PWM-gesteuerter MOSFET erwärmt sich

Ich habe einen MCU-basierten PWM-Dimmer für LED-Streifen entwickelt.

Meine Schaltung funktioniert gut, aber es gibt ein Problem: Der MOSFET ist unerwartet heiß (dh 65 ° C). Also habe ich die Drain-Spannung mit einem Oszilloskop gemessen und festgestellt, dass die Drain-Spannung (wie erwartet) etwa 0,130 V betrug, wenn der MOSFET eingeschaltet war, aber 9 V betrug - sie sollte 16 V betragen -, wenn der MOSFET ausgeschaltet war. Ich bin mir also nicht sicher, aber ich denke, dass sich der MOSFET dadurch erwärmt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wo ist meine Schuld? Wie kann ich dieses Problem lösen?

EDIT: Hier sind die Wellenformen von V DS :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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"Also habe ich die Drain-Spannung mit einem Oszilloskop erfasst." Keine Bilder, es ist nicht passiert
Sieht so aus, als ob Q1 nicht vollständig eingeschaltet ist. Wie hoch ist die Spannung an R6 Versuchen Sie zunächst, Q1 und R5 zu entfernen, und verbinden Sie dann das Q1-Basispad mit dem R5-Pad, das zu R6 führt. Dann schauen Sie sich die FET-Spannungen noch einmal an.
Ich würde dieser auch eine Flyback-Diode hinzufügen ... Das ist wahrscheinlich ein guter Induktivitätsschlag mit 20 dieser LED-Strings parallel.
Bei welchem ​​Strom laufen diese 20 Saiten? Welche Art von Kühlkörper hast du auf den FET gesetzt?
Fahren Sie die Schaltung definitiv mit 500 Hz PWM, nicht mit vielen kHz?
Sie müssen sich mit diesem Typen treffen und Ihre Treiberstufen kombinieren ... electronic.stackexchange.com/questions/351842/…
Überprüfen Sie die tatsächliche Schaltung anhand Ihres Schaltplans - sind R4-R6 auf der Platine die gleichen wie auf der Schaltung angegeben? Vielleicht ist R5 tatsächlich installiert 1.6K und nicht 16R?
"aber es ist 9 V - es sollte 16 V sein" - nein, sollte es nicht. Ihr Oszilloskopeingang hat einen Widerstand, der Strom durch die LEDs auf Masse zieht, und der FET hat einen Leckstrom, wenn er ausgeschaltet ist. Einige weiße 5-mm-LEDs, die ich getestet habe, hatten einen Spannungsabfall von jeweils 2,2 V bei 0,25 uA. 20 parallel x 3 in Reihe würden bei 5 uA 6,6 V abfallen. Der AOD444 hat einen maximalen Leckstrom von 5 uA bei 55 °C. Ein 1-Meg-Oszilloskopeingang zieht 9 uA bei 9 V.
Mit drei LEDs und einem 10-Ohm-Widerstand legen Sie etwas in der Größenordnung von einem halben Ampere durch jede Saite, und 20 parallele Saiten leiten 10 Ampere durch den MOSFET. Das sind 1,3 W Verlustleistung – hast du einen Kühlkörper drauf?
@DaveTweed das ist schwer zu sagen ... bei 0,13 V bei 50 mR sind es nur ~ 0,3 W ... immer noch ... es wird warm. Uns fehlen hier ein paar Zahlen, aber ein Anstieg um 40°C scheint nicht unangemessen.
Wooz, warum hast du auf keinen dieser Kommentare oder Antworten geantwortet? Warum nicht auch etwas herumlegen 10 k Ω Zu 47 k Ω vom Abfluss zum (+) Ihrer Versorgungsschiene und messen Sie erneut, um zu sehen, ob dies der Fall ist 9 v Messung bleibt bestehen?
@jonk das scheint heutzutage so zu sein ... stell eine Frage ... komm morgen wieder und schau, ob es eine Antwort gibt ... Es ist eine tausendjährige Sache ... textbasierte Kommunikation ....
@Trevor_G: Es ist seltsam, dass Sie denken, nicht ständig online zu sein und eine sofortige Antwort auf eine Frage zu erwarten, sei „eine tausendjährige Sache“. Ich erinnere mich noch an die Zeit, als das Posten einer Frage in einem öffentlichen Forum beinhaltete, einen physischen Brief an einen Verlag zu schicken und abzuwarten, ob er ihn drucken würde. Und dann abwarten, ob jemand antwortet. Und deinem Profil nach zu urteilen, bist du älter als ich.
@IlmariKaronen Ich rationalisiere nur, und ja, ich erinnere mich auch an diese Tage.
Was ist das Tastverhältnis (%) für das PWM-Signal?
@IlmariKaronen Verschiedene Situationen, komplett. Ich habe UUCP über POTS verwendet, bevor UUNET auf den Markt kam, und war einer der ersten, der auf UUNET umgestiegen ist, als es um 1987 auf den Markt kam. Ich war auch ein früher Anwender von NNTP. Ich erinnere mich also sehr gut an die Tage, an denen man Tage oder Wochen warten konnte. Aber die Fragen dieser Seite sind nach einem Tag "abgestanden", und ein Fragesteller sollte mindestens 30 Minuten bleiben, denke ich, um die Frage bei Bedarf ein wenig zu vertiefen. Es ist grundlegende Höflichkeit und zeigt, dass Sie sich um die Zeit anderer kümmern, von der Sie hoffen, dass sie helfen. Also verschiedene Situationen.
Vergrößern. Wie lange ist die Fallzeit? Zeigen Sie auch die Anstiegszeit an.
@Trevor_G Ich habe Oszilloskopbilder hochgeladen.
@TonyM danke für das Interesse. Ich habe deinen Vorschlag ausprobiert, aber nichts hat sich geändert. Ja, ich fahre PWM mit 500 Hz und 50 % Tastverhältnis.
@BruceAbbott Ja, es ist ziemlich vernünftig.
@wooz Zeigt auch die Gate-Spannung an.
@IlmariKaronen Danke für deine Gedanken. Es gibt ungefähr 8 Stunden Zeitunterschied zwischen hier und den USA. Wir Menschen haben ein Schlafbedürfnis. :)
@wooz Wie ich vermutete, benötigen Sie eine Rücklaufdiode, um diese Spitzen beim Ausschalten zu beseitigen.
Fortsetzung: Es sieht auch so aus, als würde es auch an dieser Abzweigung klingeln.

