Moc przegrzania MOSFET przy 1A

Buduję sterownik LED RGB sterowany arduino, używając sterownika prądu stałego WS2803, sterowników TLP250 MOSFET i tranzystorów MOSFET IRF540N. Tak to wygląda:

Obraz został przeskalowany, więc trudniej go zobaczyć, R3, R7 i R11 są rezystorami 1k.

Obwód ten napędza pasek LED RGB o długości 5 m (100 segmentów) i powinien zużywać maksymalnie 2A / kanał. Dlatego każdy MOSFET powinien obsługiwać 2A przy maks. 13 V. IRF540N ma moc znamionową 100 V / 33 A. RDSon powinien wynosić 44mOhm. Pomyślałem więc, że radiator nie będzie potrzebny.

Oczywiście chcę PWM to zrobić (WS2803 PWM przy 2,5 kHz), ale skupmy się na pełnym stanie WŁĄCZENIA. Problem, który mam, polega na tym, że MOSFETY poważnie się przegrzewają w pełnym stanie WŁĄCZENIA (bez włączania). Możesz zobaczyć wartości, które zmierzyłem w pełnym stanie włączenia na zdjęciu.

Wydaje się, że TLP250 prawidłowo steruje tranzystorami MOSFET (VGS = 10,6 V), ale nie rozumiem, dlaczego mam tak wysokie VDS (jak 0,6 V na czerwonych diodach LED). Te tranzystory MOSFET powinny mieć RDSon 44mOhm, więc gdy przepływa przez nie 1,4A, powinno to spowodować spadek napięcia mniejszy niż 0,1 V.

Rzeczy, których próbowałem:

• usunąłem TLP250 i przyłożyłem 13 V prosto do bramki - myślałem, że MOSFET nie są w pełni otwarte, ale to wcale nie pomogło, VDS wciąż był na poziomie 0,6 V
• usunąłem pasek LED i zastosowałem żarówkę samochodową 12V / 55W na czerwonym kanale. Przepływało 3.5A, VDS było na 2V i rosło, gdy MOSFET się rozgrzewał

Więc moje pytania to:

1. dlaczego VDS jest tak wysoki i dlaczego przegrzewa się MOSFET?
2. nawet przy VDS przy 0,6 V i ID przy 1,4 A moc wynosi 0,84 W, co, jak zakładam, powinno być w porządku bez radiatora?
3. czy byłoby lepiej z mniej wydajnym MOSFETEM, takim jak 20V / 5A? Lub użyj MOSFET-ów na poziomie logicznym i steruj nimi bezpośrednio z WS2803 (chociaż podoba mi się izolacja optyczna TLP250).

Kilka notatek:

• W tej chwili mam ten obwód tylko na płycie breadboard, a przewody łączące źródło MOSFET-a z GND też się rozgrzewają. Wiem, że jest to normalne, ponieważ przepływa przez nie stosunkowo wysoki prąd, ale pomyślałem, że o tym wspomnę
• Kupiłem tranzystory MOSFET luzem z Chin, czy to możliwe, że tak naprawdę nie są to IRF540N i mają znacznie niższe parametry?

EDYCJA: Jeszcze jedno. Stworzyłem ten kontroler na podstawie sterownika MOSFET stąd . Facet używa osobnych źródeł zasilania dla TLP250 i dla obciążenia (Vsupply, VMOS). Użyłem tego samego źródła dla obu. Nie jestem pewien, czy to ma znaczenie. A mój zasilacz jest regulowany 12V 10A, więc nie sądzę, że problem stanowi zasilacz.

Dzięki.

Po otrzymaniu IRF540N od renomowanego sprzedawcy zdecydowanie mogę potwierdzić, że te, których pierwotnie używałem, są podrobione.

Po wymianie fałszywego na prawdziwy dostałem Vds = 85mV na czerwonym kanale. Nie spodziewałem się jednak, że prawdziwy FET stał się gorący po około minucie. I wtedy zdałem sobie sprawę, że te tranzystory polowe same nie wytwarzają dużo ciepła, ale raczej się nagrzewają (i całkiem sporo) z płyty pilśniowej i drutów (wspomniał o tym Connor Wolf). Krótkie przewody łączące źródło FET z GND krzyczą gorąco, gdy jest on w pełni włączony. Usunięcie tranzystorów polowych z płyty pilśniowej potwierdziło, że źródłem ciepła była płyta / druty. Fałszywa robiła się gorąca, ale mogłem ją ochłodzić, dotykając jej. Oryginalny był gdzieś pomiędzy temperaturą pokojową a letnią ciepłą. Btw. pomiar Vds bezpośrednio na stykach FET vs pomiar 1 cm dalej na płytce chlebowej spowodował różnicę około 200 mV (85 mV na stykach, 300 mV na desce)

Oto kilka zdjęć, fałszywych po lewej stronie, oryginalnych po prawej i oznakowania części producenta na dole:

Chociaż możliwe jest więcej oznaczeń paczek IRF, jak pokazano w tym dokumencie, nie mogłem znaleźć żadnego podobnego do fałszywego (który obsługuje tylko to, że jest to podróbka). Również wycięcia w górnej części tylnej płyty są prostokątne w stosunku do okrągłego na oryginale i specyfikacji.

Dziękuję wszystkim za wszystkie komentarze! Obwód działa teraz zgodnie z oczekiwaniami (w tym PWM).

Według twoich pomiarów, najwyższy opór tranzystora wynosi:

$44m\Omega$

$I_D=33A$

Ponadto, jak stwierdził Madmanguruman w swojej odpowiedzi, biorąc pod uwagę najgorszy scenariusz oporu cieplnego połączenia z otoczeniem, powinieneś zaobserwować rozsądny wzrost temperatury tranzystora.

Wniosek: podane przez Ciebie dane nie są spójne.

Możliwe źródła błędu:

• Tranzystory, których używasz, nie są IRF540N
• Twój sprzęt pomiarowy nie jest dokładny
• Nie wykonujesz poprawnie pomiarów. Twoje komentarze pokazują jednak, że dobrze je przyjmujesz.
• jestem w błędzie

Pierwsze dwa są moim zdaniem najbardziej prawdopodobnymi źródłami błędu.

Jeśli chodzi o drugą część pytania, na pewno lepiej będzie, jeśli zastosujesz tranzystor o niższym napięciu. Niski opór wymaga możliwie najkrótszych kanałów, podczas gdy wysokie napięcie przebicia jest trudne do osiągnięcia w przypadku krótkich kanałów. W takim przypadku, gdy nie spodziewasz się tak wysokich napięć dren-źródło, możesz „wymienić” pewną wartość napięcia, aby obniżyć rezystancję.

Myślę, że „przegrzanie” to trochę przesada. Tak, ale przegrzanie, nie.

Odporność cieplna złącza radiatora na działanie otoczenia dla części IR wynosi:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

Przy 0,84 W wzrost temperatury o 52 ° C w stosunku do temperatury otoczenia powoduje, że urządzenie jest zbyt gorące, by go dotknąć. Część jest przystosowana do pracy w 175 ° C, ale rzadko dobrym pomysłem jest posiadanie części, które mogą spalić operatora.

$R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$