Tại sao tôi lại nấu MOSFE?


22

Tôi đã tạo ra một trình điều khiển LED MOSFET rất đơn giản, sử dụng PWM của Arduino Nano để chuyển đổi MOSFET điều khiển nguồn cho khoảng 16 mét dải LED.

Tôi đang sử dụng MOSFET STP16NF06 .

Tôi đang điều khiển đèn LED RGB, vì vậy tôi sử dụng ba MOSFET một cho mỗi màu và khi tất cả 16 mét dải LED đang chạy, tôi đang vẽ khoảng 9,5 amper.

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

MOSFET có điện trở hoàn toàn là 0,8, do đó nhiệt của tôi phải là I 2 R mất

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

Datasheet cho biết tôi nhận được 62,5 ° C nhiệt trên mỗi watt, nhiệt độ hoạt động tối đa là 175 ° C và nhiệt độ môi trường dự kiến ​​là dưới 50 ° C

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

Tôi đang chạy các MOSFET này mà không có tản nhiệt, và tôi đã để nó chạy suốt đêm trên một chương trình chỉ dừng lại màu đỏ xanh xanh trắng không ngừng và nó không quá nóng. Tôi hy vọng mạch này có thể chạy hơn 16 giờ mỗi ngày.

Tôi đang sử dụng nguồn điện 12 V cho đèn LED và tín hiệu điều khiển 5 V từ Arduino, vì vậy tôi không thể vượt quá điện áp cổng thoát nước 60 V hoặc điện áp nguồn cổng 20 V.

Sau khi tôi chơi với nó bằng bàn làm việc trong văn phòng có điều hòa của tôi hôm nay, tôi thấy rằng tôi không thể tắt kênh màu đỏ như tôi có thể trước đó trong ngày. Và cổng đo để thoát nước mà không có nguồn kết nối, tôi tìm thấy 400 trên kênh màu đỏ và điện trở cao không thể đo được trên các kênh màu xanh lá cây và màu xanh.

Đây là sơ đồ tôi đang làm việc với. Điều tương tự chỉ lặp đi lặp lại ba lần và 5 V là tín hiệu PWM từ Arduino và đèn LED đơn không có điện trở chỉ là điểm dừng cho dải đèn LED có điện trở và thiết lập chắc chắn mà tôi không cảm thấy cần thiết để mô hình.

Đây là sơ đồ tôi đang làm việc với

Tôi nghĩ rằng nó đã thất bại sau khi tôi cắm Arduino vào và ra khỏi tiêu đề pin của nó khoảng 50 lần mặc dù tôi không chắc điều đó có ý nghĩa gì khi Arduino vẫn hoạt động.

Nhập mô tả hình ảnh ở đây

Vì vậy, cho rằng nó hoạt động trong một vài ngày bao gồm một ngày tải cao, câu hỏi của tôi :

  1. Có thể làm nóng Arduino trong và ngoài mạch này bằng cách nào đó làm hỏng MOSFET, nhưng không phải Arduino?

  2. Bằng cách nào đó, ESD có thể là thủ phạm ở đây? Bàn của tôi là gỗ phủ nhựa hoặc gỗ nhiều lớp. Cần lưu ý rằng nguồn của cả ba MOSFET là GND chung.

  3. Tôi không có bàn ủi hàn ưa thích và tôi không biết nó có vượt quá 300 ° C. Tuy nhiên, tôi đã sử dụng hàn chì và tôi đã dành ít thời gian nhất có thể cho mỗi pin và tôi sẽ hàn một trong các MOSFET đầu tiên và sau đó ghim một trong các MOSFET thứ hai, v.v., không thực hiện tất cả các chân từ một chip liên tiếp và nếu quá nhiều hàn nhiệt là vấn đề tại sao điều đó sẽ không tạo ra vấn đề ngay lập tức? Tại sao nó lại xuất hiện bây giờ?

