Mengapa saya memasak MOSFET?

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.

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.

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?

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.

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.

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).