Потужність перегріву MOSFET при 1А

Я будую RGB-драйвер, керований ардуїно, використовуючи світлодіодний драйвер постійного струму WS2803, драйвери MOSFET TLP250 та MOSFET IRF540N. Ось як це виглядає:

Малюнок зменшився, тому його важче помітити, R3, R7 і R11 - це резистори 1 к.

Цей ланцюг веде світлодіодну смугу 5 м RGB (100 сегментів) і повинен споживати максимум 2А / канал. Таким чином, кожен MOSFET повинен обробляти 2A на 13 В макс. IRF540N оцінюється на 100 В / 33А. RDSon повинен становити 44mOhm. Тому я подумав, що в радіаторі не буде потреби.

Я, очевидно, хочу, щоб ШІМ це (WS2803 ШІМ на 2,5 кГц), але давайте зосередимося на повному стані ON. Проблема у мене полягає в тому, що MOSFETS серйозно перегріваються в повному стані ВКЛ (перемикання не відбувається). На малюнку ви можете бачити значення, які я вимірював у повному стані ON.

TLP250, здається, керує MOSFET правильно (VGS = 10,6 В), але я не розумію, чому я отримую такий високий VDS (як 0,6 В на червоних світлодіодах). Ці MOSFET повинні мати RDSon 44mOhm, тому коли 1.4A протікає через нього, він повинен створювати падіння напруги менше 0,1 В.

Те, що я спробував:

• зняв TLP250 і застосував 13В прямо на ворота - думав, що MOSFET не повністю відкритий, але це зовсім не допомогло, VDS все ще був на 0,6 В
• зняли світлодіодну смугу та використали автомобільну лампу 12В / 55Вт на червоному каналі. Протікало 3,5А, VDS був на 2В і піднімався, коли MOSFET нагрівався

Отже, мої запитання:

1. чому VDS настільки високий і чому MOSFET перегрівається?
2. навіть з VDS на 0,6 В і ID на 1,4 А потужність 0,84 Вт, що я вважаю, що повинно бути добре без радіатора?
3. мені краще з менш потужним MOSFET, чимось на кшталт 20V / 5A? Або використовуйте MOSFET логічного рівня та керуйте ним безпосередньо з WS2803 (хоча мені подобається оптична ізоляція TLP250).

Кілька приміток:

• Наразі ця схема є лише на макетній дошці, і дроти, які з'єднують джерело MOSFET з GND, також дуже гарячі. Я знаю, що це нормально, оскільки через них протікає відносно високий струм, але я думав, що це я просто зазначу
• Я купував MOSFET оптом у Китаю, чи може це бути, що це насправді не IRF540N і мають досить низькі характеристики?

EDIT: Ще одне. Я створив цей контролер на основі драйвера MOSFET звідси . Хлопець використовує окремі джерела живлення для TLP250 та для навантаження (Vsupply, VMOS). Я використовував одне і те ж джерело для обох. Не впевнений, чи це має значення. А мій блок живлення 12В 10А регулюється, тому я не думаю, що в питанні є проблема.

Дякую.

Після отримання IRF540N від авторитетного продавця я точно можу підтвердити, що ті, які я спочатку використовував, - це підробки.

Після заміни підробленого на справжній я отримав Vds = 85mV на червоному каналі. Що я не очікував, але це те, що справжня FET нагрілася через хвилину або близько того. І тоді я зрозумів, що ці БНТ самі не виробляють багато тепла, а швидше нагріваються (і досить багато) з макетної дошки та дротів (це згадував Коннор Вольф). Короткі дроти, що підключають джерело FET до GND, кричать гаряче, коли він перебуває в повному стані. Переміщення БНТ з дошки підтвердило, що джерелом тепла були дошки / дроти. Підроблений один нагрівався, але я фактично міг його охолодити, просто торкнувшись його. Справжній був десь між кімнатною температурою і теплою лукою. Btw. вимірювання Vds безпосередньо на штифтах FET проти вимірювання його на відстані 1 см на дошці зробило різницю в 200mV (85mV на штирях, 300mV на дошці).

Ось кілька зображень, підроблені зліва, справжнє праворуч та маркування частини виробника внизу:

Незважаючи на те, що можливо більше маркування упаковки IRF, як показано в цьому документі, я не міг знайти подібного до підробленого (який лише підтверджує, що це підробка). Також вирізи на верхній частині задньої пластини є прямокутними та круглими на справжньому та в специфікації.

Дякую, хлопці, за всі ваші коментарі! Зараз схема працює як очікувалося (включена ШІМ).

Згідно з вашими вимірюваннями, найвищим транзистором на опір є:

$44m\Omega$

$I_D=33A$

Крім того, як зазначив Мадмангуруман у своїй відповіді, беручи до уваги найгірший сценарій теплового опору між сполукою та навколишнім середовищем, ви повинні спостерігати розумне підвищення температури транзистора.

Висновок: надані вами дані не узгоджуються.

Можливі джерела помилки:

• Транзистори, які ви використовуєте, не IRF540N
• Ваше вимірювальне обладнання не точне
• Ви не приймаєте вимірювання правильно. Ваші коментарі показують, що ви все-таки приймаєте їх належним чином.
• Я помиляюся

Перші два - найімовірніші джерела помилки, на мою думку.

Що стосується другої частини вашого питання, то вам, безумовно, може бути краще з транзистором нижчої напруги. Низький рівень опору вимагає якомога коротших каналів, тоді як високу напругу пробою важко досягти за допомогою коротких каналів. У цьому випадку, коли ви не сподіваєтесь побачити цю високу напругу зливу на джерело, ви можете "торгувати" деякими показниками напруги для зниження рівня опору.

Я думаю, що "перегрівання" - це трохи перебільшення. Гаряче, так, але перегрівання немає.

Тепловий опір, що не пов'язаний з радіатором, до теплового опору для ІЧ-частини:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

При 0,84 Вт, це при температурі 52 ° С підвищення температури навколишнього середовища, що зробить пристрій занадто гарячим на дотик. Частина призначена для експлуатації 175 ° C, але рідко є ідеєю, щоб там були деталі, які можуть спалити оператора.

$R_{DS(on)}$$1.5m\Omega$