¿Necesito un disipador de calor para un MOSFET?

El IRF540 puede tener un umbral de voltaje de puerta de hasta 4V según la hoja de datos, por lo que probablemente no podría suministrar suficiente corriente para que los LED funcionen cerca de 12V.

En realidad, echar un vistazo más de cerca a la hoja de datos de la IRF540 , figura 3, Parece que sería más que adecuado conducir una carga de 5A a una unidad de compuerta de 5V. Probaría esto si fuera tú. ¡Sin embargo, el disipador todavía es necesario!

Por otra parte, el IRL540 es más adecuado ya que es un MOSFET de nivel lógico. De acuerdo con la hoja de datos, el RDS (activado) es de alrededor de 77m

63W a 12V es igual a 5.25A, digamos 5A ya que habrá una pequeña caída de voltaje en el MOSFET, y eso disminuirá la corriente en los LED.

La potencia disipada en el MOSFET será:

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

Según la hoja de datos, la unión a la resistencia térmica ambiental es 62 ° C / W

Esto significa que la temperatura de los MOSFET aumentará con

\ $ 1.9W * 62 ° C / W = \ textbf {117 ° C} \ $ de la temperatura ambiente.

Suponiendo que la temperatura ambiente sea de 25 ° C, eso dará lugar a 142 ° C . Eso todavía está en las especificaciones asumiendo una condición ideal ... Pero, sabes, el mundo no es ideal ...

EDIT : olvidé tener en cuenta que la resistencia a la activación tiene un aumento significativo con la temperatura, por lo que deberías definitivamente ponerle un disipador de calor.

La respuesta simple es que realmente necesitas un disipador de calor.

Vea las figuras 1 y 2 de la hoja de datos . A una tensión de compuerta de 4,5 voltios, un VD típico a 5 amperios es aproximadamente 0,6 voltios para una temperatura de la caja de 25 C. 0,6 voltios por 5 amperios es de 3 vatios. Como señaló Linkyyy, la resistencia térmica máxima nominal es de 63 grados / vatio, por lo que esto sugiere un aumento de 190 grados, para una temperatura nominal de 215 grados C. Si ahora verifica la figura 2, verá que a 175 grados, para el mismo Vgs, Vds ahora es de aproximadamente 0.8 voltios y la potencia ahora es de 4 vatios. Esta no es una buena tendencia. En ese sentido, la figura 9 establece que la temperatura máxima absoluta de la unión es de 175 C, por lo que sabe que está teniendo problemas.

Y todo esto se basa en el uso de valores típicos. Confíe en mí, si hay algo que debería aprender, nunca es diseñar un circuito utilizando valores típicos para funciones críticas. Siempre, siempre, siempre use el peor de los casos. La ley de Murphy reina aquí.

Por supuesto, ya que este circuito no está fallando por un orden de magnitud, ni nada de eso, probablemente no necesite todo ese disipador de calor para estar seguro. Pero necesitas uno.

El IRF540 se enciende bien cuando la fuente de la puerta es 10V. Algunos de ellos cambian con menos voltaje, pero otros simplemente se calientan mucho y producen LED tenues. Un Mosfet tiene una alta capacidad de compuerta y un Arduino no puede cargarlo y descargarlo rápidamente, lo que causa calor en el Mosfet si lo tiene cambiando a una frecuencia alta.

La hoja de datos de un IRL540 muestra que se calienta con un máximo de 2.2W cuando maneja sus LED lentamente, por lo que un poco de disipador de calor estará bien.