Почему я готовлю МОП-транзисторы?

Я сделал очень простой светодиодный драйвер MOSFET, который использует PWM Arduino Nano для переключения MOSFET, который управляет мощностью около 16 метров светодиодной ленты.

Я использую STP16NF06 MOSFET .

Я управляю светодиодами RGB, поэтому я использую три полевых МОП-транзистора по одному для каждого цвета, и когда все 16-метровые светодиодные ленты работают, я рисую около 9,5 ампер.

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

МОП-транзистор имеет полное сопротивление 0,8 Ом, поэтому моя тепло должно быть моей потерей I ² R

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

Лист данных говорит, что я получаю 62,5 ° C тепла на ватт, максимальная рабочая температура составляет 175 ° C, а ожидаемая температура окружающей среды составляет менее 50 ° C.

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

Я запускаю эти МОП-транзисторы без радиатора, и я оставляю его включенным всю ночь на программе, которая просто циклически переключает красный, зеленый, белый, и она не перегревается. Я ожидаю, что эта трасса сможет работать более 16 часов в день.

Я использую источник питания 12 В для светодиодов и управляющий сигнал 5 В от Arduino, поэтому у меня не должно быть возможности превышать напряжение на затворе 60 В или напряжение на затворе 20 В.

После того, как я сегодня играл с ним за столом в своем кондиционированном офисе, я обнаружил, что не могу отключить красный канал, как мог раньше в тот же день. И измерительный затвор для стока без подключения к сети, я нашел 400 Ω на красном канале и неизмеримо высокое сопротивление на зеленом и синем каналах.

Это схема, с которой я работаю. Это то же самое, только трижды повторяемое, и 5 В - это ШИМ-сигнал от Arduino, а одиночный светодиод без резистора - просто подставка для светодиодной ленты с резисторами и надежной установкой, которая, как мне казалось, не нужна моделировать.

Я думаю, что он потерпел неудачу после того, как я подключил Arduino к разъемам выводов примерно 50 раз, хотя я не уверен, какое значение это имеет, поскольку Arduino все еще работает.

Итак, учитывая, что он работал в течение нескольких дней, включая один день высокой нагрузки, мои вопросы :

1. Может ли горячая остановка Arduino в и из этой схемы каким-то образом повредить МОП-транзисторы, но не Arduino?

2. Может ли ОУР как-то быть здесь виновником? Мой рабочий стол покрыт смолой или ламинированной древесиной. Следует отметить, что источником всех трех MOSFET является общий GND.

3. У меня нет причудливого паяльника, и я понятия не имею, поднимается ли он выше 300 ° C. Тем не менее, я использовал свинцовый припой, и я потратил как можно меньше времени на каждый вывод, и я бы припаял вывод одного из первого MOSFET, а затем закрепил один из второго MOSFET и т. Д., Не выполняя последовательно все выводы из одного чипа и, если слишком много жар пайки был проблемой, почему это не создало проблему немедленно? Почему это появилось сейчас?

4. Есть ли что-то, что я пропустил или упущение в моих расчетах?

Ваша проблема - напряжение привода затвора. Если вы посмотрите таблицу данных для STP16NF06, вы увидите, что 0,08 Ом Rdson применяется только для Vgs = 10 В, и вы управляете им только с (немного ниже) 5 В, так что сопротивление намного выше.

В частности, мы можем посмотреть на рисунок 6 (Характеристики передачи), который показывает поведение при изменении Vgs. При Vgs = 4,75 В и Vds = 15 В, Id = 6 А, поэтому Rds = 15 В / 6 А = 2,5 Ом. (Это может быть не так уж плохо из-за некоторых нелинейностей, но это все же больше, чем вы можете терпеть

ESD также может быть проблемой: ворота MOSFET очень чувствительны, и нет никаких причин, по которым Arduino (чей микроконтроллер имеет защитные диоды ESD) также обязательно будет затронут.

Я бы посоветовал получить полевой МОП-транзистор с достаточно низким пороговым напряжением, чтобы он был полностью включен при напряжении 4,5 В. Вы даже можете приобрести полевые МОП-транзисторы, которые включают в себя защиту от электростатического разряда на своих воротах.

Пункт о напряжении затвора действителен, но если MOSFET не нагревается, я не уверен, что это фактический виновник здесь.

16-метровая светодиодная лента 12 В с несколькими амперами будет иметь значительную индуктивность на типичных частотах ШИМ. Это вызывает скачки напряжения на стоке каждый раз, когда полевой МОП-транзистор выключается. Эти пики коротки по длительности, но напряжение может быть во много раз больше напряжения питания.

Решение этой конкретной проблемы заключается в добавлении диода свободного хода (Schottky) в антипараллельной части со светодиодами, между +12 В и стоком, как вы это делаете с электродвигателем или другой индуктивной нагрузкой.

Еще одна вещь, чтобы проверить.

Это похоже на экспериментальную установку, подключенную к одному или нескольким ПК и / или штекерным источникам питания.

Это часто приводит к среде, которая нигде не связана напрямую с заземлением или неконтролируемой ссылкой на нее в некоторой точке цепи, особенно когда используется портативный компьютер с двухконтактным источником питания.

Обычные «легкие» импульсные блоки питания имеют тенденцию давать вам выходные рельсы, которые на самом деле имеют высокоимпедансный потенциал переменного тока относительно земли при половине напряжения сети, наложенного на оба полюса. Это обычно остается незамеченным, потому что нагрузка либо полностью плавает (аксессуар в пластиковом корпусе), либо имеет заземление, жестко привязанное к заземлению (настольный ПК), и сопротивление достаточно велико, чтобы не повредить вас (если вы не держите провод к ваш язык, рядом с веной ... нет, даже если это должно быть безопасно.).

Однако в такой тестовой конфигурации это может означать, что половина напряжения сети появляется в неправильном месте - и 60 В или даже 120 В (на самом деле, пиковое напряжение около 170 В в худшем случае ...) может быть достаточно, чтобы повредить затвор незащищенного полевого МОП-транзистора, если какой-либо другой электрод заземлен каким-либо образом (например, хорошо заземленным человеком, касающимся цепи стока или источника).