MOSFETを調理するのはなぜですか？

Arduino Nanoの PWMを使用して、約16メートルのLEDストリップの電力を制御するMOSFETを切り替える非常に単純なMOSFET LEDドライバーを作成しました。

私はSTP16NF06 MOSFETを使用しています。

私はRGB LEDを制御しているので、各色に1つずつ3つのMOSFETを使用し、16メートルのLEDストリップがすべて動作しているとき、約9.5アンペアを消費しています。

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

私の熱は私Iでなければならないので、MOSFETは、0.8Ωの完全にオン抵抗を有する²のR損失

3.17 amperes^2 * 0.08 ohms = 0.8 watts

データシートによると、1ワットあたり62.5°Cの熱が発生し、最大動作温度は175°Cで、予想される周囲温度は50°C未満です

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

私はヒートシンクなしでこれらのMOSFETを実行していますが、赤、緑、青、白をノンストップで繰り返し、過熱しなかったプログラムで一晩中実行し続けました。この回路は1日あたり16時間以上実行できると期待しています。

LEDには12 V電源を使用し、Arduinoからの5 V制御信号を使用しているため、60 Vのドレインゲート電圧または20 Vのゲートソース電圧を超えることはできません。

今日、エアコンの効いたオフィスのデスクで遊んでみたところ、その日のうちにできるように赤チャンネルをオフにできないことがわかりました。そして、電源を接続せずにゲートからドレインを測定すると、赤チャンネルで400Ω、緑チャンネルと青チャンネルで測定不能な高抵抗が見つかりました。

これは私が使用している回路図です。3回繰り返されたのと同じことで、5 VはArduinoからのPWM信号であり、抵抗なしの単一のLEDは、抵抗と固体のセットアップを備えたLEDストリップの代わりになります。モデルに。

Arduinoがピンヘッダーに約50回挿抜した後、失敗したと思いますが、Arduinoがまだ機能していることの意味はわかりません。

だから、それが高負荷の1日を含む数日間働いたことを考えると、私の質問：

1. Arduinoをこの回路にホットスワップすると、何らかの形でMOSFETが損傷しますが、Arduinoは損傷しませんか？

2. どういうわけか、ESDがここでの犯人になる可能性がありますか？私の机は樹脂被覆木材または集成材です。3つすべてのMOSFETのソースは共通のGNDであることに注意してください。

3. 私は派手なはんだごてを持っていません、そしてそれが300°Cを超えるかどうかはわかりません。しかし、私は鉛はんだを使用し、各ピンにできる限り少ない時間を費やし、1つのチップのすべてのピンを連続して、あまりにも多くの場合、最初のMOSFETの1つと2番目のMOSFETの1つをはんだ付けしますはんだ熱が問題だったのは、なぜそれがすぐに問題を引き起こさなかったのでしょうか？なぜ今ポップアップしたのですか？

4. 私が見逃したことや私の計算に見落としがありますか？

問題はゲート駆動電圧です。STP16NF06のデータシートを見ると、0.08ΩRdsonはVgs = 10 Vにのみ適用され、5 V（少し下）だけで駆動しているため、抵抗がはるかに高いことがわかります。

具体的には、Vgsが変化するときの動作を示す図6（伝達特性）を見ることができます。Vgs = 4.75 VおよびVds = 15 V、Id = 6 Aで、Rds = 15 V / 6 A = 2.5Ω。（いくつかの非線形性のために実際にはそれほど悪くないかもしれませんが、それはあなたが許容できる以上のものです

また、ESDも問題になる可能性があります。MOSFETのゲートは非常に敏感であり、Arduino（ESD保護ダイオードを備えている）が必ずしも影響を受ける理由はありません。

4.5 Vで完全にオンになる十分に低いしきい値電圧のMOSFETを入手することをお勧めします。ゲートにESD保護を組み込んだMOSFETを入手することもできます。

ゲート電圧に関するポイントは有効ですが、MOSFETが加熱しない場合、それが実際の原因であるかどうかはわかりません。

数アンペアで駆動される16メートルの12 V LEDストリップは、一般的なPWM周波数で大きなインダクタンスを持ちます。これにより、MOSFETがオフになるたびにドレインで電圧スパイクが発生します。これらのスパイクの持続時間は短いですが、電圧は電源電圧の何倍にもなります。

この特定の問題の解決策は、電気モーターや他の誘導性負荷の場合と同様に、フリーウェリングダイオード（ショットキー）をLEDと逆並列に+ 12Vとドレインの間に追加することです。

さらに確認する必要があります。

これは、1つ以上のPCやプラグパック電源に接続された実験的なセットアップのように見えます。

これにより、特に2極接続の電源を備えたラップトップコンピューターを使用している場合、アースを直接参照する環境や、回路のある時点で制御されない方法で参照される環境が生じることがよくあります。

一般的な「軽量」プラグパックスイッチング電源は、電源電圧の半分で、両極に重畳されたアースに対して実際に高インピーダンスAC電位を持つ出力レールを提供する傾向があります。これは通常、負荷が完全に浮いている（プラスチック製のケース付きアクセサリ）か、接地がアースにしっかりと接続されている（デスクトップPC）ため、気付かれず、インピーダンスが高いため（ケーブルを手に持っていない限り）あなたの舌、静脈の近く...それは、安全であるべきであるとしても。

ただし、このようなテスト設定では、電源電圧の半分が間違った場所に現れることを意味する可能性があります-そして、60Vまたは120V（実際には、最悪の場合は約170Vのピーク電圧...）がゲートを損傷するのに十分な場合があります他の電極が何らかの方法で接地されている場合（保護されていないMOSFETの場合）