consiglio/chiarimento R pulldown Mosfet

Ciao,
allego foto dello schema .

Il mio quesito è appunto la resistenza di pulldown sul gate del Mosfet IRF540N.
Credo sia quello il problema.

Il circuito prevede che esp32 attivi l’optoisolatore, il quale dovrebbe portare il Mosfet in saturazione per poter accendere un generatore di ozono a 12V.
Dove c’è scritto ‘3V3’ in realtà è un pin dell’esp32.

Il generatore assorbe circa 80W, sono circa 6,5 A , ma nonostante sul gate del mosfet arrivo a 12V, dopo poco il mos diventa una stufa.
Questo mi fa capire che in realtà non sono in saturazione ma in zona lineare, giusto?

Considerando che questo mosfet puo sopportare carichi maggiori se ben gestito,secondo voi, posso fare qualche accorgimento al circuito per evitare questo o devo cambiare sistema di pilotaggio, tipo un driver?

Usando carichi con assorbimenti minori, questo riscaldamento naturalmente non avviene.

grazie

mosfet+opto.png

Hai sbagliato MOSFET …
… abbiamo molte volte qui ripetuto che NON si deve usare la serie IRFxxxx, ma la serie IRLxxxx che, se ti studi il datasheet, è specificatamente definita “logic level”.

Con i 3.3V del ESP NON mandi in saturazione un IRFxxxx … devi guardare il grafico “Gate to Source Voltage” vs. “Drain Current” e scopri la fondamentale differenza.

Guglielmo

Ecco, ti allego i due grafici estratti dai rispettivi datasheet … a sinistra il IRL a destra il IRF …

… è più che evidente la differenza ed il perché, con i circuiti logici, si DEVE usare la serie IRL.

Guglielmo

ok, comprendo, ma è l'opto (4n25) che pilota il mosfet, non direttamente il pin dell'esp.

Il comando attraverso opto è ok (purché sia un comando statico e non PWM). Con la corrente che hai indicato sono poco più di 2W costanti da dissipare. È stata messa un'adeguata aletta di raffreddamento? In alternativa all'aletta, puoi collegare tre MOS brutalmente in parallelo, così invece di essercene uno che deve dissipare 2,3W da solo, ce ne sono tre che devono dissipare 0,25W ciascuno (e non richiedono alette)

wipity: ok, comprendo, ma è l'opto (4n25) che pilota il mosfet, non direttamente il pin dell'esp.

... ok, chiedo scusa, mi era sfuggito il particolare ... :-*

Guglielmo

Ho usato l’ip to proprio per poter usare quel mosfet e avere un isolamento tra i due circuiti. Sul gate mi ritrovo 12v quando attivo, quindi ben oltre i 10V che dovrebbe essere la tensione di soglia. Ora ho collegato 2 Mosfet in parallelo per provare, e naturalmente scaldano mooolto meno. Ma non è la soluzione che cerco. È un pcb fatto fare in Cina , su breadbord andava bene , ma usavo anche un carico minore. Su un’altra scheda il Mosfet si era annerito , e anche una pista era cotta. Come modifiche , posso sostituire resistenze, ma vorrei capire dove sbaglio. Potrebbe essere causa di correnti che vagano a causa del generatore ozono?

Misura la tensione fra drain e source quando il mosfet dovrebbe essere in saturazione. Prima a freddo (a circuito appena alimentato), poi a caldo (col mosfet che scotta).

Ciao,
P.

A prescindere dalla tensione di gate, hai comunque scelto il mosfet sbagliato a livello concettuale ...

Mettiamo che i dati che hai fornito siano corretti, ed il carico richieda 6.5A ... quel mosfet ha, stando al datasheet, una RdsON di 0.04 ohm a 10V di VGS (e supponiamo che ci siano tutti i 10V) ... quindi, nella migliore condizione possibile di funzionamento, ti ritrovi con una caduta di tensione sul mosfet di 6.5*0.04=0.26V ... 260mV non sembrano molti, ma significano che il mosfet deve dissipare in calore 0.26*6.5=1.69W ...

