Pourquoi je cuisine des MOSFET?

J'ai créé un pilote de LED MOSFET très simple qui utilise le PWM d'un Arduino Nano pour commuter un MOSFET qui contrôle la puissance d'environ 16 mètres de bande LED.

J'utilise STP16NF06 MOSFETs .

Je contrôle les LED RVB, j'utilise donc trois MOSFET, un pour chaque couleur et lorsque les 16 mètres de bande de LED fonctionnent, je dessine environ 9,5 ampères.

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

Le MOSFET a une résistance de 0,8 Ω, donc ma chaleur devrait être ma perte I ² R de

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

La fiche technique indique que j'obtiens 62,5 ° C de chaleur par watt, la température de fonctionnement maximale est de 175 ° C et la température ambiante prévue est inférieure à 50 ° C

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

J'exécute ces MOSFET sans dissipateur de chaleur, et je l'ai laissé fonctionner toute la nuit sur un programme qui ne fait que tourner rouge vert bleu blanc sans arrêt et il n'a pas surchauffé. Je m'attends à ce que ce circuit puisse fonctionner plus de 16 heures par jour.

J'utilise une alimentation 12 V pour les LED et un signal de commande 5 V de l'Arduino, il ne devrait donc pas être possible pour moi de dépasser la tension de grille de drain de 60 V ou la tension de source de grille de 20 V.

Après avoir joué avec à côté de mon bureau dans mon bureau climatisé aujourd'hui, j'ai constaté que je ne pouvais pas éteindre le canal rouge comme je le pouvais plus tôt dans la journée. Et en mesurant la grille pour drainer sans alimentation connectée, j'ai trouvé 400 Ω sur le canal rouge et une résistance incroyablement élevée sur les canaux vert et bleu.

Voici le schéma avec lequel je travaille. C'est la même chose qui vient d'être répétée trois fois et le 5 V est un signal PWM de l'Arduino et la seule LED sans résistance n'est qu'un remplacement pour la bande LED qui a des résistances et une configuration solide dont je ne pensais pas avoir besoin modeler.

Je pense qu'il a échoué après avoir branché l'Arduino dans et hors de ses en-têtes de broches environ 50 fois, bien que je ne sois pas sûr de la signification de l'Arduino.

Donc, étant donné que cela a fonctionné pendant quelques jours, y compris une journée de charge élevée, mes questions :

1. Le fait de faire entrer et sortir l'Arduino de ce circuit pourrait-il endommager les MOSFET, mais pas l'Arduino?

2. L'ESD pourrait-il être en quelque sorte le coupable ici? Mon bureau est en bois enduit de résine ou en bois lamellé. Il convient de noter que la source des trois MOSFET est le GND commun.

3. Je n'ai pas de fer à souder de fantaisie et je ne sais pas s'il dépasse 300 ° C. Cependant, j'ai utilisé de la soudure au plomb et j'ai passé le moins de temps possible sur chaque broche et je soudais la broche un du premier MOSFET, puis la broche un du deuxième MOSFET, etc., ne faisant pas toutes les broches d'une puce consécutivement et si trop la chaleur de soudure était le problème pourquoi cela n'aurait-il pas créé le problème immédiatement? Pourquoi est-il apparu maintenant?

4. Y a-t-il quelque chose que j'ai manqué ou une erreur dans mes calculs?

Votre problème est la tension d'entraînement du portail. Si vous regardez la fiche technique du STP16NF06, vous verrez que le Rdson 0,08 Ω ne s'applique que pour Vgs = 10 V, et vous le conduisez avec seulement (un peu moins de) 5 V, donc la résistance est beaucoup plus élevée.

Plus précisément, nous pouvons regarder la figure 6 (Caractéristiques de transfert), qui montre le comportement lorsque Vgs varie. À Vgs = 4,75 V et Vds = 15 V, Id = 6 A, donc Rds = 15 V / 6 A = 2,5 Ω. (Ce n'est peut-être pas vraiment si mauvais, en raison de certaines non-linéarités, mais c'est toujours plus que ce que vous pouvez tolérer

L'ESD pourrait également être un problème: les portes des MOSFET sont très sensibles, et il n'y a aucune raison que l'Arduino (dont le microcontrôleur a des diodes de protection ESD) soit également nécessairement affecté.

Je suggère d'obtenir un MOSFET avec une tension de seuil suffisamment basse pour être complètement activé à 4,5 V. Vous pouvez même obtenir des MOSFET qui intègrent une protection ESD sur leur grille.

Le point sur la tension de grille est valide, mais si le MOSFET ne chauffe pas, je ne suis pas sûr que ce soit le véritable coupable ici.

16 mètres de bande LED 12 V pilotés à plusieurs ampères vont avoir une inductance importante aux fréquences PWM typiques. Cela provoque des pointes de tension au drain chaque fois que le MOSFET s'éteint. Ces pointes sont de courte durée, mais la tension peut être plusieurs fois supérieure à la tension d'alimentation.

La solution à ce problème particulier consiste à ajouter une diode à induction libre (Schottky) en antiparallèle avec les LED, entre + 12V et drain, comme vous le feriez avec un moteur électrique ou une autre charge inductive.

Une dernière chose à vérifier.

Cela ressemble à une configuration expérimentale connectée à un ou plusieurs PC et / ou blocs d'alimentation.

Cela donne souvent un environnement qui n'est nulle part directement référencé à la terre, ou qui y est référencé à un certain point du circuit de manière incontrôlée, en particulier lorsqu'un ordinateur portable avec une alimentation à deux broches est utilisé.

Les alimentations à découpage «légères» communes ont tendance à vous fournir des rails de sortie qui ont en fait un potentiel AC à haute impédance par rapport à la terre, à la moitié de la tension secteur, superposé aux deux pôles. Cela passe généralement inaperçu car la charge est soit complètement flottante (un accessoire dans un boîtier en plastique), soit sa terre est fermement attachée à la terre (un ordinateur de bureau), et l'impédance est suffisamment élevée pour ne pas vous blesser (sauf si vous tenez un fil à votre langue, près d'une veine ... ne le faites pas, même si elle doit être en sécurité.).

Cependant, dans une configuration de test comme celle-ci, cela peut signifier que la moitié de la tension secteur apparaît au mauvais endroit - et 60V ou même 120V (en fait, une tension de crête d'environ 170V dans le pire des cas ...) peut être suffisante pour endommager la porte d'un MOSFET non protégé si une autre électrode est référencée à la terre de quelque manière que ce soit (par exemple par une personne bien mise à la terre touchant le drain ou le circuit source).