  4. Có điều gì tôi đã bỏ lỡ hoặc giám sát trong tính toán của tôi?


11
" Tại sao tôi nấu mosfet ? " - Bạn có thể ghét mosfet.
Harry Svensson

20
"Tại sao tôi nấu mosfet?" - Có lẽ mosfets là cho bữa tối ...
Điện áp Spike

3
VSS của bạn là gì?
Brian Drumond

8
"Tại sao tôi nấu mosfet?" - bởi vì mosfet thô sẽ cung cấp cho phần còn lại của chứng khó tiêu.
rackandboneman

2
Bạn có định sử dụng 0,08 ohms trong tính toán tiêu tán năng lượng của bạn không? Đó là hệ số 10 so với mức được đưa ra trong văn bản trước: "MOSFET có điện trở hoàn toàn là 0,8".
Paul

Câu trả lời:


46

Vấn đề của bạn là điện áp ổ đĩa cổng. Nếu bạn nhìn vào biểu dữ liệu cho STP16NF06, bạn sẽ thấy rằng 0,08 Rdson chỉ áp dụng cho Vss = 10 V và bạn chỉ lái nó với (5 bit dưới) 5 V, do đó điện trở cao hơn nhiều.

Cụ thể, chúng ta có thể nhìn vào Hình 6 (Đặc điểm chuyển giao), cho thấy hành vi khi VSS thay đổi. Tại Vss = 4,75 V và Vds = 15 V, Id = 6 A, do đó, Rds = 15 V / 6 A = 2,5. (Nó có thể không thực sự tệ đến vậy, do một số phi tuyến tính, nhưng nó vẫn nhiều hơn mức bạn có thể chịu đựng

ESD cũng có thể là một vấn đề: các cổng của MOSFET rất nhạy cảm, và không có lý do gì mà Arduino (bộ vi điều khiển có điốt bảo vệ ESD) cũng nhất thiết phải bị ảnh hưởng.

Tôi khuyên bạn nên có một MOSFET có điện áp ngưỡng đủ thấp để được bật hoàn toàn ở mức 4,5 V. Thậm chí, bạn thậm chí có thể nhận được các MOSFET có kết hợp bảo vệ ESD trên cổng của họ.


16
Đáng để nhận xét rằng đây là một vấn đề cực kỳ phổ biến với việc lái mosfet từ vi điều khiển - rất ít trong số các loại mosfet công suất cao phổ biến có đầy đủ ở mức 5V và ở mức 3,3V, hầu như không thể tìm thấy loại nào. Tôi thấy việc sử dụng một bóng bán dẫn thứ hai (dù là lưỡng cực hay chỉ là một mosfet nhỏ hơn) để điều khiển cổng ở điện áp cao hơn thường đơn giản nhất. Tôi đã mua một lô BS170 giá rẻ cho mục đích này; trong khi chúng không hoàn toàn ở mức 5V, chúng quản lý đủ tốt để điều khiển tải trở kháng cao và chúng rất rẻ.
Jules

8
@Jules Không khó để tìm thấy các FET mức logic cho các điện áp thấp và dòng điện vừa phải này. Như một ví dụ ngẫu nhiên, TSM170N06CH có số lượng tối đa là 20 mΩ tại ổ đĩa cổng 4,5 V và nó là 66 xu trong một chiếc tại DigiKey.
Abe Karplus

Có lẽ tôi cần thay đổi nhà cung cấp của tôi. Sản phẩm tốt nhất tôi có thể thấy tại Farnell có giá gần gấp 4 lần, và trong khi Mouser UK có ví dụ của bạn trong danh mục của họ thì đó là một mặt hàng không tồn kho. (Mọi thứ sẽ khác nếu tôi sẵn sàng làm việc với các bộ phận gắn trên bề mặt, nhưng vì tôi thích làm bánh cho hầu hết các dự án trước khi lắp ráp một bảng cho chúng, đó không thực sự là nơi tôi muốn đi).
Jules

5
@Jules Ngay cả Farnell cũng có một số lựa chọn hợp lý: hãy xem xét IRLB4132PBF (30 V, 4,5 mΩ ở 4,5 V) với giá 0,873. Tôi đã tìm thấy điều này bằng cách đơn giản là xem qua các kết quả DigiKey và kiểm tra xem Farnell nào đã được lưu trữ, vì tìm kiếm Farnell không thân thiện lắm.
Abe Karplus

16

Điểm về điện áp cổng là hợp lệ, nhưng nếu MOSFET không nóng lên, tôi không chắc đó là thủ phạm thực sự ở đây.

