왜 MOSFET을 요리합니까?


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Arduino Nano 의 PWM을 사용하여 약 16 미터의 LED 스트립에 대한 전력을 제어하는 ​​MOSFET을 전환 하는 매우 간단한 MOSFET LED 드라이버를 만들었 습니다.

STP16NF06 MOSFET을 사용 하고 있습니다.

RGB LED를 제어하고 있으므로 각 색상마다 하나씩 3 개의 MOSFET을 사용하고 16 미터의 LED 스트립이 모두 작동하면 약 9.5 암페어를 사용합니다.

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

MOSFET의 온 저항은 0.8Ω이므로 내 열은 I 2 R 손실 이어야합니다.

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

데이터 시트에 따르면 와트 당 62.5 ° C의 열이 발생하고 최대 작동 온도는 175 ° C이며 예상 주변 온도는 50 ° C 미만입니다

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

히트 싱크없이 이러한 MOSFET을 실행하고 있으며 밤새 빨간색 녹색 파란색 흰색을 멈추지 않고 과열되지 않은 프로그램에서 밤새 실행되도록했습니다. 이 회로가 하루 16 시간 이상 작동 할 수있을 것으로 기대합니다.

나는 LED에 12V 전원 공급 장치를 사용하고 Arduino의 5V 제어 신호를 사용하므로 드레인 게이트 전압 60V 또는 게이트 소스 전압 20V를 초과 할 수 없습니다.

오늘 에어컨이 설치된 사무실에서 책상을 가지고 놀다가 하루 빨리 빨갛게 켤 수 없었습니다. 전원이 연결되지 않은 상태에서 드레인으로 게이트를 측정하면 빨간색 채널에서 400Ω이 발견되었고 녹색 및 파란색 채널에서 측정 할 수 없을 정도로 높은 저항이 발견되었습니다.

이것은 내가 작업하고있는 회로도입니다. 그것은 단지 세 번 반복되는 것과 같으며 5V는 Arduino의 PWM 신호이며 저항이없는 단일 LED는 저항이있는 LED 스트립과 스탠드가 필요하지 않은 견고한 설정을 나타냅니다. 모델링합니다.

이것은 내가 작업하고있는 회로도입니다

Arduino가 여전히 작동하는 것이 어떤 의미인지 확실하지 않지만 Arduino를 핀 헤더에 약 50 번 꽂은 후에 실패했다고 생각합니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

그래서 하루 높은 부하를 포함하여 며칠 동안 효과가 있었기 때문에 내 질문은 다음과 같습니다.

  1. 이 회로에 Arduino를 핫스왑하면 Arduino가 아닌 MOSFET에 손상을 줄 수 있습니까?

  2. ESD가 어떻게 든 범인이 될 수 있을까요? 내 책상은 수지 코팅 목재 또는 라미네이트 목재입니다. 세 MOSFET의 소스는 모두 공통 GND입니다.

  3. 나는 멋진 납땜 인두가 없으며 300 ° C 이상이 될지 전혀 모른다. 그러나 납 솔더를 사용했고 각 핀에 가능한 한 적은 시간을 보냈고 첫 번째 MOSFET 중 하나를 납땜 한 다음 두 번째 MOSFET 중 하나를 핀으로 연결하여 한 칩의 모든 핀을 연속적으로 너무 많이하지는 않습니다. 솔더 열이 문제가 된 이유는 무엇입니까? 왜 지금 나타 났나요?

  4. 계산에서 놓친 부분이나 감독이 있습니까?


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" 모스크를 요리하는 이유는 무엇입니까? "-아마도 모프를 싫어할 것입니다.
Harry Svensson

20
"왜 모즈 펫을 요리하나요?" -어쩌면 mosfets는 저녁 식사를 위해 ...
전압 스파이크

3
Vgs는 무엇입니까?
브라이언 드럼 몬드

8
"왜 모즈 펫을 요리하나요?" -생 모스크가 나머지 회로 소화 불량을 유발할 것이기 때문입니다.
rackandboneman

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전력 소비 계산에 0.08ohm을 사용하려고 했습니까? 이는 이전 텍스트에서 제공된 것의 10 배입니다. "MOSFET의 온 온 저항은 0.8Ω입니다."
Paul

답변:


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문제는 게이트 드라이브 전압입니다. STP16NF06에 대한 데이터 시트를 보면 0.08Ω Rdson이 Vgs = 10V에만 적용되며 5V만으로 구동하므로 저항이 훨씬 높아집니다.

특히 Vgs가 변하는 동작을 보여주는 그림 6 (전송 특성)을 볼 수 있습니다. Vgs = 4.75V 및 Vds = 15V에서 Id = 6A이므로 Rds = 15V / 6A = 2.5Ω입니다. (일부 비선형 성으로 인해 실제로 그렇게 나쁘지는 않지만 여전히 허용 할 수있는 것 이상입니다.

ESD도 문제가 될 수 있습니다. MOSFET의 게이트는 매우 민감하며 Arduino (마이크로 컨트롤러에 ESD 보호 다이오드가있는)도 영향을받을 이유가 없습니다.

4.5V에서 완전히 켜질 수있을 정도로 낮은 임계 전압을 가진 MOSFET을 얻는 것이 좋습니다. 게이트에 ESD 보호 기능이 통합 된 MOSFET도 얻을 수 있습니다.


