1A时功率MOSFET过热

我正在使用WS2803恒流LED驱动器，TLP250 MOSFET驱动器和IRF540N MOSFET构建一个由Arduino控制的RGB LED驱动器。它是这样的：

LED驱动器

图片按比例缩小，因此很难看到，R3，R7和R11是1k电阻。

该电路驱动5m RGB LED灯带（100段），每通道最大消耗2A。因此，每个MOSFET应该需要在最大13V的电压下处理2A电流。IRF540N的额定电压为100V / 33A。RDSon应为44mOhm。因此，我认为不需要散热器。

我显然想使用PWM（2.5kHz的WS2803 PWM），但让我们关注全ON状态。我的问题是，MOSFET在完全导通状态下会严重过热（无开关导通）。您可以在图片上看到以全开状态测量的值。

TLP250似乎可以正确驱动MOSFET（VGS = 10.6V），但我不明白为什么我会得到如此高的VDS（例如红色LED上的0.6V）。这些MOSFET的RDSon应为44mOhm，因此当流过1.4A电流时，其压降应小于0.1V。

我尝试过的事情：

移除TLP250并向栅极直接施加13V电压-当时认为MOSFET并未完全打开，但完全没有帮助，VDS仍为0.6V
拆下LED灯条，并在红色通道上使用12V / 55W的汽车灯泡。流过3.5A，VDS为2V，随着MOSFET的升温而上升

所以我的问题是：

为什么VDS这么高？为什么MOSFET过热？
即使在VDS为0.6V和ID为1.4A的情况下，功率也为0.84W，我认为没有散热片应该还可以吗？
如果使用功率较低的MOSFET（例如20V / 5A），我会更好吗？或使用逻辑电平MOSFET并直接从WS2803驱动（尽管我喜欢TLP250的光学隔离）。

几点注意事项：

目前，我仅在面包板上安装该电路，而将MOSFET的源极连接至GND的电线也变得非常热。我知道这是正常现象，因为有较大的电流流过它们，但我想我只是提到
我是从中国批量购买的MOSFET，难道不是真正的IRF540N且规格较低吗？

编辑：还有一件事。我从这里基于MOSFET驱动器创建了该控制器。该家伙正在为TLP250和负载（Vsupply，VMOS）使用单独的电源。我对两者使用相同的来源。不确定是否重要。而且我的电源是12V 10A稳压的，因此我认为电源不是问题。

谢谢。

mosfet led-strip

— 马雷克
source

您能否确切解释一下如何连接（连接）所有红色LED-每个串联的三个LED有一个330R，因此三个的一个总耗电约20mA。然后有20并联并联，意味着总共60个LED，假定总电流为400mA。请说明LED的配置方式-我看不到红色LED的电流为1.4A，更何况串联电阻较低时为什么绿色LED的电流为1.4A。

— 安迪（aka Andy）2013年

我已将LED像示意图中的LED灯条一样放置在原理图中。这是一个普通的5m RGB LED灯带，带有一个共同的阳极，就像这个RGB LED灯带一样。顺便说一句。随该条提供的RGB控制器（白盒）正在为R，G和B输出相似但较小的电流。理论上，这是72W的条（12V，6A），但您将一无所获。50W之类的东西更现实。

— 2013年

您的计算是正确的，每60 m led的1m为400mA。因此，每5m 2A，但您将永远无法实现，因为带中的公共阳极“导线”几乎不会在没有明显损耗的情况下推动6A。这就是为什么我得到1.4A而不是2A的原因。

— 2013年

Marek，导线将通过什么机制“永远无法实现”？您将“重大损失”归因于什么？

— darron

铅-隔板连接的电阻是否可能实际上是主要的热量（和电阻）来源？您可以直接测量FET封装引脚上的压降吗？

— 康纳·沃尔夫

Answers:

从信誉良好的卖家处收到IRF540N后，我可以肯定地确认我最初使用的是假冒产品。

用真品替换伪品后，红色通道上的Vds = 85mV。我没想到的是，真正的FET在大约一分钟后变热。然后我意识到这些FET本身并不会产生太多热量，而是会从面包板和电线上被加热（并且加热很多）（Connor Wolf提到了）。当处于完全导通状态时，将FET的源极连接至GND的短线发出尖叫声。将FET从面包板上移开，确认热源是面包板/电线。假货变热了，但实际上我只要触摸一下就可以冷却。真正的一个介于室温和温暖之间。顺便说一句。直接在FET引脚上测量Vds与在面包板上1cm处测量Vds相差200mV（引脚上85mV，面包板上300mV）。

