El MOSFET de potencia se calienta mientras conduce Peltier mediante un convertidor de voltaje reductor reductor

Olin Lathrop ha identificado su problema, pero la solución es bastante simple

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Un cambiador de nivel simple (Q1) proporcionará una buena oscilación de 12 voltios en la compuerta MOSFET. Con una capacitancia de puerta en el rango de 1500 pF, el tiempo de transición será inferior a un microsegundo, por lo que a 1 kHz la potencia desperdiciada será muy pequeña. Sin embargo, el tiempo de transición será lo suficientemente grande como para que no haya necesidad de una resistencia de compuerta separada.

Con aproximadamente 8 mA (4 V/500 ohmios) de impulso base y 60 mA de corriente de colector (12 V/200 ohmios), Q1 se saturará adecuadamente.

Con una mayor frecuencia PWM, necesitaría comenzar a buscar controladores más sofisticados, pero no veo la necesidad aquí.

ETA - También preguntaste sobre el ruido del conmutador. Por un lado, su inductor está haciendo un buen trabajo al mantener la corriente máxima dentro de los límites de la fuente de alimentación. Por otro lado, el condensador de 470 uF produce picos de corriente de más de 100 amperios (para un límite ideal), por lo que probablemente tenga algo que ver.

EDICIÓN ADICIONAL: el OP preguntó cómo dimensionar los componentes para un cambiador de nivel.

Primero, la hoja de datos BC639da una corriente de colector máxima de 1 amperio. Comience con una suposición de 1/10 a 1/20 de eso, o 50 a 100 mA. El transistor se usará como un interruptor, no como un amplificador, ya sea completamente encendido (cero voltaje a través de él, más o menos) o completamente apagado (sin corriente). Este modo se denomina saturación y debe suponer una ganancia de corriente de aproximadamente 10. Para los amplificadores, un BC639 puede funcionar con una ganancia de aproximadamente 40 a 250, pero esto no se aplica en este caso. Una ganancia de 10 que produce una corriente de colector de 50 a 100 ma implica una corriente de base de 5 a 10 mA. Suponiendo que Arduino pueda suministrar su corriente nominal a casi 5 voltios completos, esto significa que la resistencia base caerá unos 4 voltios, ya que la unión base-emisor caerá unos 0,7 voltios. 500 ohmios es un valor conveniente y esto proporcionará 8 mA de impulso base. 8 mA de excitación base por 10 da una corriente de colector de 80 mA cuando el transistor está encendido. Dado que estamos impulsando el transistor con fuerza, esto dice que la resistencia del colector (la resistencia de carga) caerá alrededor de 12 voltios. Si R2 fuera 1k, obtendrías 12 mA, por lo que 200 ohmios (otro número conveniente) darán unos 60 mA. Esto dice que el transistor operará con una ganancia de 7.5. Suficientemente cerca. Tenga en cuenta que ninguno de estos valores es realmente exigente. Puede ignorar fácilmente el 20% de pendiente. Tenga en cuenta que ninguno de estos valores es realmente exigente. Puede ignorar fácilmente el 20% de pendiente. Tenga en cuenta que ninguno de estos valores es realmente exigente. Puede ignorar fácilmente el 20% de pendiente.

Si se necesita un cambiador de nivel de 2 etapas para mantener la relación de fase entre el voltaje de entrada y la corriente de carga, esto se hace fácilmente. Sin embargo, los valores de la resistencia pueden ser un poco más altos en la primera etapa para reducir la disipación de energía. Esto se debe a que la resistencia de carga de la primera etapa proporcionará el impulso base para la segunda, y esta se alimenta con 12 voltios en lugar de 5. Si hace esto, es una buena idea colocar una resistencia de cada base a tierra, con un valor de aproximadamente 10 veces la resistencia base. Esto es solo para asegurarse de que los transistores permanezcan apagados sin entrada.

Sin embargo, no está claro en absoluto por qué necesitaría una segunda etapa. Todo lo que necesita hacer es ajustar el tiempo de PWM en el software para obtener el resultado correcto, y esto debería ser muy sencillo.

Para protegerse contra posibles ediciones futuras, este es el circuito del que estamos hablando:

Los principales problemas son:

1. No hay designadores de componentes en el esquema, lo que hace que sea difícil hablar del circuito.

2. El límite de 1 mF no tiene absolutamente ningún sentido. Tiene un seguidor de doble emisor que conduce la puerta FET. Esto proporciona una capacidad de corriente sustancialmente mayor que la salida digital. Bien hasta ahora. Sin embargo, la tapa evita que la CC sostenida ingrese a la entrada de energía de este amplificador de corriente. Ni siquiera puedo adivinar cuál crees que es su propósito, pero evita que el amplificador actual funcione correctamente.

   Tampoco es necesaria la resistencia de 3,3 Ω. Simplemente conecte el colector de la NPN directamente al suministro de 12 V.

3. El FET no está recibiendo suficiente voltaje de accionamiento de puerta. El amplificador de corriente seguidor de doble emisor es una idea razonable en sí misma, pero pierde dos caídas de voltaje en la unión. Comienza con una señal digital de 0-5 V y el FET se activa con aproximadamente 700 mV a 4,3 V.

   Eso estaría bien si el FET estuviera encendido sólidamente con 4.3 V en la puerta, pero no lo está. Tienes que leer la hoja de datos . En la página 2, muestra que la resistencia de encendido es de 17,5 mΩ, pero con un controlador de compuerta de 10 V. En la siguiente línea hacia abajo, muestra que el umbral de la puerta puede ser tan alto como 4,0 V, momento en el que solo obtiene 250 µA.

4. Los diodos están etiquetados como "Schottky", pero el símbolo dice normalmente diodo de silicio. ¿Cuál es? Debería ser un Schottky.

Mirando su circuito de controlador de puerta, el MOSFET no está encendido por completo. Creo que esto se llama "mejora" en la terminología MOSFET.

Mida la caída de voltaje a través de la fuente de drenaje de su MOSFET y luego mida la corriente que fluye a través de él. Luego puede calcular la disipación de energía en su MOSFET. Es probable que sea muy alto. El MOSFET que ha elegido requiere que el voltaje de la puerta esté por encima del voltaje de la fuente para estar completamente encendido. Casi todos los MOSFET de potencia funcionan de esta manera. Según la hoja de datos, el voltaje de la puerta debe ser aproximadamente 4 voltios más alto que la fuente. Sin embargo, está utilizando algunos transistores para controlar la puerta, por lo que el voltaje de control de la puerta debe ser aún mayor debido a la caída de voltaje en los transistores.

Sé que este es un hilo antiguo, pero quería aclarar algo que todos los demás se perdieron. La clasificación IRFZ44N de 49A es una clasificación de pulso único de unos pocos microsegundos. Debe mirar el gráfico de área de operación segura (SOA) del FET. En su caso, casi va a la clasificación de CC, que no está en las hojas de datos de IRFZ44N pero se proporciona en otras hojas de datos del fabricante FET, mire, por ejemplo, en las hojas de datos IXTP182N055T SOA, verá qué tan baja es la curva de CC de la curva de pulso de 10 ms. Debe respetar eso o eventualmente quemará su dispositivo.