Mengapa saya memasak MOSFET?


22

Saya telah membuat driver LED MOSFET yang sangat sederhana yang menggunakan PWM dari Arduino Nano untuk mengganti MOSFET yang mengontrol daya sekitar 16 meter strip LED.

Saya menggunakan MOSFET STP16NF06 .

Saya mengendalikan LED RGB, jadi saya menggunakan tiga MOSFET satu untuk setiap warna dan ketika semua 16 meter strip LED berjalan saya menggambar sekitar 9,5 ampere.

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

The MOSFET memiliki sepenuhnya pada resistensi 0,8 Ω, jadi panas saya harus saya kehilangan 2 R saya

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

Datasheet mengatakan saya mendapatkan 62,5 ° C panas per watt, suhu operasi maksimum 175 ° C dan suhu sekitar yang diharapkan kurang dari 50 ° C

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

Saya menjalankan MOSFET ini tanpa pendingin, dan saya membiarkannya berjalan sepanjang malam pada sebuah program yang hanya memutari merah hijau biru putih tanpa henti dan tidak terlalu panas. Saya berharap sirkuit ini dapat berjalan 16+ jam per hari.

Saya menggunakan pasokan daya 12 V untuk LED dan sinyal kontrol 5 V dari Arduino, jadi tidak mungkin bagi saya untuk melebihi tegangan gerbang saluran 60 V atau tegangan sumber gerbang 20 V.

Setelah saya bermain dengan meja saya di kantor ber-AC saya hari ini saya menemukan bahwa saya tidak bisa mematikan saluran merah seperti yang saya bisa sebelumnya pada hari itu. Dan mengukur gerbang untuk mengalirkan tanpa daya terhubung saya menemukan 400 Ω pada saluran merah dan resistensi tinggi tak terukur pada saluran hijau dan biru.

Ini adalah skema yang saya kerjakan. Ini adalah hal yang sama hanya diulang tiga kali dan 5 V adalah sinyal PWM dari Arduino dan LED tunggal tanpa resistor hanyalah penyangga untuk strip LED yang memiliki resistor dan pengaturan solid yang saya rasa tidak saya butuhkan. untuk model.

Ini adalah skema yang saya kerjakan

Saya pikir itu gagal setelah saya memasang Arduino masuk dan keluar dari header pin sekitar 50 kali meskipun saya tidak yakin apa pentingnya yang memiliki sebagai Arduino masih berfungsi.

Masukkan deskripsi gambar di sini

Jadi mengingat itu bekerja selama beberapa hari termasuk satu hari beban tinggi, pertanyaan saya :

  1. Bisakah hotswapping Arduino masuk dan keluar dari sirkuit ini entah bagaimana merusak MOSFET, tetapi tidak Arduino?

  2. Bisakah ESD menjadi pelakunya di sini? Meja saya adalah kayu berlapis resin atau kayu laminasi. Perlu dicatat bahwa sumber ketiga MOSFET adalah GND umum.

  3. Saya tidak punya besi solder yang mewah, dan saya tidak tahu apakah itu melebihi 300 ° C. Namun, saya menggunakan timah solder dan saya menghabiskan waktu sesedikit mungkin pada setiap pin dan saya akan menyolder pin salah satu MOSFET pertama dan kemudian pin salah satu MOSFET kedua, dll, tidak melakukan semua pin dari satu chip secara berurutan dan jika terlalu banyak panas solder adalah masalah mengapa tidak segera membuat masalah? Mengapa itu muncul sekarang?