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이것은 마이크로 컨트롤러에서 모기 구동에 있어 매우 일반적인 문제 라고 언급 할 가치가 있습니다 . 일반적인 고전력 MOSFET 유형 중 거의 5V에서 완전히 작동하지 않는 3.3V에서는 거의 불가능합니다. 게이트를 더 높은 전압으로 구동하기 위해 두 번째 트랜지스터 (바이폴라 또는 작은 mosfet)를 사용하는 것이 가장 간단한 경우가 많습니다. 이 목적을 위해 저렴한 BS170을 구입했습니다. 5V에서 완전히 켜져 있지는 않지만 높은 임피던스 부하를 구동 할 수있을만큼 충분히 관리 할 수있어 매우 저렴했습니다.
Jules

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@Jules 이러한 저전압 및 중간 전류에 대한 로직 레벨 FET를 찾는 것은 그리 어렵지 않습니다. 임의의 예로서, TSM170N06CH는 4.5V 게이트 드라이브에서 최대 20mΩ의 Rdson을 가지며 DigiKey에서 66 센트입니다.
Abe Karplus

공급 업체를 변경해야 할 수도 있습니다. Farnell에서 볼 수있는 최선의 비용은 거의 4 배나 비싸며 Mouser UK는 카탈로그에 귀하의 예가 있지만 비 재고 품목입니다. (표면 장착 부품으로 기꺼이 작업 할 경우 상황이 다를 수 있지만 보드를 조립하기 전에 대부분의 프로젝트를 브레드 보드로 만들고 싶다면 실제로 가고 싶은 곳이 아닙니다.)
Jules

5
@Jules Farnell조차도 알맞은 선택을합니다 : £ 0.873에 IRLB4132PBF (4.5V에서 30V, 4.5mΩ)를 고려하십시오. Farnell 검색이 그다지 친숙하지 않기 때문에 DigiKey 결과를 검토하고 Farnell이 보유한 결과를 확인하여이를 발견했습니다.
Abe Karplus

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게이트 전압에 대한 요점은 유효하지만 MOSFET이 가열되지 않으면 실제 범인인지 확실하지 않습니다.

여러 앰프에서 구동되는 16V의 12V LED 스트립은 일반적인 PWM 주파수에서 상당한 인덕턴스를 갖습니다. MOSFET이 꺼질 때마다 드레인에서 전압 스파이크가 발생합니다. 이러한 스파이크의 지속 시간은 짧지 만 전압은 공급 전압의 여러 배가 될 수 있습니다.

이 특별한 문제에 대한 해결책은 전기 모터 또는 다른 유도 성 부하와 마찬가지로 + 12V와 드레인 사이에서 LED와 역 병렬로 프리 웰링 다이오드 (Schottky)를 추가하는 것입니다.


또는 MOSFET의 것보다 더 강력한 애벌랜치 다이오드를 사용하십시오.
Ignacio Vazquez-Abrams

3
클램핑 다이오드를 추가하는 것은 나쁜 생각은 아니지만이 경우에는 이것이 문제라고 생각하지 않습니다. MOSFET 데이터 시트는 내부 애벌랜치 다이오드로 분해 할 수있는 최대 에너지가 한 펄스에서 130mJ라고 주장합니다. 우리가 LED 스트립이 1mH의 인덕턴스를 가지고 있다고 가정하더라도, 그것은 단지 0.5 * 1mH * (3.2A) ^ 2 = 5mJ이며, 내부 다이오드에는 문제가 없을 것입니다.
Abe Karplus

나는 그것이 사실이라고 생각하지 않습니다. 스파이크는 존재하더라도 다이오드 반응보다 빠르기 때문에 Y 급 청색 캡이 더 나은 솔루션이 될 것입니다.
Zdenek

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@AbeKarplus : 1- 펄스 에너지 한계를 초과하지 않을 수도 있지만, 몇 kHz의 PWM 사이클 속도를 곱하면 5mJ까지도 문제에서 계산 된 정적 전력보다 훨씬 높은 전력 (및 가열)입니다.
벤 Voigt

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알아요? 나는 한마디도하지 않았다. : o
Dampmaskin

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한 가지 더 확인해야합니다.

이것은 하나 이상의 PC 및 / 또는 플러그 팩 전원 공급 장치에 연결된 실험 설정처럼 보입니다.

이로 인해 접지가 직접 참조되지 않거나 회로의 어느 시점에서 제어되지 않는 방식으로, 특히 두 갈래로 연결된 전원 공급 장치가있는 랩톱 컴퓨터가 사용되는 환경이 만들어집니다.

일반적인 "경량"플러그 팩 스위칭 전원 공급 장치는 양쪽 극에 중첩 된 주 전압의 절반으로 접지에 비해 실제로 높은 임피던스 AC 전위를 갖는 출력 레일을 제공하는 경향이 있습니다. 부하가 완전히 유동적이거나 (플라스틱 케이스 형 액세서리) 접지가 접지에 단단히 고정되어 있고 (데스크탑 PC) 임피던스가 사용자를 다치게하지 않을 정도로 높기 때문에 이는 일반적으로 눈에 띄지 않습니다. 정맥 근처의 혀는 안전합니다.

그러나 이와 같은 테스트 설정에서 이는 잘못된 위치에 나타나는 절반의 주 ​​전압을 의미 할 수 있으며 60V 또는 120V (실제로 최악의 경우 약 170V의 피크 전압 ...)로 게이트를 손상시킬 수 있습니다. 다른 전극이 어떤 방식 으로든 접지 된 경우 (예 : 드레인 또는 소스 회로에 닿은 접지 된 사람에 의해) 보호되지 않은 MOSFET.


훌륭한 지적입니다. 라우터 안테나 차폐를 만졌을 때 미터를 볶았습니다. 어댑터를 통해 전압이 누출되었습니다! 나는 그것을 접지하고 다시 괜찮습니다. 유명 브랜드의 장치가있는 엉터리 이중 절연 어댑터를 판매해서는 안됩니다.
Zdenek
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