Ora, indipendentemente dalle massime potenze dissipabili riportate sui datasheet, bisogna sempre ricordarsi che i case dei componenti hanno una loro massima dissipazione, senza alette o dissipatori aggiunti ... quella del TO220 (il formato di quei componenti) e' di massimo 1W ... nel tuo caso devi dissipare di piu, quindi il calore si accumula, a meno di non aggiungere un'aletta, oppure di usare un diverso mosfet ...

Io personalmente uso, e consiglio sempre di usare, mosfet con portate in Ampere MOLTO superiori a quanto richiesto dal carico ... non tanto per la sicurezza (anche se e' sempre un gradito extra), quanto perche' piu la portata in corrente del mosfet e' alta, piu la sua RdsON in saturazione e' bassa ...

ti faccio un'esempio, IPP045N10N3 (sui due euro e mezzo, da mouser) ... 100A di portata, puo sembrare esagerato, pero' ha 0.0045ohm di RdsON ... significa che a 6.5A, avrai una caduta di tensione di soli 30mV circa, con una dissipazione di calore di circa 190mW, il mosfet dovrebbe diventare al massimo tiepido ... anche se dovessi pilotarci di piu, saresti sempre comunque al sicuro pure senza alette, sempre come esempio, con 10A di carico avresti 45mV di caduta e 450mW di dissipazione ... ;)

Ok, mi state chiarendo le idee...

Credevo che con una corrente massima di 30A è una Rdson relativamente bassa, andasse bene.

Ora, secondo voi, meglio cambiare Mosfet o c’è ancora qualcosa che posso fare per ridurre il surriscaldamento?

Posso sicuramente aumentare la dissipazione aggiungendo un dissipatore, ma è solo un girarci attorno, ho un altro mos uguale, stesso circuito vicino a quello, ho provato a metterli in parallelo ed effettivamente si ‘dividono’ il surriscaldamento, rendendo il componente ‘toccabile’ :) , ma è uno spreco.

pgiagno:
Misura la tensione fra drain e source quando il mosfet dovrebbe essere in saturazione. Prima a freddo (a circuito appena alimentato), poi a caldo (col mosfet che scotta).

Ho comunque misurato la Vgs:
con tensione di ingresso di 12,8V mi ritrovo , ad attivazione Mos, con Vgs di 12,5 - 12,6V.
se riduco la tensione di ingresso in modo da avere 12,2V come Vgs, il mosfet scalda di piu.
se porto a 12V precisi in ingresso, la Vgs arriva a 11,75V.
L’alimentatore da fuori 12V (regolabili tra 11,5 e 13,5) 30A.

Anche a Mosfet bollente la Vgs resta invariata.

ma dopo questa:

Etemenanki:
A prescindere dalla tensione di gate, hai comunque scelto il mosfet sbagliato a livello concettuale …

è il caso di rivalutare la scelta del componente!

Io ti avevo chiesto la tensione fra drain e source, non quella fra gate e source. Comunque la spiegazione di Etemenanky (bellissimo il nuovo diavoletto) taglia la testa al toro.

La tensione fra drain e source moltiplicata per gli ampère del carico ti danno la dissipazione a cui è sottoposto il mosfet. Quel mosfet ha una resistenza termica giunzione-ambiente pari a 62 °C/W, conoscendo i watt puoi sapere in teoria di quanto si innalza la temperatura di quel case senza dissipatore.

Ciao, P.

pgiagno: ... Quel mosfet ha una resistenza termica giunzione-ambiente pari a 62 °C/W, conoscendo i watt puoi sapere in teoria di quanto si innalza la temperatura di quel case senza dissipatore. ...

Vero ... considera comunque che la cosa piu importante, in quei casi, e' la massima dissipazione termica del tipo di case usato ...

Nei datasheet, ad esempio, per mosfet da 80 o 100 A ti danno una dissipazione di 70, 80 o piu Watt, ma sono sempre considerati come "tenendo il case o comunque l'aletta a 25 gradi", e roba simile, quindi anche se non te lo dicono, gia danno per scontato che tu li monti su un'adeguato dissipatore ... l'uso "nudo", senza alcuna aletta, neppure lo considerano loro ... ed il case TO220 ha appunto una massima dissipazione "sicura" di circa 1W, o poco piu se ben ventilato ... una volta avevo una specie di tabella per i case piu comuni, ma non la trovo piu ...

