1A पर पावर MOSFET ओवरहीटिंग

Question

मैं WS2803 निरंतर वर्तमान एलईडी ड्राइवर, TLP250 MOSFET ड्राइवरों और IRF540N MOSFETs का उपयोग करके एक arduino नियंत्रित RGB LED ड्राइवर का निर्माण कर रहा हूं। यह इस तरह दिखता है:

चित्र नीचे मिला, इसलिए यह देखना कठिन है, R3, R7 और R11 1k प्रतिरोधक हैं।

यह सर्किट 5 मीटर आरजीबी एलईडी स्ट्रिप (100 खंड) चला रहा है और अधिकतम 2 ए / चैनल का उपभोग करना चाहिए। इसलिए प्रत्येक MOSFET को 13A अधिकतम पर 2A को संभालने की आवश्यकता है। IRF540N को 100V / 33A पर रेट किया गया है। RDSon 44mOhm होना चाहिए। इस प्रकार मैंने सोचा कि एक हीट के लिए कोई ज़रूरत नहीं होगी।

मैं स्पष्ट रूप से इस बात को पीडब्लूएम (WS2803 पीडब्लूएम 2.5kHz पर) करना चाहता हूं, लेकिन चलो पूर्ण राज्य पर ध्यान केंद्रित करते हैं। मेरे पास जो समस्या है वह यह है कि MOSFETS पूरी तरह से चालू स्थिति में ओवरहीटिंग कर रहा है (कोई स्विचिंग चालू नहीं है)। आप उन मूल्यों को देख सकते हैं जिन्हें मैंने चित्र पर पूर्ण स्थिति में मापा है।

TLP250 MOSFETs को सही ढंग से ड्राइव करने के लिए लगता है (VGS = 10.6V) लेकिन मुझे समझ में नहीं आता है कि मुझे इतना अधिक VDS क्यों मिलता है (जैसे लाल एलईडी पर 0.6V)। उन MOSFETs में RDSon 44mOhm होना चाहिए, इसलिए जब 1.4A इसके माध्यम से बह रहा है, तो इसे 0.1V से कम की वोल्टेज ड्रॉप बनाना चाहिए।

मैंने जिन चीजों की कोशिश की:

• TLP250 को हटा दिया और गेट पर सीधे 13V लागू किया - सोच रहा था कि MOSFET पूरी तरह से खुला नहीं है लेकिन यह बिल्कुल भी मदद नहीं करता है, VDS अभी भी 0.6V पर था
• एलईडी पट्टी को हटा दिया और लाल चैनल पर एक कार बल्ब 12V / 55W का इस्तेमाल किया। 3.5A बह रहा था, VDS 2V पर था और MOSFET गर्म हो रहा था

तो मेरे सवाल हैं:

1. VDS इतना अधिक क्यों है और MOSFET ओवरहीटिंग क्यों है?
2. यहां तक ​​कि वीवीएस के साथ 0.6V और आईडी पर 1.4A की शक्ति 0.84W है जो मुझे लगता है कि बिना हीट के ठीक होना चाहिए?
3. क्या मैं कम शक्तिशाली MOSFET के साथ बेहतर हो सकता हूं, जैसे कि 20V / 5A? या तर्क स्तर MOSFETs का उपयोग करें और इसे सीधे WS2803 से ड्राइव करें (हालांकि मुझे TLP250 का ऑप्टिकल अलगाव पसंद है)।

कुछ नोट:

• मेरे पास इस समय केवल एक ब्रेडबोर्ड है और तारों को जो MOSFET के स्रोत को GND से जोड़ते हैं, वास्तव में बहुत गर्म हो जाते हैं। मुझे पता है कि यह सामान्य है क्योंकि उनके माध्यम से एक अपेक्षाकृत उच्च प्रवाह है, लेकिन मुझे लगा कि मैं अभी इसका उल्लेख करता हूं
• मैंने चीन से थोक में MOSFETs खरीदे, क्या ऐसा हो सकता है कि वे वास्तव में IRF540Ns नहीं हैं और उनके पास बहुत अधिक चश्मा हो?