  4. Apakah ada sesuatu yang saya lewatkan atau kekeliruan dalam perhitungan saya?


11
" Mengapa saya memasak MOSFET? " - Anda mungkin membenci MOSFET.
Harry Svensson

20
"Kenapa aku memasak MOSFET?" - Mungkin MOSFET adalah untuk makan malam ...
Voltage Spike

3
Apa Vgs-mu?
Brian Drummond

8
"Kenapa aku memasak MOSFET?" - karena MOSFET mentah akan memberikan sisa gangguan pencernaan sirkuit.
rackandboneman

2
Apakah Anda bermaksud menggunakan 0,08 ohm dalam perhitungan disipasi daya Anda? Itu faktor 10 dari yang diberikan dalam teks sebelumnya: "MOSFET memiliki sepenuhnya pada resistensi 0,8".
Paul

Jawaban:


46

Masalah Anda adalah tegangan drive gerbang. Jika Anda melihat lembar data untuk STP16NF06, Anda akan melihat bahwa 0,08 Ω Rdson hanya berlaku untuk Vgs = 10 V, dan Anda mengendarainya dengan hanya (sedikit di bawah) 5 V, sehingga resistansi jauh lebih tinggi.

Secara khusus, kita dapat melihat Gambar 6 (Karakteristik Transfer), yang menunjukkan perilaku sebagai Vgs bervariasi. Pada Vgs = 4.75 V dan Vds = 15 V, Id = 6 A, jadi Rds = 15 V / 6 A = 2.5 Ω. (Ini mungkin sebenarnya tidak seburuk itu, karena beberapa nonlinier, tetapi masih lebih dari yang bisa Anda toleransi

ESD juga bisa menjadi masalah: gerbang MOSFET sangat sensitif, dan tidak ada alasan bahwa Arduino (yang mikrokontrolernya memiliki dioda perlindungan ESD) juga akan terpengaruh.

Saya sarankan untuk mendapatkan MOSFET dengan tegangan ambang batas yang cukup rendah untuk diaktifkan sepenuhnya pada 4,5 V. Anda bahkan bisa mendapatkan MOSFET yang menggabungkan perlindungan ESD di gerbang mereka.


16
Patut dikomentari bahwa ini adalah masalah yang sangat umum dengan mengemudi MOSFET dari mikrokontroler - sangat sedikit dari tipe MOSFET daya tinggi umum sepenuhnya pada 5V, dan pada 3.3V hampir tidak mungkin untuk menemukan yang. Saya merasa sering paling sederhana untuk menggunakan transistor kedua (baik bipolar atau hanya MOSFET yang lebih kecil) untuk menggerakkan gerbang pada tegangan yang lebih tinggi. Saya membeli banyak BS170 murah untuk keperluan ini; sementara mereka tidak sepenuhnya hidup di 5V, mereka berhasil cukup baik untuk mendorong beban impedansi tinggi, dan mereka sangat murah.
Jules

8
@ Jules Tidak sulit untuk menemukan FET tingkat logika untuk tegangan rendah dan arus moderat ini. Sebagai contoh acak, TSM170N06CH memiliki Rdson maksimum 20 mΩ pada drive gerbang 4,5 V, dan 66 sen pada DigiKey.
Abe Karplus

Mungkin saya perlu mengganti pemasok saya. Yang terbaik yang dapat saya lihat di Farnell harganya hampir 4 kali lipat, dan sementara Mouser UK memiliki contoh Anda di katalog mereka itu adalah barang yang tidak tersedia. (Hal-hal akan berbeda jika saya bersedia bekerja dengan bagian pemasangan di permukaan, tetapi karena saya suka papan tempat memotong roti sebagian besar proyek sebelum memasang papan untuk mereka, itu bukan tempat yang ingin saya tuju).
Jules

5
@Jules Even Farnell memiliki beberapa pilihan yang layak: pertimbangkan IRLB4132PBF (30 V, 4,5 mΩ pada 4,5 V) seharga £ 0,873. Saya menemukan ini dengan hanya melalui hasil DigiKey dan memeriksa mana yang Farnell juga tebar, karena pencarian Farnell tidak terlalu ramah.
Abe Karplus

16

Poin tentang tegangan gerbang valid, tetapi jika MOSFET tidak memanas, saya tidak yakin itulah penyebab sebenarnya di sini.

