Großer Spannungsabfall über MOSFET mit LED-Streifenlast

Ich versuche, einen Giderwell RGBCCT-LED-Streifen mit ESP32 (einem 3,3-V-Mikrocontroller) mit Hilfe eines IRL540N-MOSFET einzuschalten .

Meine Schaltung sieht so aus:

Schaltkreis

(Entschuldigung für das amateurhafte / nicht standardmäßige Diagramm, ich bin nicht in EE ausgebildet)

R1 ist ein einfacher Pulldown-Widerstand, um sicherzustellen, dass das Gate niedrig ist, während der Chip ausgeschaltet / hochgefahren wird. Ich habe tatsächlich 5 MOSFETs, die 5 Kanäle eines RGBCCT-Streifens ansteuern, aber alles ist gleich, wenn nur ein Kanal mit Strom versorgt wird.

Mein Problem: Wenn das Gate hoch ist und keine Last vorhanden ist, messe ich 12 V an den Drain- und Source-Anschlüssen des MOSFET (wie erwartet). Wenn der LED-Streifen angeschlossen ist, fällt diese Spannung jedoch erheblich auf 6-8 V ab, je nach MOSFET und Kanal, den ich messe. Die LEDs sind auch viel dunkler als wenn sie direkt mit +12V und GND verbunden sind.

Dies ist ein kleines Segment eines LED-Streifens mit 6 LEDs pro Kanal und sollte laut Spezifikation für das gesamte Segment bei 300 mA spitzen, also ca. 60 mA pro Kanal.

Was könnte dies verursachen? Ich verwende ein Perfboard - ist mein Löten schuld? (Es ist ziemlich grausam, dies ist mein erstes Lötprojekt.) Vielleicht habe ich die MOSFETs beim Löten gekocht, wodurch sie den Strom nicht liefern können? Ist der 3,3-V-Logikpegel zu niedrig, um den MOSFET vollständig zu aktivieren? Das Datenblatt schlägt eine maximale Schwelle von 2,0 V und ~ 10 A Dauerstrom bei 3,0 V Gate-zu-Source vor, was ausreichend sein sollte. Möglicherweise fehlt mir jedoch ein weiterer Parameter.

Ich habe den Widerstand von GND zum Source-Pin am MOSFET und vom Drain-Pin des MOSFET zum Kathodenpad am Ende des Streifens gemessen und er beträgt ungefähr 0,3 Ohm. Wenn es darauf ankommt, habe ich AWG 20-Draht (0,5 mm²) verwendet, um alles zu verbinden, verbunden durch Löten auf dem Perfboard.

Update: Ich habe den Drain-Source-Widerstand an den MOSFETs gemessen, während ihre Gates hoch waren. Die meisten von ihnen haben ungefähr ~ 20 Ohm, mehr oder weniger, während einer 3,9 Ohm hat, aber selbst über diesem beträgt die Spannung ~ 9 V, ein Abfall von 3 V. Bei einem mit 25 Ohm beträgt der Abfall 6 V. Ich bin jetzt noch verwirrter, da die Widerstände unterschiedlich sind und die Tropfen nicht proportional zum Widerstand sind ...

Wenn der Streifen eingeschaltet werden soll: Welches v_gate messen Sie?
Es hört sich so an, als ob der MOSFET im Sättigungsmodus und nicht im linearen Modus ("vollständig EIN") arbeitet. Welche Gate-Source-Spannung messen Sie, wenn der Mikrocontroller ein logisches HIGH-Signal ausgibt? Wie lange dauert es, wenn Sie den MOSFET einschalten (Mikrosekunden, Millisekunden, Sekunden usw.)?
Wenn möglich, bearbeiten Sie bitte Ihre Frage und geben Sie den Namen des Herstellers und die Modellnummer des von Ihnen verwendeten LED-Streifens an. Geben Sie alternativ den Namen des Händlers (z. B. Sparkfun, Digi-Key usw.) und die Teilenummer des Händlers für den von Ihnen verwendeten LED-Streifen an.
@geomaster, Sie haben gefragt: "Ist der 3,3-V-Logikpegel zu niedrig, um den MOSFET vollständig zu aktivieren?" Die Antwort ist höchstwahrscheinlich ja.
Können Sie das MOSFET-Gate von Ihrem ESP32 trennen und eine höhere Spannung daran anlegen, z. B. 6 V von einem 10K + 10K-Potentialteiler, der über Ihre 12-V-Versorgung angeschlossen ist? Dann könnten Sie sehen, ob es sich um einen guten MOSFET mit zu niedriger Ansteuerspannung oder um einen beschädigten MOSFET handelt.
@tariksbl Messung von 3,23 V über Gate-Source-Pins des MOSFET.
@JimFischer Die Gate-to-Source-Spannung beträgt etwa 3,23 V. Ich verstehe Ihre zweite Frage nicht - ich habe den Chipsatz, um zu Testzwecken ständig eine logische 1 auf dem Pin auszugeben. Ich habe es ~ 20 Minuten lang angelassen und nichts hat sich geändert. Ich habe meiner Frage einen Amazon-Link für den LED-Streifen hinzugefügt.
@ TonyM Ich werde das versuchen - ich versorge den Chip über einen 12 V -> 5 V USB-Spannungsregler (der Chip hat einen anderen Regler für 3,3 V, kann aber keine 12 V aufnehmen), also werde ich versuchen, das Gate daran anzuschließen und zu berichten .

