Der Leistungs-MOSFET wird heiß, während er Peltier durch einen Abwärts-Abwärtsspannungswandler antreibt

Olin Lathrop hat Ihr Problem identifiziert, aber die Lösung ist ziemlich einfach

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ein einfacher Pegelumsetzer (Q1) sorgt für einen guten 12-Volt-Swing am MOSFET-Gate. Bei einer Gate-Kapazität im Bereich von 1500 pF beträgt die Übergangszeit weniger als eine Mikrosekunde, sodass bei 1 kHz die verschwendete Leistung sehr gering ist. Die Übergangszeit ist jedoch groß genug, dass kein separater Gate-Widerstand erforderlich ist.

Mit ca. 8 mA (4 V/500 Ohm) Basisansteuerung und 60 mA Kollektorstrom (12 V/200 Ohm) ist Q1 ausreichend gesättigt.

Bei einer höheren PWM-Frequenz müssten Sie sich nach ausgefeilteren Treibern umsehen, aber ich sehe hier keine Notwendigkeit.

ETA - Sie haben auch nach Switcher-Rauschen gefragt. Einerseits leistet Ihr Induktor ziemlich gute Arbeit, um den Spitzenstrom innerhalb der Netzteilgrenzen zu halten. Andererseits erzeugt der 470-uF-Kondensator 100 Ampere plus Stromspitzen (für eine ideale Kappe), was wahrscheinlich etwas damit zu tun hat.

WEITERE BEARBEITUNG - Das OP fragte, wie die Komponenten für einen Pegelumsetzer dimensioniert werden sollen.

Zuerst das Datenblatt des BC639ergibt einen maximalen Kollektorstrom von 1 Ampere. Beginnen Sie mit einer Annahme von 1/10 bis 1/20 davon oder 50 bis 100 mA. Der Transistor wird als Schalter verwendet, nicht als Verstärker, entweder voll eingeschaltet (null Spannung mehr oder weniger) oder voll ausgeschaltet (kein Strom). Dieser Modus wird als Sättigung bezeichnet, und Sie sollten von einer Stromverstärkung von etwa 10 ausgehen. Bei Verstärkern kann ein BC639 mit einer Verstärkung von etwa 40 bis 250 betrieben werden, dies gilt jedoch in diesem Fall nicht. Eine Verstärkung von 10, die einen Kollektorstrom von 50 bis 100 mA erzeugt, impliziert einen Basisstrom von 5 bis 10 mA. Angenommen, der Arduino kann seinen Nennstrom mit fast vollen 5 Volt liefern, bedeutet dies, dass der Basiswiderstand um etwa 4 Volt abfällt, da der Basis-Emitter-Übergang um etwa 0,7 Volt abfällt. 500 Ohm ist ein praktischer Wert und liefert 8 mA Basisantrieb. 8 mA Basisansteuerung mal 10 ergibt einen Kollektorstrom von 80 mA, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Da wir den Transistor hart ansteuern, bedeutet dies, dass der Kollektorwiderstand (der Lastwiderstand) um etwa 12 Volt abfällt. Wenn R2 1k wäre, würden Sie 12 mA erhalten, also ergeben 200 Ohm (eine andere praktische Zahl) etwa 60 mA. Dies besagt, dass der Transistor mit einer Verstärkung von 7,5 arbeitet. Nahe genug. Beachten Sie, dass keiner dieser Werte wirklich wählerisch ist. 20% Slop kannst du problemlos ignorieren. Beachten Sie, dass keiner dieser Werte wirklich wählerisch ist. 20% Slop kannst du problemlos ignorieren. Beachten Sie, dass keiner dieser Werte wirklich wählerisch ist. 20% Slop kannst du problemlos ignorieren.

Wenn ein 2-stufiger Pegelumsetzer benötigt wird, um die Phasenbeziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Laststrom aufrechtzuerhalten, ist dies problemlos möglich. Allerdings können die Widerstandswerte in der ersten Stufe etwas höher sein, um die Verlustleistung zu reduzieren. Dies liegt daran, dass der Lastwiderstand der ersten Stufe den Basisantrieb für die zweite liefert und diese mit 12 Volt statt mit 5 Volt gespeist wird. Wenn Sie dies tun, ist es eine gute Idee, einen Widerstand von jeder Basis mit Masse zu verbinden ein Wert von etwa dem 10-fachen des Basiswiderstands. Dies dient nur dazu, sicherzustellen, dass die Transistoren ohne Eingabe ausgeschaltet bleiben.