संपादित करें: एक और बात। मैंने यहाँ से MOSFET ड्राइवर के आधार पर यह कंट्रोलर बनाया है । लड़का TLP250 के लिए और लोड के लिए अलग-अलग बिजली स्रोतों का उपयोग कर रहा है (Vsupply, VMOS)। मैंने दोनों के लिए एक ही स्रोत का उपयोग किया। यकीन नहीं होता कि क्या मायने रखता है। और मेरी बिजली की आपूर्ति 12 वी 10 ए विनियमित है इसलिए मुझे नहीं लगता कि बिजली की आपूर्ति समस्या है।

धन्यवाद।

Comments

क्या आप बता सकते हैं कि आपको कैसे कहा गया है (कहना) सभी लाल एल ई डी जुड़े हुए हैं - क्या तीन एल ई डी की एक श्रृंखला प्रति 330R है और इसलिए तीन में से एक लंप में लगभग 20mA लगता है। तब समानांतर अर्थ में ६० लॉट होते हैं ४० एमएआर के कुल कुल प्रवाह के साथ कुल ६० एल ई डी। कृपया बताएं कि एल ई डी को कैसे कॉन्फ़िगर किया गया है - मैं नहीं देख सकता कि लाल एल ई डी के लिए आपको 1.4 ए कैसे मिलता है, यह हरे रंग के एल ई डी के लिए कम क्यों है जब श्रृंखला प्रतिरोध कम होता है।

— एंडी उर्फ

मैंने एलईडी को एक एलईडी पट्टी के प्रतिनिधित्व के रूप में योजनाबद्ध रूप से रखा है। यह एक नियमित रूप से 5 मीटर आरजीबी एलईडी पट्टी है जो इस एक आरजीबी एलईडी पट्टी की तरह आम एनोड के साथ है । Btw। आरजीबी नियंत्रक (सफेद बॉक्स) जिसे पट्टी के साथ आपूर्ति की गई थी, आर, जी और बी के लिए छोटे धाराओं के समान है, लेकिन सिद्धांत रूप में ये 72 डब्ल्यू स्ट्रिप्स (12 वी, 6 ए) हैं, लेकिन आपको कभी नहीं मिलेगा। 50W जैसा कुछ अधिक यथार्थवादी है।

— मेराक

और आपकी गणना सही है, 60 एमए की 1 मी प्रति 400 एमएएच। तो 5A प्रति 5 मी लेकिन आप कभी भी इसे हासिल नहीं करेंगे क्योंकि पट्टी में आम एनोड "तार" शायद ही महत्वपूर्ण नुकसान के बिना 6 ए को धक्का दे सकता है। इसलिए मुझे 2A के बजाय 1.4A मिलता है।

— मारेक

मारेक, किस तंत्र द्वारा तार "कभी प्राप्त नहीं होगा"? आप विशेष रूप से "महत्वपूर्ण नुकसान" को क्या जिम्मेदार ठहरा रहे हैं?

— डार्रोन

क्या यह संभव है कि लीड-ब्रेडबोर्ड कनेक्शन का प्रतिरोध वास्तव में गर्मी (और प्रतिरोध) का प्रमुख स्रोत है? क्या आप FET पैकेज पिन पर वोल्टेज ड्रॉप को सीधे माप सकते हैं?

— कॉनर वुल्फ

Answer 1

एक प्रतिष्ठित विक्रेता से IRF540N प्राप्त करने के बाद, मैं निश्चित रूप से पुष्टि कर सकता हूं कि जो मैं मूल रूप से उपयोग कर रहा था वह नकली हैं।