Si puo ricavare un valore approssimativo dai dati a volte presenti sui datasheet, ma tanto per darti un'idea di quanto possano essere a volte incasinati, prova a leggere questo pdf di Texas Instruments sull'argomento ... https://www.ti.com/lit/an/spra953c/spra953c.pdf

Nel datasheet dell'IRF540 leggo 0,077 ohm max con Vgs=10V, quindi con 6,5A sono ben 3,25W! Inoltre, controlla con un oscilloscopio sul drain che il mosfet non autooscilli.

Datman, giusto, scusa ... avevo un'altro paio di datasheet aperti e devo aver fatto confusione ... comunque, ancora peggio di quello che avevo calcolato io ;)

pgiagno:
Io ti avevo chiesto la tensione fra drain e source, non quella fra gate e source. Comunque la spiegazione di Etemenanky (bellissimo il nuovo diavoletto) taglia la testa al toro.

La tensione fra drain e source moltiplicata per gli ampère del carico ti danno la dissipazione a cui è sottoposto il mosfet. Quel mosfet ha una resistenza termica giunzione-ambiente pari a 62 °C/W, conoscendo i watt puoi sapere in teoria di quanto si innalza la temperatura di quel case senza dissipatore.

Ciao,
P.

ciao, quello che misuro tra drain e source sono 0,15V all’attivazione, nel giro di 15-20 sec il mosfet diventa molto caldo e la tensione sale a 0,55V, poi mi sono fermato.

Datman:
Nel datasheet dell’IRF540 leggo 0,077 ohm max con Vgs=10V, quindi con 6,5A sono ben 3,25W!
Inoltre, controlla con un oscilloscopio sul drain che il mosfet non autooscilli.

sembra rimanere stabile, comunque la temperatura eccessiva ha cotto un po’ anche le piste…
è palese il mio errore nella scelta del componente.
Vi ringrazio per i chiarimenti.

A parte il mosfet preso in esempio (IPP045N10N3) , quale altro mi potete consigliare per sopportare carichi di questo tipo?

Grazie a tutti

Be’, dato che lo usi a 12V e che usi un canale N in case TO220, e soprattutto non ti serve un logic-level, le scelte sono parecchie … basta cercare un mosfet dai 60A in su, con un 30 o 40 V di minima portata e RdsON basse, sotto i 20milliohm direi, piu e’ bassa e meglio e’ … solo per postare qualche possibile sigla, STP120N4F6, UTT80N10, STP100N8F6, STP110N8F6, IRF8010PBF, FDP3632, ma ce ne sono anche altri …

wipity:
… 0,15V all’attivazione, nel giro di 15-20 sec il mosfet diventa molto caldo e la tensione sale a 0,55V, poi mi sono fermato …

Quello e’ un’altro problema dei mosfet … piu la temperatura sale, piu la RdsON aumenta, quindi aumenta anche la caduta di tensione, il che fa aumentare la potenza da dissipare in calore, che fa aumentare la temperatura … e cosi via, finche’ se sale troppo, POOF, piu niente mosfet :wink:

Quello e' un'altro problema dei mosfet ... piu la temperatura sale, piu la RdsON aumenta, quindi aumenta anche la caduta di tensione, il che fa aumentare la potenza da dissipare in calore, che fa aumentare la temperatura ... e cosi via, finche' se sale troppo, POOF, piu niente mosfet ;)

chiarissimo e provato in quasi diretta :D

grazie grazie :)

wipity: ciao, quello che misuro tra drain e source sono 0,15V all'attivazione, nel giro di 15-20 sec il mosfet diventa molto caldo e la tensione sale a 0,55V, poi mi sono fermato.

Emmenomale!

Hai toccato con mano (si fa per dire...) che il tuo mosfet all'inizio dissipa circa 1W, mentre dopo una manciata di secondi arriva a più di 3,5W, iniziando il percorso verso il PUFF evidenziato da Etemenanki.

Ciao, P.

wipity:
ho provato a metterli in parallelo ed effettivamente si ‘dividono’ il surriscaldamento, rendendo il componente ‘toccabile’

Non è una semplice divisione per due, ciascuno dei due dissipa un quarto di quanto dissipava uno da solo.
Se ne metti tre ciascuno dissipa un nono.
Con quattro ciascuno dissipa un sedicesimo.
Ecc.