¿Por qué estoy cocinando MOSFETs?

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He creado un controlador LED MOSFET muy simple que utiliza el PWM de un Arduino Nano para cambiar a MOSFET que controla la potencia durante unos 16 metros de tira de LED.

Estoy usando MOSFET STP16NF06 .

Estoy controlando los LED RGB, así que uso tres MOSFET uno para cada color y cuando los 16 metros de tira de LED se ejecutan, estoy consumiendo aproximadamente 9.5 amperios.

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

El MOSFET tiene una resistencia total de 0,8, por lo que mi calor debería ser mi I 2 R pérdida de

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

La hoja de datos dice que obtengo 62.5 ° C de calor por vatio, la temperatura máxima de funcionamiento es de 175 ° C y la temperatura ambiente esperada es inferior a 50 ° C

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

Estoy ejecutando estos MOSFET sin un disipador de calor, y lo he dejado funcionando toda la noche en un programa que solo alterna rojo verde azul blanco sin parar y no se sobrecalentó. Espero que este circuito pueda funcionar más de 16 horas por día.

Estoy usando una fuente de alimentación de 12 V para los LED y una señal de control de 5 V del Arduino, por lo que no debería ser posible que exceda el voltaje de la compuerta de drenaje de 60 V o el voltaje de la fuente de la compuerta de 20 V.

Hoy, cuando estaba jugando con él junto a mi escritorio en mi oficina con aire acondicionado, descubrí que no podía apagar el canal rojo como lo había hecho al principio del día. Y la compuerta de medición para drenar sin alimentación eléctrica encontré 400 Ω en el canal rojo y una resistencia inmensamente alta en los canales verde y azul.

Este es el esquema con el que estoy trabajando. Es lo mismo que se repite tres veces y el 5 V es una señal PWM del Arduino y el único LED sin resistencia es solo un soporte para la tira de LED que tiene resistencias y una configuración sólida que no sentí que necesitaba para modelar.

CreoquefallódespuésdequeconectéelArduinodentroyfueradesusencabezadosdepinesunas50veces,aunquenoestoysegurodequésignificadotieneelArduinoqueaúnfunciona.

Por lo tanto, dado que funcionó durante unos días, incluido un día de alta carga, mis preguntas :

  1. ¿Podría hotswapping el Arduino dentro y fuera de este circuito de alguna manera dañar los MOSFET, pero no el Arduino?

  2. ¿Podría el ESD ser el culpable aquí? Mi escritorio es una madera recubierta de resina o madera laminada. Cabe señalar que la fuente de los tres MOSFET es la GND común.

  3. No tengo un soldador elegante, y no tengo idea de si supera los 300 ° C. Sin embargo, usé soldadura de plomo y pasé el menor tiempo posible en cada pin y soldaría uno de los primeros MOSFET y luego uno de los segundos MOSFET, etc., no haciendo todos los pines de un chip consecutivamente y si es demasiado el calor de la soldadura era el problema, ¿por qué no habría creado el problema de inmediato? ¿Por qué ha aparecido ahora?

  4. ¿Hay algo que me haya faltado o un descuido en mis cálculos?

pregunta hamsolo474

3 respuestas

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Su problema es el voltaje de la unidad de compuerta. Si observa la hoja de datos del STP16NF06, verá que el 0.08 Ω Rdson solo se aplica para Vgs = 10 V, y lo está manejando con solo (un poco menos) 5 V, por lo que la resistencia es mucho mayor.

Específicamente, podemos ver la Figura 6 (Características de transferencia), que muestra el comportamiento, ya que Vgs varía. En Vgs = 4.75 V y Vds = 15 V, Id = 6 A, entonces Rds = 15 V / 6 A = 2.5 Ω. (Puede que en realidad no sea tan malo, debido a algunas no linealidades, pero aún así es más de lo que puedes tolerar

La ESD también podría ser un problema: las puertas de los MOSFET son muy sensibles, y no hay razón para que el Arduino (cuyo microcontrolador tenga diodos de protección contra la ESD) también se vea afectado.

Le sugeriría que obtenga un MOSFET con un voltaje de umbral lo suficientemente bajo como para que esté completamente a 4.5 V. Incluso puede obtener MOSFET que incorporen protección contra ESD en su puerta.

    
respondido por el Abe Karplus
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El punto sobre el voltaje de la compuerta es válido, pero si el MOSFET no se está calentando, no estoy seguro de que sea el verdadero culpable aquí.

16 metros de una tira LED de 12 V accionada a varios amperios tendrá una inductancia significativa en las frecuencias típicas de PWM. Esto causa picos de voltaje en el drenaje cada vez que se apaga el MOSFET. Estos picos tienen una duración corta, pero la tensión puede ser muchas veces mayor que la tensión de alimentación.

La solución a este problema en particular es agregar un diodo de acción libre (Schottky) en antiparalelo con los LED, entre +12 V y drenaje, tal como lo haría con un motor eléctrico u otra carga inductiva.

    
respondido por el Dampmaskin
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Una cosa más para comprobar.

Esto parece una configuración experimental conectada a una o más fuentes de alimentación de PC y / o plugpack.

Esto a menudo genera un entorno que en ningún lugar se hace referencia directa a tierra física, o se hace referencia a él en algún punto del circuito de manera incontrolada, especialmente cuando se usa una computadora portátil con una fuente de alimentación conectada a dos patas.

Las fuentes de alimentación conmutadas "livianas" comunes del paquete de enchufes tienden a darle rieles de salida que en realidad tienen un potencial de CA de alta impedancia en relación con la tierra, a la mitad de la tensión de red, superpuesta en ambos polos. Por lo general, esto pasa desapercibido porque la carga es completamente flotante (un accesorio con cubierta de plástico) o su tierra está firmemente conectada a tierra (una PC de escritorio), y la impedancia es lo suficientemente alta como para no lastimarlo (a menos que sostenga un cable para su lengua, cerca de una vena ... no lo haga, aunque sea seguro.).

Sin embargo, en una configuración de prueba como esta, puede significar que la mitad del voltaje de la red aparece en el lugar equivocado, y 60V o incluso 120V (en realidad, un voltaje máximo de alrededor de 170V en el peor de los casos ...) puede ser suficiente para dañe la compuerta de un MOSFET desprotegido si algún otro electrodo está conectado a tierra de alguna manera (por ejemplo, si una persona bien conectada a tierra toca el drenaje o el circuito de la fuente) ..

    
respondido por el rackandboneman

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