1AでのパワーMOSFETの過熱

私は、WS2803定電流LEDドライバー、TLP250 MOSFETドライバー、IRF540N MOSFETを使用して、Arduinoで制御されたRGB LEDドライバーを構築しています。これは次のようになります。

画像が縮小されたため、見づらくなっています。R3、R7、R11は1k抵抗です。

この回路は5m RGB LEDストリップ（100セグメント）を駆動しており、最大2A /チャネルを消費するはずです。したがって、各MOSFETは最大13Vで2Aを処理する必要があります。IRF540Nの定格は100V / 33Aです。RDSonは44mOhmである必要があります。したがって、ヒートシンクは必要ないと思いました。

私は明らかにこれをPWMしたい（WS2803 PWMは2.5kHz）が、完全なオン状態に焦点を合わせよう。私が抱えている問題は、MOSFETが完全なオン状態で深刻に過熱していることです（スイッチングは行われません）。フルオン状態で測定した値を写真で確認できます。

TLP250はMOSFETを正しく駆動しているようですが（VGS = 10.6V）、なぜVDSが非常に高くなるのか（赤いLEDの0.6Vなど）がわかりません。これらのMOSFETにはRDSon 44mOhmが必要です。そのため、1.4Aが流れると、0.1V未満の電圧降下が発生します。

私が試したもの：

• TLP250を取り外し、13Vをゲートに直接印加しました-MOSFETが完全に開いていないと考えていましたが、まったく役に立たず、VDSは0.6Vのままでした
• LEDストリップを取り外し、赤いチャンネルで車の電球12V / 55Wを使用しました。3.5Aの電流が流れ、VDSは2Vであり、MOSFETが加熱されるにつれて上昇しました。

だから私の質問は：

1. なぜVDSが非常に高く、なぜMOSFETが過熱しているのですか？
2. VDSが0.6V、IDが1.4Aでも、電力は0.84Wですが、ヒートシンクなしで問題ないと思いますか？
3. 20V / 5Aのような、それほど強力ではないMOSFETを使う方がよいでしょうか。または、ロジックレベルのMOSFETを使用して、WS2803から直接駆動します（TLP250の光絶縁が好きです）。

いくつかのメモ：

• 現時点では、この回路はブレッドボードにのみあり、MOSFETのソースをGNDに接続するワイヤも非常に熱くなります。比較的高い電流が流れているため、これは正常なことですが、私はそれについて言及しました。
• 私は中国からMOSFETをまとめて購入しましたが、実際にはIRF540Nではなく、スペックがかなり低いのでしょうか？

編集：もう1つ。ここから、MOSFETドライバーに基づいてこのコントローラーを作成しました。男はTLP250と負荷（Vsupply、VMOS）に別々の電源を使用しています。両方に同じソースを使用しました。それが重要かどうかはわかりません。私の電源は12V 10Aに調整されているので、電源に問題があるとは思いません。

ありがとう。

評判の良い売り手からIRF540Nを受け取った後、私が最初に使用していたものが偽造品であることを確実に確認できます。

偽物を本物に交換した後、私は赤いチャンネルでVds = 85mVを得ました。しかし、私が予期していなかったことは、本物のFETが1分ほどで熱くなったということです。そして、これらのFET自体はそれほど熱を発生しておらず、ブレッドボードとワイヤから（かなり）加熱されていることに気付きました（Connor Wolfが言及しました）。FETのソースをGNDに接続する短いワイヤは、これが完全にオンの状態のときに熱くなっています。FETをブレッドボードから外すと、熱の発生源がブレッドボード/ワイヤーであることが確認されました。偽物が熱くなってきましたが、触るだけで冷やすことができました。本物は室温とルークウォームの間のどこかにありました。ところで FETピンで直接Vdsを測定する場合とブレッドボードで1cm離れて測定する場合では、約200mVの差が生じました（ピンで85mV、ブレッドボードで300mV）。

左側に偽物、右側に正規品、下部にメーカーのパーツマーキングの写真があります。

このドキュメントに示されているように、より多くのIRFパッケージマーキングが可能ですが、偽物に似たものは見つかりませんでした（これは偽造品であることのみをサポートしています）。また、バックプレートの上部のカットアウトは、正規品と仕様では長方形と円形のどちらでもあります。

コメントありがとうございます！これで回路は期待どおりに動作します（PWMを含む）。

測定によると、最上位のトランジスタのオン抵抗は次のとおりです。

$44m\Omega$

$I_D=33A$

また、Madmangurumanが彼の回答で述べたように、ジャンクションから周囲への熱抵抗の最悪のシナリオを考慮に入れて、トランジスタの温度の合理的な上昇を観察する必要があります。

結論：あなたが提供したデータは一貫していません。

エラーの考えられる原因：

• 使用しているトランジスタはIRF540Nではありません
• 測定機器が正確ではありません
• 正しく測定できていません。あなたのコメントはあなたがそれらを適切に取っていることを示しています。
• 私は間違っています

最初の2つは、私の考えでは、エラーの最も可能性の高い原因です。

質問の2番目の部分については、いくつかの低電圧トランジスタを使用すると確実にうまくいく可能性があります。オン抵抗を低くするには、できるだけ短いチャネルが必要ですが、短いチャネルでは高いブレークダウン電圧を達成することは困難です。この場合、この高いドレイン-ソース間電圧が発生することを予期していない場合は、いくつかの電圧定格を「トレード」して、オン抵抗を下げることができます。

「過熱」はちょっと大げさだと思います。暑いですが、過熱しています。

IR部分の非ヒートシンクのジャンクションから周囲への熱抵抗は次のとおりです。

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

これは0.84Wで、周囲温度よりも52°C上昇するため、デバイスが高温になり、触れることができなくなります。この部品の定格は175°Cですが、作業員を焼く可能性のある部品を配置することはほとんどありません。

より低いパーツを選択することをおます。このアプリケーションに100Vは必要ありません。40Vから60Vの範囲ではるかに優れた性能の部品が見つかります。たとえば、Infineon OptiMOS部品は、40Vでであり、TO-220（ちょうどそれらを交換してください）。 1.5 のM $R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$