以下是一些图片，左侧为假货，右侧为真货，底部为制造商零件标记：

IRF540假冒vs正品

尽管如本文档所示，可能还有更多的IRF包装标记，但我找不到与假冒产品相似的标记（仅支持假冒产品）。此外，在原厂和规格中，背板顶部的切口相对于圆形为矩形。

谢谢大家的评论！该电路现在可以按预期工作（包括PWM）。

— 马雷克
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嗯，我更喜欢假货的样式，而IR徽标则更好。大声笑

— Andy aka

是的，当我查看真正徽标上的徽标时，我实际上以为自己又伪造了:)

— Marek

一个值得学习的教训-花更多的钱从信誉良好的来源购买（即使他们看起来仍然有些可疑）。很高兴您找到了兄弟。每次我回头看看这篇文章的进展时，我都会代表您下沉的感觉-也许您应该给供应商起名并感到羞耻？

— 安迪（aka Andy）

很好的反馈。比“晶体管是假的，谢谢”要好得多。也为我们带来一些信息。+1

— Vasiliy

@Andyaka我正在从事的工作更多是概念验证而不是最终产品，因此我现在不介意使用规格较低的零件，但我不认为我会遇到这种情况（当规范甚至无法与现实相提并论）。至少我学到了一些新东西，这是速卖通上很多卖家中的一员，也许还有更多像他这样的人，所以我想给他起个名字没有多大意义。 5星，我可能会获得全额退款，因为他们非常害怕速卖通上的1星评级。

— Marek 2013年

根据您的测量，最高的晶体管的导通电阻为：

R_{O N} = \frac{V_{D S}}{I_{D}} = 428 m Ω

$R_{ON}=\frac{V_{DS}}{I_{D}}=428m\Omega$

$44m\Omega$

在此处输入图片说明

$I_D=33A$

而且，正如Madmanguruman在回答中指出的那样，考虑到结到环境热阻的最坏情况，您应该观察到晶体管温度的合理升高。

结论：您提供的数据不一致。

错误的可能来源：

您使用的晶体管不是IRF540N
您的测量设备不准确
您没有正确进行测量。您的评论表明您确实可以正确使用它们。
我误会了

在我看来，前两个是错误的最可能来源。

至于问题的第二部分，一定可以使用一些较低电压的晶体管来改善性能。低导通电阻需要尽可能短的沟道，而短沟道很难实现高击穿电压。在这种情况下，如果您不希望看到如此高的漏-源电压，则可以“牺牲”一些额定电压以降低导通电阻。

— 瓦西里
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+1指出数字没有累加。

— gsills

我认为“过热”有点夸张。很热，是的，但是过热，不。

红外部分的非散热器结至环境热阻为：

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

在0.84W的温度下，温度比环境温度高52°C，这将使该设备过热而无法触摸。该零件的额定工作温度为175°C，但在该处放置会灼伤操作员的零件很少是一个好主意。

最好选择较低的部分。您不需要100V的应用程序，就会发现40V至60V范围内性能更好的零件-例如，英飞凌的OptiMOS零件在40V时可以达到，并且在TO-220中可用（仅交换它们）。 $R_{DS(on)}$ $1.5m\Omega$

— 亚当·劳伦斯
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我的环境温度是20°C，所以会导致72°C。但是我的场效应管正在熔化塑料（万用表探针，面包板）。不知道它是哪种塑料，但我认为温度超过72°C。并感谢您的建议。我将订购一些具有较低VDS和较低RDS的FET（与您建议的FET一起使用）（与IRF540N一起用来确定我是否有假冒产品）。

— Marek 2013年

的增加是在结的温度。外壳温度的升高甚至更低，这使得所提供的数据更加不一致。

52^{\circ} C

$52^{\circ}C$

— Vasiliy

结至外壳的热阻仅适用于假设的“无限散热片”情况。我的经验使我相信，没有散热片和没有空气，外壳将非常热，耗散将近1W，除非将大量热量吸入PCB。

— 亚当·劳伦斯