16 mét dải LED 12 V được điều khiển ở một số ampe sẽ có độ tự cảm đáng kể ở tần số PWM thông thường. Điều này gây ra đột biến điện áp ở cống mỗi khi tắt MOSFET. Các gai này có thời lượng ngắn, nhưng điện áp có thể gấp nhiều lần so với điện áp cung cấp.

Giải pháp cho vấn đề đặc biệt này là thêm một diode tự do (Schottky) song song với đèn LED, giữa + 12V và cống, giống như bạn làm với động cơ điện hoặc tải cảm ứng khác.


Hoặc sử dụng một diode tuyết lở hơn so với một trong MOSFET.
Ignacio Vazquez-Abrams

3
Mặc dù chắc chắn việc thêm một diode kẹp không phải là một ý tưởng tồi, tôi không nghĩ đó là vấn đề trong trường hợp này. Bảng dữ liệu MOSFET tuyên bố rằng năng lượng tối đa tiêu tán bởi diode tuyết lở bên trong của nó là 130 mJ trong một xung. Ngay cả khi chúng ta giả sử dải LED có độ tự cảm 1 mH lố bịch, đó chỉ là 0,5 * 1 mH * (3,2 A) ^ 2 = 5 mJ, mà diode bên trong không có vấn đề gì.
Abe Karplus

Tôi không nghĩ đó là trường hợp. Một nắp màu xanh lớp Y sẽ là một giải pháp tốt hơn bởi vì sự tăng đột biến, ngay cả khi có mặt, sẽ nhanh hơn so với diode phản ứng.
Zdenek

1
@AbeKarplus: Nó có thể không vượt quá giới hạn năng lượng một xung, nhưng thậm chí 5mJ, nếu được nhân với tốc độ chu kỳ PWM vài kHz, là các đơn đặt hàng có cường độ cao hơn (và sưởi ấm) so với công suất tĩnh được tính trong câu hỏi.
Ben Voigt

1
Tôi biết, phải không? Tôi hầu như không dám nói một lời. : o
Dampmaskin

3

Một điều nữa để kiểm tra.

Điều này trông giống như một thiết lập thử nghiệm được kết nối với một hoặc nhiều PC và / hoặc bộ nguồn.

Điều này thường mang lại một môi trường không liên quan trực tiếp đến mặt đất hoặc được tham chiếu đến nó tại một thời điểm nào đó trong mạch một cách không kiểm soát được, đặc biệt là khi sử dụng máy tính xách tay có nguồn điện hai đầu nối.

Các bộ nguồn chuyển mạch plugpack "nhẹ" thông thường có xu hướng cung cấp cho bạn các đường ray đầu ra thực sự có điện thế AC có trở kháng cao so với trái đất, ở một nửa điện áp nguồn, được đặt trên cả hai cực. Điều này thường không được chú ý vì tải hoàn toàn nổi (phụ kiện vỏ nhựa) hoặc có mặt đất được buộc chặt với mặt đất (PC để bàn) và trở kháng đủ cao để không làm bạn đau (trừ khi bạn giữ dây lưỡi của bạn, gần tĩnh mạch ... không, ngay cả khi nó phải an toàn.).

Tuy nhiên, trong một thiết lập thử nghiệm như thế này, điều đó có thể có nghĩa là một nửa điện áp lưới xuất hiện sai vị trí - và 60V hoặc thậm chí 120V (thực tế, điện áp cực đại khoảng 170V trong trường hợp xấu nhất ...) có thể đủ để làm hỏng cổng của một MOSFET không được bảo vệ nếu một số điện cực khác là mặt đất được tham chiếu theo bất kỳ cách nào (ví dụ: bởi một người nối đất tốt chạm vào cống hoặc mạch nguồn) ..


Đó là một điểm tuyệt vời. Tôi đã một lần chiên đồng hồ của tôi khi tôi chạm vào ăng-ten bộ định tuyến che chắn. Điều này đã bị rò rỉ điện áp trực tiếp thông qua các bộ chuyển đổi! Sau đó tôi tiếp đất và nó đã ổn trở lại. Họ không nên bán bộ điều hợp cách điện kép với các thiết bị có thương hiệu.
Zdenek
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.