असली चैनल के साथ नकली की जगह लेने के बाद मुझे रेड चैनल पर Vds = 85mV मिला। हालांकि मैं यह उम्मीद नहीं कर रहा था कि वास्तविक एफईटी एक या दो मिनट बाद गर्म हो जाएगा। और तब मुझे महसूस हुआ कि वे FETs खुद ज्यादा गर्मी नहीं पैदा कर रहे हैं, बल्कि ब्रेडबोर्ड और तारों (कॉनर वुल्फ का उल्लेख करते हैं) से गर्म हो जाते हैं (और काफी)। एफईटी के स्रोत को जीएनडी से जोड़ने वाले लघु तार जब पूरे राज्य में होते हैं, तो गर्म चिल्ला रहे हैं। ब्रेडबोर्ड को बंद करने से एफईटी की पुष्टि होती है कि गर्मी का स्रोत ब्रेडबोर्ड / तार था। नकली एक गर्म हो रहा था, लेकिन मैं वास्तव में इसे छूने से शांत कर सकता था। असली एक कमरे के तापमान और गर्म हवा के बीच कहीं था। Btw। FET पिन पर सीधे Vds को मापना बनाम इसे मापने के लिए 1cm दूर ब्रेडबोर्ड पर बनाया गया लगभग 200 mV अंतर (पिन पर 85mV, ब्रेडबोर्ड पर 300mV)।

यहाँ कुछ चित्र हैं, बाईं ओर नकली, दाईं ओर वास्तविक और नीचे की तरफ निर्माता के भाग का अंकन:

हालाँकि इस दस्तावेज़ में दिखाए गए अधिक IRF पैकेज मार्किंग संभव हैं लेकिन मुझे नकली के समान कोई नहीं मिला (जो केवल समर्थन करता है कि यह एक नकली है)। इसके अलावा पिछली प्लेट के शीर्ष पर कटआउट वास्तविक और कल्पना में आयताकार बनाम गोल हैं।

आपकी सभी टिप्पणियों के लिए धन्यवाद दोस्तों! सर्किट अब अपेक्षित (PWM शामिल) के रूप में काम करता है।

Comments

हम्म मैं नकली और IR लोगो की स्टाइल पसंद कर रहा हूँ अच्छा है

— एंडी उर्फ

हाँ, जब मैंने लोगो को वास्तविक रूप से देखा तो मुझे लगा कि मुझे एक और नकली मिला है :)

— मेराक

सीखा जाने वाला एक सबक - प्रतिष्ठित स्रोत से अधिक खर्च करें और खरीदें (भले ही वे अभी भी थोड़ा संदिग्ध दिखें)। खुशी है कि यह दोस्त मिल गया। हर बार जब मैं इस पद पर प्रगति को देखने के लिए वापस आया तो मुझे आपकी ओर से वह डूबता हुआ भाव मिला - शायद आपको आपूर्तिकर्ता का नाम और शर्म करना चाहिए?

— एंडी उर्फ

शानदार प्रतिक्रिया। "ट्रांजिस्टर नकली था, धन्यवाद" से बहुत बेहतर। हमारे लिए भी कुछ जानकारी लाता है। +1

— वासिली

@Andyaka मैं जिस चीज पर काम कर रहा हूं, वह एक अंतिम उत्पाद की तुलना में अवधारणा का एक प्रमाण है, इसलिए मुझे इस समय निचले नमूनों वाले भागों का उपयोग करने में कोई आपत्ति नहीं है लेकिन मैंने नहीं सोचा था कि मैं इस तरह की स्थिति में समाप्त हो जाऊंगा (जब कल्पना भी दूर से वास्तविकता से मेल नहीं खाती है)। खैर कम से कम मैंने कुछ नया सीखा। और यह AliExpress पर MANY के विक्रेताओं में से एक था और शायद उसके जैसे दर्जनों और भी हैं इसलिए मुझे उसके नाम का कोई मतलब नहीं है। अगर मैंने पाया है कि इससे पहले कि मैंने विक्रेता को रेट किया तो ये नकली हैं 5 स्टार मुझे शायद पूर्ण वापसी मिलेंगे क्योंकि वे AliExpress पर 1 स्टार रेटिंग से काफी डरते हैं।

— मर्क

Answer 2

आपके माप के अनुसार, प्रतिरोध पर सबसे ऊपरी ट्रांजिस्टर है:

$$R_{ON}=\frac{V_{DS}}{I_{D}}=428m\Omega$$

$44m\Omega$

$I_D=33A$

इसके अलावा, जैसा कि मदमंगुरुमन ने अपने जवाब में कहा है, जंक्शन-टू-एंबिएंट थर्मल प्रतिरोध के सबसे खराब स्थिति को ध्यान में रखते हुए, आपको ट्रांजिस्टर के तापमान में उचित वृद्धि का निरीक्षण करना चाहिए।

