MOSFET-Überhitzung im LED-Treiber

Ich versuche, mit diesem IC einen isolierten LED-Treiber zu entwerfen. Das Problem ist, dass sich der MOSFET beim Einschalten des Treibers zu schnell aufheizt und ausfällt, wenn er einige Sekunden eingeschaltet bleibt. Ich habe einen mittelgroßen Kühlkörper, der für das To-220-Gehäuse geeignet ist, an den MOSFET angeschlossen. Ich habe versucht, die Gate-Widerstände auszutauschen und sie sogar kurzgeschlossen, weil ich dachte, das Gate sei nicht vollständig eingeschaltet, aber das Ergebnis ist immer noch dasselbe. Ich habe keinen Temperatursensor, aber der Kühlkörper erwärmt sich in nur wenigen Sekunden (~ 5 Sekunden) auf extrem heiße Berührung. Offensichtlich sollte der MOSFET nicht so viel Energie verbrauchen, wenn ich eine 15-W-LED betreibe. Was könnte der Grund dafür sein?Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich kann an Ihrer Schaltung nichts offensichtliches falsch sehen, und der FET sollte viel Gate-Antrieb haben. Welche Wellenformen erhalten Sie auf dem FET Gate/Source/Drain und BP3319 FB (Pin 2)? Welche Werte haben die unbeschrifteten Widerstände (RL, RU, RS1...)?
Diese Widerstände dienen dem Überspannungsschutz und der Strommessung. RU und RL bilden einen Spannungsteiler zum Erfassen eines Überspannungszustands, während RS1-5 Stromerfassungswiderstände mit niedrigem Wert sind. Ich denke nicht, dass ihre Werte hier wichtig sind, da die Schaltung nicht in den Überspannungsschutzmodus wechselt und der Strom auf einen geeigneten Wert eingestellt ist (0,5 Ohm für 300 mA).
Widerstandswerte werden benötigt, um die Spannungswellenformen auszuwerten.
Der Wert von RL ist 20K und der Wert von RU ist 150K. Nur zwei der Strommesswiderstände sind bestückt, jeder von ihnen hat einen Wert von 1 Ohm.

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Der Entwurf von Schaltnetzteilen ist nicht einfach. (Nicht für Anfänger)

Nun, ein Leistungstransistor wird aus zwei möglichen Gründen heiß:

Der Strom, der beim Durchschalten fließt multipliziert mit der zwischen Drain und Source verbleibenden Spannung. Sie können ein Oszilloskop anschließen und die verbleibende Spannung zwischen Drain und Source beim Durchschalten messen und den Strom berechnen, indem Sie die Spannung an den Widerständen RS1 - RS5 messen. Daraus berechnen Sie die Leistung, die der Transistor verbraucht. Wenn diese Leistung 1 Watt beträgt, fühlt sich der Transistor bereits warm an. Bei mehr als 3 Watt wird es so heiß, dass man es ohne Kühler nicht mehr mit dem Finger berühren kann.

Der andere Grund für extreme Hitze (und das ist wahrscheinlicher) ist, dass das Signal am Tor nicht ausreichend quadratisch ist. Wenn die Spannung zu langsam ansteigt und abfällt, haben Sie viel Verlust im Transistor.

Um Ihre Frage zu beantworten, müssen Sie also die zwischen Gate und Source sowie zwischen Drain und Source und bei RS1 - RS5 gemessenen Oszilloskopsignale bereitstellen.

Wenn das Signal am Gate in Ordnung ist, nehme ich an, dass Ihr Transformator nicht gut ausgelegt ist.

Im Allgemeinen sind die Informationen, die Sie geben, sehr grundlegend. Welche Spannung ist DCPOS? Was schließt du am Ausgang an? Wird der Transistor auch so heiß, wenn der Ausgang unbelastet ist?