Antworten (1)

Sie benötigen einen MOSFET mit Logikpegel, der für eine Gate-Ansteuerung von <= 3,3 V ausgelegt ist, damit dies funktioniert. Sie haben einen MOSFET, der laut Datenblatt für eine 4-V-Gate-Ansteuerung ausgelegt ist , sodass Sie ihn nicht vollständig „einschalten“.

Es ist ein bisschen überraschend, dass es so schlimm ist, wenn das Teil echt ist. Messen Sie Vgs direkt am MOSFET, von Gate zu Source. Wenn der Quellenschaltkreis einen übermäßigen Widerstand aufweist, könnte dies die bereits unzureichende Vgs-Spannung wegnehmen.

Das wäre auch mein erster Verdacht gewesen. Aber die Zahlen auf Seite 3 scheinen zu implizieren, dass es für etwas mehr Strom einigermaßen gut funktionieren sollte, wenn das OP versucht, mit 3 Volt am Gate zu schalten.
@ChrisStratton Das sind nur typische Kurven, die nicht garantiert sind, aber ich stimme zu, dass es immer noch zu wenig erscheint, wie ich oben sagte. Ich vermute also, dass es entweder nicht 3,3 V bekommt oder der MOSFET nicht das ist, was behauptet wird, obwohl nicht garantiert wird, dass er funktioniert, und daher eine schlechte Praxis, ihn in dieser Anwendung zu verwenden.
Danke! Vgs direkt am MOSFET beträgt 3,23 V. Schade, ich habe diesen MOSFET gesehen, der in Foren für Arduino Due vorgeschlagen wurde, der auch 3,3-V-Logik verwendet, also dachte ich, es ist eine sichere Sache. Wie finde ich einen MOSFET, der sich garantiert bei 3,3 V einschaltet? Was suche ich im Datenblatt? Gehe ich richtig in der Annahme, dass dies so viel Saft ist, den ich von denen bekommen kann, die ich habe, dh das Anbringen von mehr LED-Streifen wird nur mehr Spannung abfallen lassen und nicht heller werden?
Woher hast du die MOSFETs?
@SpehroPefhany Ich konnte sie in meinem Land nur von einem Verkäufer auf einer Kontaktanzeigen-Website finden, wahrscheinlich von AliExpress oder ähnlichem weiterverkauft. Der Verkäufer schien jedoch seriös zu sein, basierend auf den Bewertungen anderer Käufer. Hier ist ein Foto der MOSFETs: i.imgur.com/JJSNEfe.jpg . Allerdings habe ich sie auch mit einem nicht temperaturgeregelten 40W-Bügeleisen gelötet, das laut Spezifikation auf 482° C heizt, und das ziemlich lange, weil ich es nicht schnell genug konnte. (Ich weiß, das ist sehr dumm. Ich bin seitdem auf ein neues Bügeleisen umgestiegen.) Könnte dies die Eigenschaften verändert haben?
Wahrscheinlich sind die Teile gefälscht.
@SpehroPefhany Danke, ich werde von nun an einen legitimeren Vertriebskanal ausprobieren. Soll ich dann andere nehmen? Haben Sie einen Vorschlag? Wie finde ich auf dem Datenblatt heraus, ob der MOSFET für einen 3,3-V-Antrieb geeignet ist, ob die Diagramme nur typische Eigenschaften sind und sich nicht darauf verlassen sollten?
Okay, schauen Sie sich die garantierten Rds(on)-Zahlen an. Jedem ist ein Vgs zugeordnet. Sie möchten einen MOSFET mit akzeptablem Rds (on) bei Ihrer Ansteuerspannung oder etwas weniger. Denken Sie daran, dass Rds (on) um etwa 50% ansteigt, wenn der MOSFET sehr heiß ist, also nennen Sie es nicht zu nahe. Für nur 300 mA könnten Sie einen AO3400A mit 2,5-V-Antrieb verwenden, er hat Rds (on) < 48 m Ohm, sodass die Verlustleistung I ^ 2 * R = 4 mW beträgt, was sehr niedrig ist.
@SpehroPefhany Danke. Es sieht so aus, als würde AO3400A den Trick machen. Ich plane eigentlich, 3 dieser 300-mA-Stränge zu haben, also insgesamt 900 mA Spitze, aber dies ist der Fall, wenn alle Kanäle die ganze Zeit zu 100 % eingeschaltet sind, was in der Software eingeschränkt werden kann, da dies nicht erforderlich ist (zwei der Kanäle sind weiß). Aber selbst bei 900mA und 50% höheren Rds(on) berechne ich ~58mW, was immer noch klein sein sollte, oder?
Ja, es sollte in Ordnung sein. Fügen Sie einen 20K-50K-Widerstand von Gate zu Source hinzu, da dieser kleine Teil schnell verbrennt, wenn er in den linearen Bereich schwebt.
Tatsächlich sind 900 mA für 5 Kanäle und ein MOSFET für einen Kanal, also sollte er nur bis zu 180 mA verarbeiten. Danke für die Hilfe - habe sie gerade bestellt - diesmal in einem echten Elektronikgeschäft :)
Großer Spannungsabfall über MOSFET mit LED-Streifenlast
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