около 10. Для усилителей BC639 может работать с коэффициентом усиления от 40 до 250, но в данном случае это неприменимо. Усиление 10, при котором ток коллектора составляет от 50 до 100 мА, означает, что ток базы составляет от 5 до 10 мА. Предполагая, что Arduino может подавать свой номинальный ток почти при полных 5 вольт, это говорит о том, что базовый резистор упадет примерно на 4 вольта, так как на переходе база-эмиттер упадет примерно на 0,7 вольта. 500 Ом является удобным значением, и это обеспечит 8 мА базового привода. 8 мА базы, умноженной на 10, дают ток коллектора 80 мА, когда транзистор открыт. Поскольку мы сильно нагружаем транзистор, это говорит о том, что сопротивление коллекторного резистора (нагрузочного резистора) упадет примерно на 12 вольт. Если бы R2 был 1 кОм, вы получили бы 12 мА, поэтому 200 Ом (еще одно удобное число) дадут около 60 мА. Это говорит о том, что транзистор будет работать с коэффициентом усиления 7,5. Достаточно близко. Обратите внимание, что ни одно из этих значений не является придирчивым. Вы можете легко игнорировать 20% отстой. Обратите внимание, что ни одно из этих значений не является придирчивым. Вы можете легко игнорировать 20% отстой. Обратите внимание, что ни одно из этих значений не является придирчивым. Вы можете легко игнорировать 20% отстой.

Если для поддержания соотношения фаз между входным напряжением и током нагрузки требуется двухступенчатый переключатель уровня, это легко сделать. Однако номиналы резисторов на первом каскаде могут быть немного выше, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность. Это связано с тем, что нагрузочный резистор первой ступени будет обеспечивать базовый привод для второй, а на нее подается 12 вольт, а не 5. Если вы сделаете это, хорошей идеей будет разместить резистор от каждой базы к земле значение примерно в 10 раз больше базового резистора. Это просто для того, чтобы убедиться, что транзисторы остаются выключенными без входа.

Однако совершенно непонятно, зачем вам нужен второй этап. Все, что вам нужно сделать, это настроить синхронизацию ШИМ в программном обеспечении, чтобы получить правильный результат, и это должно быть очень просто.

Чтобы защититься от возможных будущих правок, вот схема, о которой мы говорим:

Основные проблемы:

1. На схеме нет обозначений компонентов, что затрудняет обсуждение схемы.

2. Крышка 1 мФ не имеет абсолютно никакого смысла. У вас есть повторитель с двойным эмиттером, управляющий затвором FET. Это обеспечивает значительно больший ток, чем цифровой выход. ОК пока. Однако крышка предотвращает поступление постоянного постоянного тока на вход питания этого усилителя тока. Я даже не могу догадаться, для чего, по-вашему, это нужно, но это мешает усилителю тока работать должным образом.

   Также нет необходимости в резисторе 3,3 Ом. Просто подключите коллектор NPN напрямую к источнику питания 12 В.

3. Полевой транзистор не получает достаточного напряжения управления затвором. Усилитель тока с двойным эмиттерным повторителем сам по себе является разумной идеей, но он теряет два падения напряжения на переходе. Вы начинаете с цифрового сигнала 0-5 В, а полевой транзистор управляется примерно от 700 мВ до 4,3 В.

   Это было бы нормально, если бы полевой транзистор был постоянно включен с 4,3 В на затворе, но это не так. Вы должны действительно прочитать таблицу данных . На странице 2 показано, что сопротивление во включенном состоянии равно 17,5 мОм, но при 10 В затворе . В самой следующей строке показано, что порог затвора может достигать 4,0 В, после чего вы получаете только 250 мкА.

4. Диоды имеют маркировку «Шоттки», но символ говорит об обычном кремниевом диоде. Что он? Это должен быть Шоттки.

Глядя на схему драйвера затвора, полевой МОП-транзистор не включен полностью. Я считаю, что это называется «улучшение» в терминологии MOSFET.

Измерьте падение напряжения на стоке-истоке вашего полевого МОП-транзистора, а затем измерьте ток, протекающий через него. Затем вы можете рассчитать рассеиваемую мощность вашего MOSFET. Вероятно, он будет очень высоким. Выбранный вами МОП-транзистор требует, чтобы напряжение затвора было выше напряжения истока, чтобы полностью открыться. Так работают практически все силовые МОП-транзисторы. Судя по техническому описанию, напряжение затвора должно быть примерно на 4 вольта выше, чем исток. Однако вы используете несколько транзисторов для управления затвором, поэтому напряжение управления затвором должно быть еще выше из-за падения напряжения на транзисторах.

Я знаю, что это старая тема, но я хотел прояснить то, что все остальные пропустили. IRFZ44N с номинальным током 49 А соответствует одиночному импульсу длительностью в несколько микросекунд. Вам нужно посмотреть на график безопасной рабочей зоны (SOA) полевого транзистора. В вашем случае вы почти переходите к рейтингу постоянного тока, которого нет в таблицах данных IRFZ44N, но он указан в таблицах данных других производителей полевых транзисторов, посмотрите, например, на таблицы данных IXTP182N055T SOA, вы увидите, насколько низка кривая постоянного тока из импульсной кривой 10 мс. Вы должны уважать это, иначе вы в конечном итоге сожжете свое устройство.