Surriscaldamento del MOSFET di potenza a 1A

Sto costruendo un driver LED RGB controllato arduino utilizzando driver LED a corrente costante WS2803, driver MOSFET TLP250 e MOSFET IRF540N. Ecco come appare:

L'immagine è stata ridimensionata, quindi è più difficile da vedere, R3, R7 e R11 sono resistori da 1k.

Questo circuito guida una striscia LED RGB da 5 m (100 segmenti) e dovrebbe consumare un massimo di 2 A / canale. Pertanto, ciascun MOSFET deve essere in grado di gestire 2 A a 13 V max. IRF540N è valutato a 100 V / 33 A. RDSon dovrebbe essere 44mOhm. Quindi ho pensato che non ci sarebbe stato bisogno di un dissipatore di calore.

Ovviamente voglio PWM queste cose (WS2803 PWM a 2,5kHz) ma concentriamoci sullo stato ON completo. Il problema che ho è che i MOSFET si stanno surriscaldando seriamente in pieno stato ON (nessuna commutazione in corso). Potete vedere i valori che ho misurato in pieno stato ON sull'immagine.

TLP250 sembra guidare correttamente i MOSFET (VGS = 10,6 V) ma non capisco perché ottengo un VDS così elevato (come 0,6 V sui LED rossi). Questi MOSFET dovrebbero avere RDSon 44mOhm, quindi quando 1.4A scorre attraverso di esso, dovrebbe creare una caduta di tensione inferiore a 0,1 V.

Le cose che ho provato:

• rimosso TLP250 e applicato 13V direttamente sul gate - pensavo che i MOSFET non fossero completamente aperti ma non aiutavano affatto, VDS era ancora a 0.6V
• ha rimosso la striscia LED e ha usato una lampadina per auto 12V / 55W sul canale rosso. C'erano 3,5 A che scorrevano, VDS era a 2 V e in aumento mentre il MOSFET si stava riscaldando

Quindi le mie domande sono:

1. perché il VDS è così alto e perché il surriscaldamento del MOSFET?
2. anche con VDS a 0,6 V e ID a 1,4 A la potenza è 0,84 W che presumo dovrebbe andare bene senza un dissipatore di calore?
3. starei meglio con un MOSFET meno potente, qualcosa come 20 V / 5 A? Oppure usa MOSFET a livello logico e guidalo direttamente da WS2803 (anche se mi piace l'isolamento ottico di TLP250).

Alcune note:

• Al momento ho questo circuito solo su una breadboard e anche i fili che collegano la sorgente MOSFET a GND diventano davvero caldi. So che questo è normale in quanto vi è una corrente relativamente alta che scorre attraverso di loro, ma ho pensato di menzionarlo
• Ho comprato i MOSFET alla rinfusa dalla Cina, può essere che quelli non siano realmente IRF540N e abbiano specifiche piuttosto basse?

EDIT: Un'altra cosa. Ho creato questo controller basato sul driver MOSFET da qui . Il ragazzo utilizza fonti di alimentazione separate per TLP250 e per il carico (Vsupply, VMOS). Ho usato la stessa fonte per entrambi. Non sono sicuro che sia importante. E il mio alimentatore è regolato a 12V 10A, quindi non credo che l'alimentatore sia il problema.

Grazie.

Dopo aver ricevuto IRF540N da un venditore rispettabile, posso sicuramente confermare che quelli che stavo usando originariamente sono contraffatti.

Dopo aver sostituito uno falso con uno autentico ho ottenuto Vds = 85mV sul canale rosso. Quello che non mi aspettavo, però, è che il FET originale si sia surriscaldato dopo circa un minuto. E poi ho capito che quei FET non generano molto calore da soli, ma piuttosto si riscaldano (e abbastanza) dalla breadboard e dai fili (lo ha menzionato Connor Wolf). I fili corti che collegano la sorgente FET a GND urlano a caldo quando questo è in pieno stato ON. Lo spostamento dei FET dalla breadboard ha confermato che la fonte di calore era la breadboard / i fili. Uno falso si stava surriscaldando, ma potevo davvero raffreddarlo semplicemente toccandolo. Quello genuino era da qualche parte tra la temperatura della stanza e il caldo tiepido. Btw. misurando Vds direttamente sui pin FET vs misurandolo a 1 cm di distanza sulla breadboard con una differenza di circa 200 mV (85 mV sui pin, 300 mV sulla breadboard).

Ecco alcune immagini, false a sinistra, autentiche a destra e marcature delle parti del produttore in basso:

Sebbene ci siano più marcature di pacchetti IRF possibili, come mostrato in questo documento, non sono riuscito a trovare simili a quello falso (che supporta solo che si tratta di una contraffazione). Anche i ritagli sulla parte superiore della piastra posteriore sono rettangolari vs rotondi su quelli originali e nelle specifiche.

Grazie ragazzi per tutti i vostri commenti! Il circuito ora funziona come previsto (PWM incluso).

Secondo le tue misurazioni, il transistor più in alto sulla resistenza è:

Dal foglio dati del transistor (normalizzato a $44m\Omega$

$I_D=33A$

Inoltre, come affermato da Madmanguruman nella sua risposta, tenendo conto dello scenario peggiore della resistenza termica da giunzione a ambiente, si dovrebbe osservare un ragionevole aumento della temperatura del transistor.

Conclusione: i dati forniti non sono coerenti.

Possibili fonti dell'errore:

• I transistor che stai utilizzando non sono IRF540N
• L'apparecchiatura di misurazione non è precisa
• Non prendi le misure correttamente. I tuoi commenti mostrano che li prendi correttamente però.
• Mi sbaglio

Le prime due sono le fonti più probabili dell'errore secondo me.

Per quanto riguarda la seconda parte della tua domanda, puoi sicuramente stare meglio con un transistor a bassa tensione. La bassa resistenza richiede i canali più corti possibile, mentre è difficile ottenere un'alta tensione di rottura con i canali corti. In questo caso, dove non ti aspetti di vedere queste alte tensioni di drain-to-source, puoi "scambiare" alcuni valori di tensione per una resistenza inferiore.

Penso che il "surriscaldamento" sia un po 'esagerato. Caldo, sì, ma surriscaldamento, no.

La resistenza termica giunto-dissipatore non dissipatore di calore per la parte IR è:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

A 0,84 W, questo è a 52 ° C di aumento della temperatura rispetto all'ambiente, il che renderà il dispositivo troppo caldo per essere toccato. La parte è classificata per un funzionamento a 175 ° C ma raramente è una buona idea avere parti che possono bruciare un operatore.

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