16 meter strip LED 12 V yang digerakkan pada beberapa amp akan memiliki induktansi yang signifikan pada frekuensi PWM yang khas. Hal ini menyebabkan lonjakan tegangan di saluran pembuangan setiap kali MOSFET mati. Lonjakan ini pendek dalam durasi, tetapi tegangan bisa berkali-kali dari tegangan suplai.

Solusi untuk masalah khusus ini adalah menambahkan dioda freewheling (Schottky) dalam antiparalel dengan LED, antara + 12V dan tiriskan, sama seperti yang Anda lakukan dengan motor listrik atau beban induktif lainnya.


Atau gunakan dioda longsoran daging sapi lebih besar dari yang ada di MOSFET.
Ignacio Vazquez-Abrams

3
Meskipun tentu saja menambahkan dioda penjepit bukan ide yang buruk, saya tidak berpikir itu adalah masalah dalam kasus ini. Lembar data MOSFET mengklaim bahwa energi maksimum yang dapat dihamburkan oleh internal avalanche diode adalah 130 mJ dalam satu pulsa. Bahkan jika kita mengasumsikan strip LED memiliki induktansi 1 mH konyol, itu hanya 0,5 * 1 mH * (3,2 A) ^ 2 = 5 mJ, yang seharusnya tidak ada masalah dengan dioda internal.
Abe Karplus

Saya pikir bukan itu masalahnya. Topi biru Y-class akan menjadi solusi yang lebih baik karena lonjakan, bahkan jika ada, akan lebih cepat daripada dioda bereaksi.
Zdenek

1
@AbeKarplus: Ini mungkin tidak melebihi batas energi satu-pulsa, tetapi bahkan 5mJ, jika dikalikan dengan tingkat siklus PWM beberapa kHz, adalah urutan kekuatan yang lebih besar (dan pemanasan) daripada daya statis yang dihitung dalam pertanyaan.
Ben Voigt

1
Saya tau? Saya hampir tidak berani mengatakan sepatah kata pun. : o
Dampmaskin

3

Satu hal lagi yang perlu diperiksa.

Ini terlihat seperti pengaturan eksperimental yang terhubung ke satu atau lebih PC dan / atau catu daya plugpack.

Ini sering menghasilkan lingkungan yang tidak dirujuk langsung ke bumi, atau direferensikan di beberapa titik di sirkuit dengan cara yang tidak terkontrol, terutama ketika komputer laptop dengan catu daya yang terhubung dengan dua cabang digunakan.

Catu daya colokan switching "ringan" yang umum cenderung memberi Anda rel keluaran yang sebenarnya memiliki potensial AC impedansi tinggi relatif terhadap arde, pada separuh tegangan listrik, ditumpangkan pada kedua kutub. Hal ini biasanya tidak diperhatikan karena bebannya benar-benar mengambang (aksesori yang terbuat dari plastik), atau tanahnya diikat dengan kuat ke ground (PC desktop), dan impedansinya cukup tinggi untuk tidak melukai Anda (kecuali jika Anda memegang kawat untuk lidah Anda, dekat vena ... jangan, meskipun harus aman.).

Namun, dalam pengaturan tes seperti ini, ini dapat berarti setengah tegangan listrik muncul di tempat yang salah - dan 60V atau bahkan 120V (sebenarnya, tegangan puncak sekitar 170V dalam kasus terburuk ...) dapat cukup untuk merusak gerbang. dari MOSFET yang tidak terlindungi jika beberapa elektroda lainnya adalah arde yang direferensikan dengan cara apa pun (misalnya oleh orang yang beralasan baik menyentuh saluran atau rangkaian sumber).


Itu poin yang bagus. Saya pernah menggoreng meter saya ketika saya menyentuh perisai antena router. Masalahnya adalah tegangan hidup bocor melalui adaptor! Saya kemudian meletakkannya dan itu baik-baik saja lagi. Mereka tidak boleh menjual adaptor isolasi ganda jelek dengan perangkat bermerek.
Zdenek
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.