¿Cómo pueden los controladores LED cambiar de alta potencia / corriente sin calentarse?

$$ P = V * I $$

Cuando el interruptor está apagado, no hay corriente a través de él, por lo tanto, no hay disipación.

Cuando el interruptor está encendido, hay muy poco voltaje en él, por lo tanto, no hay disipación en el interruptor.

El IRF3205 que usted lista tiene Rdson = 0.008 ohmios, para una disipación total de 1.15W a 12A. Colóquelo en un pequeño disipador térmico de 40K / W (¡casi del mismo tamaño que el transistor!) Y alcanzará solo 46 ° C por encima del ambiente, lo cual es perfectamente aceptable. Si bien el cruce estaría a unos 75 ° C en un día cálido, la carcasa y el disipador de calor aún podrían sentir un poco de calor.

Sin embargo! La forma en que ha dibujado el esquema significa que Vgs alcanzará solo unos 5V debido al efecto divisor de voltaje de sus dos resistencias . El IRF3205 necesita que Vgs = 10V se encienda correctamente, por lo que su FET tendrá una resistencia de encendido mucho más alta que el valor del titular de la hoja de datos de 0.008R, y probablemente esta sea la razón por la que el suyo está funcionando realmente bien.

Prueba esto en su lugar:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Teóricamente, D3 no es necesario para una carga de LED, pero evitará que la inductancia parásita en los cables de LED (probablemente largos) explote el FET cuando los LED se apagan.

Los pequeños controladores baratos alcanzan altas corrientes mediante el uso de FET de bajo Rdson, como usted sospecha, y un cuidadoso disipador de calor, generalmente a través de planos de cobre en las PCB. El hecho de que la caja de plástico exterior se sienta solo ligeramente caliente no significa que la conexión del dispositivo en sí sea particularmente fresca.

Editar: interpolar desde un gráfico poco fiable en la hoja de datos 3205 , sospecho que Rdson ~ = 1 ohm para Vgs = 5V. Por lo tanto, su esquema hará que se ejecute increíblemente caliente y la carga obtendrá mucho menos poder de lo que esperaba.

El calor que está describiendo no está tan relacionado con la corriente y el voltaje que están cambiando, sino con la corriente que están pasando y su eficiencia. Cualquier interruptor de estado sólido (básicamente un mosfet) tiene alguna resistencia a través de él, incluso cuando está encendido. Cuanto menor sea esta resistencia, mayor será la eficiencia. En su ejemplo, enumera 12A, por lo tanto, si este 'interruptor' tiene una resistencia de encendido de solo 1 ohmios, ¡aún intentará disipar 144W de calor! La potencia disipada está representada por la ecuación P = I ^ 2 * R, donde I es la corriente que consume su circuito cuando está encendido y R es la resistencia de encendido del interruptor. Para que el interruptor se mantenga fresco, debe tener una resistencia baja, R, o estar cambiando una cantidad baja de corriente, I.

Para dar un sentido de escala a las mediciones, el cuerpo humano tiene una resistividad de aproximadamente 1,000ohms y un LED estándar consume aproximadamente 0.02A

Un Mosfet intenta ser un conductor perfecto. No puede, pero se acerca mucho. Al igual que un cable, tiene cierta resistencia y disipará la energía como calor, dependiendo de esa resistencia. Esto se convierte en un problema cuando el cable es demasiado largo (caída de voltaje) o cuando el voltaje + la corriente es demasiado alta (el cable se calienta dependiendo de la resistencia / sección / tamaño).

El IRF3205 indica que tiene un R _{DS (activado)} de 8 miliohmoles R (resistencia a la fuente mientras completamente activado). Eso es 0.008 Ohms. Un corto muerto a 12V produciría I = V/R o 12 / 0.008 = 1500 Amps . A 5 amperios mientras intenta conducir, solo debe tener V = I*R o 5 * 0.008 = 0.04 Volts . Si calculamos la potencia, eso es P = V*R o 0.04 * 0.008 = 0.00032 Watts . 320 Micro vatios. Eso ni siquiera debería registrarse en tu dedo pulgar.

Digo que debería, ya que R _{DS (on)} tiene tres advertencias.

1. Los 8 mΩ se indican como V _GS = 10V I _D = 62A. Tiene en el mejor de los casos 6 Volts V _GS , y obviamente solo una fracción de la corriente en el drenaje.
2. Nota 4: Ancho de pulso ≤ 400μs; Ciclo de trabajo ≤ 2%. No lo estás pulsando, lo tienes al 100% del ciclo de trabajo.
3. La Fig. 4. muestra las resistencias normalizadas de resistencia. Temperatura de la unión (no del caso). A temperatura ambiente, 25 ° C, es 1 (¿Normalizado 8 miliOhm? 1 Ohm? No estoy seguro al 100%) pero a 125 ° C es de 1.75 (Normalizado, 14 milliOhms?)

El R _{DS (encendido)} real es probablemente mayor en una situación de 3 ~ 5 voltios V _GS , 100% de ciclo de trabajo.

Simplemente cabléelo como desee y mida el voltaje a través del drenaje y la fuente, y la corriente a través del drenaje. Con esas dos estadísticas, puedes calcular el R _DS que estás viendo y luego calcular el poder en vatios que se está disipando.

Nota: Tiene un divisor de voltaje de 1k / 1k o la mitad del voltaje de entrada. En el mejor de los casos son 6 voltios en la puerta. Y el Opto basado en NPN está cambiando en el lado alto / medio, lo que puede reducirlo más. No es una configuración ideal.

El controlador de tira LED
Los mosfets utilizados en los controladores de tira de LED simplemente se eligen para las mejores condiciones en base a un V _GS conocido y se supone que 2 Amp I _D . El ciclo de trabajo y el ancho del pulso varían, incluso cuando el 100% "" luz encendida "" no es realmente un ciclo de trabajo del 100% (más como 90%, o menos para el rojo). Si adivinamos el peor de los casos, crap R _DS para los que se encuentran en 0,5 Ohmios, eso es solo 2 vatios, que se pueden manejar con trazas de cobre en la placa del controlador. Idealmente, el R _DS debería ser una fracción muy pequeña de un Ohm. 0.5 no es bueno. 0.005 es 2 órdenes de magnitud mejor.