निष्कर्ष: आपके द्वारा दिया गया डेटा सुसंगत नहीं है।

त्रुटि के संभावित स्रोत:

• आपके द्वारा उपयोग किए जा रहे ट्रांजिस्टर IRF540N नहीं हैं
• आपका माप उपकरण सटीक नहीं है
• आप माप सही तरीके से नहीं लेते हैं। आपकी टिप्पणियों से पता चलता है कि आप उन्हें ठीक से लेते हैं।
• मुझे गलत समझा गया

पहले दो मेरी राय में त्रुटि के सबसे संभावित स्रोत हैं।

अपने प्रश्न के दूसरे भाग के रूप में, आप निश्चित रूप से कुछ कम वोल्टेज ट्रांजिस्टर के साथ बेहतर हो सकते हैं। प्रतिरोध पर कम से कम संभव चैनलों की आवश्यकता होती है, जबकि छोटे चैनलों के साथ उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज को प्राप्त करना मुश्किल होता है। इस मामले में, जहां आप इस उच्च ड्रेन-टू-सोर्स वोल्टेज को देखने की उम्मीद नहीं करते हैं, आप प्रतिरोध पर कम के लिए कुछ वोल्टेज रेटिंग "व्यापार" कर सकते हैं।

Comments

+1 यह बताने के लिए कि संख्याएँ नहीं जोड़ी गईं।

— gsills

Answer 3

मुझे लगता है कि "अतिभक्ति" एक अतिशयोक्ति है। हॉट, हां, लेकिन ओवरहीटिंग, नहीं।

आईआर भाग के लिए गैर-हीटसिंक जंक्शन-टू-एम्बिएंट थर्मल प्रतिरोध है:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

0.84W पर, यह परिवेश पर 52 डिग्री सेल्सियस तापमान पर है, जो डिवाइस को छूने के लिए बहुत गर्म बना देगा। इस हिस्से को 175 डिग्री सेल्सियस ऑपरेशन के लिए रेट किया गया है, लेकिन यह शायद ही कभी एक अच्छा विचार है कि वहां पर कुछ हिस्सों को एक ऑपरेटर जला सकता है।

आप कम भाग को चुनना सबसे अच्छा होगा । आपको इस एप्लिकेशन के लिए 100V की आवश्यकता नहीं है, और 40V से 60V रेंज में बहुत बेहतर प्रदर्शन करने वाले भाग मिलेंगे - उदाहरण के लिए, Infineon OptiMOS के पुर्जे 40V में बराबर हो सकते हैं और TO-220 में उपलब्ध हैं (बस उन्हें स्वैप करें)।$R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$

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मेरा परिवेश 20 ° C है, इसलिए इसका परिणाम 72 ° C होगा। लेकिन मेरे FET प्लास्टिक (मल्टीमीटर जांच, ब्रेडबोर्ड) पिघल रहे हैं। यह निश्चित नहीं है कि यह किस प्रकार का प्लास्टिक है, लेकिन मेरा मानना ​​है कि तापमान 72 ° C से अधिक है। और सलाह के लिए धन्यवाद। मैं आपके द्वारा सुझाए गए के समान कम VDS और कम RDS के साथ कुछ FET का आदेश दूंगा (साथ में IRF540N के साथ यह पता लगाने के लिए कि क्या मेरे पास नकली है)।

— मारेक

जंक्शन के तापमान में की वृद्धि हुई है । मामले के तापमान में वृद्धि और भी कम होगी, जो डेटा को और भी असंगत बना देती है। $52^{\circ}C$

— वासिली

जंक्शन-से-केस थर्मल प्रतिरोध केवल एक काल्पनिक 'अनंत हीटसिंक' स्थिति पर लागू होता है। मेरा अनुभव मुझे यह विश्वास दिलाता है कि बिना हीट और फिर भी हवा के साथ, मामला लगभग 1W अपव्यय पर बहुत गर्म होगा जब तक कि बहुत सारी गर्मी पीसीबी में नहीं ली जा रही है।

— एडम लॉरेंस