Antworten (2)

Die 9 Volt sind ein Ablenkungsmanöver. 0,13 Volt über einem FET mit einem Einschaltwiderstand von 0,05 Ohm ist eine Leistung von 340 mW und dies erzeugt Wärme. Der Übergang zum Umgebungswärmewiderstand beträgt typischerweise 50 K/W, sodass ohne Kühlkörper und bei einer lokalen Umgebungstemperatur von 30 °C die Temperatur dann auf 30 °C + 0,34 W * 50 K/W = 47 °C ansteigt Berücksichtigen Sie, dass der Temperaturanstieg lokal um weitere zwanzig Grad steigen könnte und Sie bei 67 °C sind. Nicht wirklich ein Problem.

Es kommt vom Leckstrom des MOSFET. Dieser Leckstrom verursacht einen Abfall von etwa 2 Volt an jeder LED. Und ja, die Zahlen lügen nicht; 40°C Temperaturanstieg sind nach Berechnungen sehr logisch.

Eigentlich 65°C, ein Anstieg um 40°C ist bei dieser Schaltung nicht wirklich ausgeschlossen.

Angenommen, Ihre Zahlen stimmen, a 50 M Ω am Widerstand bei 0,13V sind das schon 1/3W. Bei 60 C/W ist das ein Anstieg von 20 C, wenn es die ganze Zeit eingeschaltet ist.

Fügen Sie die Schaltverluste und andere Fehler hinzu, es braucht nicht viel, um auf 2/3 W zu kommen. Eine Verbesserung der Abschaltzeit würde ein wenig helfen.

Wie Bruce Abbott in den Kommentaren erwähnte, könnte das 9V-Ding hier ein „ Ablenkungsmanöver “ sein.

Wie ich in einem Kommentar erwähnt habe, würde ich dieser Schaltung auch eine Freilaufdiode hinzufügen ... Das ist wahrscheinlich eine gute Induktivität mit 20 dieser LED-Strings parallel.

Ihr Argument wegen hoher Induktivität durch parallele LED-Strings klingt falsch. Parallel geschaltete Induktivitäten sind wie parallel geschaltete Widerstände. Die Gesamtinduktivität beträgt L/20, nicht 20*L.
@DaveP ja, ich meinte nur, es klingt so, als hätte er viel Verkabelung. Dioden sind billig..
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