Es ist jedoch überhaupt nicht klar, warum Sie eine zweite Stufe benötigen würden. Alles, was Sie tun müssen, ist das PWM-Timing in der Software anzupassen, um das richtige Ergebnis zu erzielen, und dies sollte sehr einfach sein.

Zum Schutz vor möglichen zukünftigen Änderungen ist hier die Schaltung, über die wir sprechen:

Hauptproblem sind:

1. Es gibt keine Komponentenbezeichner im Schaltplan, was es schwierig macht, über die Schaltung zu sprechen.

2. Die 1 mF-Obergrenze macht absolut keinen Sinn. Sie haben einen doppelten Emitterfolger, der das FET-Gate antreibt. Dies bietet wesentlich mehr Stromfähigkeit als der digitale Ausgang. Okay so weit. Die Kappe verhindert jedoch anhaltenden Gleichstrom in den Leistungseingang dieses Stromverstärkers. Ich kann nicht einmal erraten, was Ihrer Meinung nach der Zweck ist, aber es verhindert, dass der aktuelle Verstärker richtig funktioniert.

   Auch der 3,3 Ω-Widerstand entfällt. Schließen Sie einfach den Kollektor des NPN direkt an die 12-V-Versorgung an.

3. Der FET bekommt nicht annähernd genug Gate-Ansteuerspannung. Der Doppelemitterfolger-Stromverstärker ist an sich eine vernünftige Idee, aber er verliert zwei Spannungsabfälle am Übergang. Sie beginnen mit einem 0-5-V-Digitalsignal und der FET wird mit etwa 700 mV auf 4,3 V angesteuert.

   Das wäre in Ordnung, wenn der FET mit 4,3 V am Gate fest eingeschaltet wäre, ist es aber nicht. Du musst das Datenblatt tatsächlich lesen . Auf Seite 2 wird der Einschaltwiderstand mit 17,5 mΩ angegeben, jedoch bei 10 V Gate-Ansteuerung . In der nächsten Zeile unten zeigt es, dass die Gate-Schwelle bis zu 4,0 V betragen kann, an diesem Punkt erhalten Sie nur 250 µA.

4. Die Dioden sind mit "Schottky" gekennzeichnet, aber das Symbol sagt normalerweise Siliziumdiode. Welches ist es? Es sollte ein Schottky sein.

Wenn Sie Ihre Gate-Treiberschaltung betrachten, ist der MOSFET nicht vollständig eingeschaltet. Ich glaube, dies wird in der MOSFET-Terminologie als "Verbesserung" bezeichnet.

Messen Sie den Spannungsabfall über der Drain-Source Ihres MOSFET und messen Sie dann den durch ihn fließenden Strom. Sie können dann die Verlustleistung in Ihrem MOSFET berechnen. Sie dürfte sehr hoch sein. Der von Ihnen gewählte MOSFET erfordert, dass die Gate-Spannung über der Source-Spannung liegt, um vollständig eingeschaltet zu sein. Fast alle Leistungs-MOSFETs arbeiten auf diese Weise. Basierend auf dem Datenblatt muss die Gate-Spannung etwa 4 Volt höher sein als die Source. Sie verwenden jedoch einige Transistoren, um das Gate zu steuern, sodass Ihre Gate-Steuerspannung aufgrund des Spannungsabfalls in den Transistoren noch höher sein muss.

Ich weiß, dass dies ein alter Thread ist, aber ich wollte etwas klarstellen, das alle anderen verpasst haben. Die IRFZ44N-Bewertung von 49 A ist eine Einzelimpulsbewertung von wenigen Mikrosekunden. Sie müssen sich die Safe Operating Area-Grafik (SOA) des FET ansehen. In Ihrem Fall gehen Sie fast zur DC-Bewertung, die nicht in den IRFZ44N-Datenblättern, aber in Datenblättern anderer FET-Hersteller angegeben ist. Schauen Sie sich beispielsweise die IXTP182N055T-Datenblätter SOA an. Sie werden anhand der 10-ms-Impulskurve sehen, wie niedrig die DC-Kurve ist. Sie müssen das respektieren oder Sie werden Ihr Gerät irgendwann verbrennen.