DCPOS ist das gleichgerichtete positive Netz, das vom Brückengleichrichter kommt. Es bootet den IC, indem es Spannung über RVCC1-2 bereitstellt, und sobald der IC beginnt, den Transformator anzusteuern, liefert die Hilfswicklung den IC über D4 und R8 mit der erforderlichen Leistung. Der IC soll eine Betriebsfrequenz zwischen 20 und 100 kHz und eine maximale Einschaltdauer von 42 % haben. Nehmen wir an, der Transformator ist schlecht konstruiert. Könnte es sein, dass der IC außerhalb dieser Grenzen arbeitet und das den MOSFET beeinflusst? Ich habe gerade kein Oszilloskop zur Hand, aber ich werde versuchen, es zu messen, sobald ich eines in die Hände bekomme.
Auch werden weder der Transformator noch die Ausgangsgleichrichterdiode in der kurzen Zeit, in der ich den Treiber betreiben könnte, merklich heiß, bevor der MOSFET zu heiß wird.
Für diese Art von Elektronikdesign ist ein Oszilloskop absolut unverzichtbar. Nun, der Transformator speichert magnetische Energie, während der Mosfet durchschaltet und wenn der Transistor öffnet, wird diese Energie am Ausgang in elektrische Energie umgewandelt. Ist die Frequenz für den Trafo zu langsam, versucht der Transistor mehr Energie in den Trafo zu laden, obwohl dieser bereits gesättigt ist. In diesem Fall geht die Energie verloren und alles wird heiß. Woher wissen Sie also, dass der Transformator für diese Schaltung und für diese Frequenz richtig ausgelegt ist?
Und verwenden Sie C1, um den Wechselstrom von der Stromleitung zu glätten? Sollten das nicht mindestens 100µF oder mehr sein? Und: Im Kondensator CY2 sehe ich keinen Sinn. Es scheint, dass Ihre Schaltung mehrere Designfehler enthält.
Und zum Schluss: Sie wollen in Reihe geschaltete LEDs mit hoher Spannung und konstantem Strom ansteuern? Ist das eine gute Idee? Wenn nur eine LED stirbt, gehen sie alle aus. Hast du das gedacht? Ich würde stattdessen ein Computer-Netzteil nehmen, das mir 12 V und 15 A liefert, und jede 3 LEDs in Reihe mit einem Widerstand an 12 V anschließen. Fällt eine LED aus, sind statt aller nur 3 LEDs ausgeschaltet. So: commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_strip_circuit_diagram.svg
Dies ist ein Netzteil für kostengünstige LED-Beleuchtung, nicht für DIY-LED-Beleuchtung, daher kann ich kein Computer-SMPS verwenden. Ich weiß, dass LED-Ketten mit hoher Spannung und niedrigem Strom zum Ausfall neigen, aber angesichts des Preises dieser Art von Beleuchtungslösungen wird nicht erwartet, dass sie ewig halten. Dieses Design ist nicht mein ursprüngliches Design. Ich habe mich dabei am Musterdesign des Herstellers orientiert .

Gate-Widerstände sind sehr hoch. Und die 100k über GS sind auch sehr hoch.

Diese Widerstände (R5 || [R3+R4]) und die Eingangskapazität des MOSFET bilden ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von f=1/(2 pi 340R 1,2nF) = 390kHz. Dies kann hoch genug erscheinen, aber es kann niedrig genug sein, um die scharfen Flanken des Gate-Treibersignals zu glätten, was zu einer Überhitzung des MOSFET aufgrund unzureichender Ansteuerung führen kann.

Entfernen Sie den Gate-Widerstand R3 (10R), setzen Sie ein 0R. R4 kann zwischen 1R und 4R7 liegen. R5 kann im Bereich von 1k-10k liegen.

Ein weiterer möglicher Grund ist das Klingeln über DS, das durch die geschaltete Primärinduktivität verursacht wird. Es gibt einen Dämpfer, der von D3-R6-R7-C5 gebildet wird, aber sie sind möglicherweise nicht ausreichend. Beachten Sie, dass die Dämpfer in einem Flyback sorgfältig entworfen werden sollten.

Wenn ich mich einmischen darf, gibt es einige Schaltkreise, die enorme Mengen an Leistung steuern und kaum warm werden. Der Trick ist entweder an oder aus und nicht zu viel Zeit in der Übergangszeit. Einige Geräte profitieren von Dämpfern im gesamten Gerät (Dioden, Kappen usw.), aber oft ist es eine Frage der angemessenen Ansteuerung: ein oder aus, nichts dazwischen.

Vielleicht möchten Sie Ihre Antwort ergänzen, insbesondere Ihre Einschätzung, wie schnell sich die Schaltung ein- und ausschalten würde.

Aus Ihrem Design geht hervor, dass Sie Gate und Source mit dem Widerstand R5 verbunden haben, entfernen Sie diesen Widerstand und prüfen Sie, ob der MOSFET heiß wird oder nicht

Ich bin mir nicht sicher, ob R5 benötigt wird, aber bei 100K im Vergleich zu 330R und 10R wird es keine wesentlichen Auswirkungen auf den Betrieb des MOSFET haben.
MOSFET-Überhitzung im LED-Treiber
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