Surchauffe du MOSFET de puissance à 1A

Je construis un pilote LED RGB contrôlé par Arduino en utilisant un pilote LED à courant constant WS2803, des pilotes MOSFET TLP250 et des MOSFET IRF540N. C'est à ça que ça ressemble:

L'image a été réduite de sorte qu'il est plus difficile à voir, R3, R7 et R11 sont des résistances 1k.

Ce circuit pilote une bande LED RGB de 5 m (100 segments) et devrait consommer au maximum 2 A / canal. Ainsi, chaque MOSFET devrait avoir besoin de gérer 2A à 13V max. L'IRF540N est évalué à 100V / 33A. RDSon devrait être de 44mOhm. J'ai donc pensé qu'il n'y aurait pas besoin d'un dissipateur thermique.

Je veux évidemment PWM ces choses (PW2 WS2803 à 2,5 kHz) mais concentrons-nous sur l'état ON complet. Le problème que j'ai, c'est que les MOSFETS surchauffent sérieusement à l'état ON (pas de commutation en cours). Vous pouvez voir les valeurs que j'ai mesurées en plein état ON sur l'image.

Le TLP250 semble piloter correctement les MOSFET (VGS = 10,6 V) mais je ne comprends pas pourquoi j'obtiens un VDS si élevé (comme 0,6 V sur les LED rouges). Ces MOSFET devraient avoir un RDSon de 44 mOhm, donc lorsque 1,4 A le traverse, cela devrait créer une chute de tension inférieure à 0,1 V.

Les choses que j'ai essayées:

• retiré le TLP250 et appliqué 13 V directement sur la porte - pensait que les MOSFET ne sont pas complètement ouverts mais cela n'a pas aidé du tout, VDS était toujours à 0,6 V
• retiré la bande LED et utilisé une ampoule de voiture 12V / 55W sur le canal rouge. Il y avait 3,5 A circulant, le VDS était à 2 V et augmentait alors que le MOSFET chauffait

Mes questions sont donc:

1. pourquoi le VDS est-il si élevé et pourquoi la surchauffe du MOSFET?
2. même avec VDS à 0,6 V et ID à 1,4 A, la puissance est de 0,84 W, ce qui devrait être correct sans dissipateur thermique?
3. serais-je mieux avec un MOSFET moins puissant, quelque chose comme 20V / 5A? Ou utilisez des MOSFET de niveau logique et pilotez-le directement à partir de WS2803 (bien que j'aime l'isolation optique du TLP250).

Quelques notes:

• Je n'ai ce circuit que sur une planche à pain pour le moment et les fils qui connectent la source du MOSFET à GND deviennent également très chauds. Je sais que c'est normal car il y a un courant relativement élevé qui les traverse mais j'ai pensé que je le mentionnais
• J'ai acheté les MOSFET en vrac de Chine, est-ce que ce ne sont pas vraiment des IRF540N et ont des spécifications assez basses?

EDIT: Encore une chose. J'ai créé ce contrôleur basé sur le pilote MOSFET d' ici . Le gars utilise des sources d'alimentation distinctes pour TLP250 et pour la charge (Vsupply, VMOS). J'ai utilisé la même source pour les deux. Je ne sais pas si cela compte. Et mon alimentation est régulée 12V 10A donc je ne pense pas que l'alimentation soit le problème.

Merci.

Après avoir reçu l'IRF540N d'un vendeur réputé, je peux certainement confirmer que ceux que j'utilisais à l'origine sont des contrefaçons.

Après avoir remplacé un faux par un authentique, j'ai obtenu Vds = 85mV sur le canal rouge. Ce à quoi je ne m'attendais pas, c'est que le véritable FET soit devenu chaud au bout d'une minute environ. Et puis j'ai réalisé que ces transistors à effet de champ ne génèrent pas beaucoup de chaleur eux-mêmes mais sont plutôt chauffés (et beaucoup) par la planche à pain et les fils (Connor Wolf l'a mentionné). Des fils courts reliant la source du FET à GND sont très chauds lorsque celui-ci est à l'état ON. Le déplacement des transistors à effet de champ hors de la planche à pain a confirmé que la source de chaleur était la plaque à pain / les fils. Un faux devenait chaud, mais je pouvais le refroidir simplement en le touchant. Le véritable était quelque part entre la température ambiante et tiède. Btw. mesurer Vds directement sur des broches FET vs le mesurer à 1 cm de distance sur la planche à pain a fait une différence d'environ 200 mV (85 mV sur les broches, 300 mV sur la planche à pain).

Voici quelques photos, fausses à gauche, authentiques à droite et marquage du fabricant en bas:

Bien qu'il y ait plus de marquages ​​de package IRF possibles comme indiqué dans ce document, je n'ai pu trouver aucun semblable au faux (qui ne prend en charge que le fait qu'il s'agit d'une contrefaçon). De plus, les découpes sur le dessus de la plaque arrière sont rectangulaires vs rondes sur l'authentique et dans la spécification.

Merci les gars pour tous vos commentaires! Le circuit fonctionne maintenant comme prévu (PWM inclus).

Selon vos mesures, la résistance à l'état passant du transistor le plus haut est:

De la fiche technique du transistor (normalisé à ):$44m\Omega$

Bien que le graphique ci-dessus ait été obtenu à , je suppose que cette résistance élevée, comme vous le voyez, ne devrait pas du tout être observée dans ce transistor. Même en tenant compte de la résistance des leads et des contacts.$I_D=33A$

En outre, comme Madmanguruman l'a déclaré dans sa réponse, en tenant compte du pire des cas de résistance thermique de jonction à la température ambiante, vous devriez observer une augmentation raisonnable de la température du transistor.

Conclusion: les données que vous avez fournies ne sont pas cohérentes.

Sources possibles de l'erreur:

• Les transistors que vous utilisez ne sont pas IRF540N
• Votre équipement de mesure n'est pas précis
• Vous ne prenez pas les mesures correctement. Vos commentaires montrent cependant que vous les prenez correctement.
• J'ai tort

Les deux premiers sont à mon avis les sources les plus probables de l'erreur.

En ce qui concerne la deuxième partie de votre question, vous pouvez sûrement être mieux avec un transistor à tension plus basse. Une faible résistance nécessite des canaux aussi courts que possible, tandis qu'une tension de claquage élevée est difficile à atteindre avec des canaux courts. Dans ce cas, où vous ne vous attendez pas à voir ces tensions drain-source élevées, vous pouvez "échanger" une tension nominale contre une résistance plus faible.

Je pense que la "surchauffe" est un peu exagérée. Chaud, oui, mais surchauffe, non.

La résistance thermique de la jonction à la température ambiante sans dissipateur thermique pour la partie IR est:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

À 0,84 W, cela correspond à une augmentation de température de 52 ° C par rapport à la température ambiante, ce qui rendra l'appareil trop chaud au toucher. La pièce est conçue pour un fonctionnement à 175 ° C, mais c'est rarement une bonne idée d'y avoir des pièces qui peuvent brûler un opérateur.

Vous feriez mieux de choisir une partie inférieure . Vous n'avez pas besoin de 100V pour cette application, et vous trouverez des pièces beaucoup plus performantes dans la gamme 40V à 60V - par exemple, les pièces Infineon OptiMOS peuvent être aussi bonnes que à 40V et sont disponibles en TO-220 (juste les échanger).$R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$