Inesperadamente, MOSFET de N-ch alto drenaje a voltaje de fuente en estado "encendido"

Dentro de un proyecto más grande, estoy tratando de controlar una carga resistiva simple (un elemento calefactor) con un MOSFET de potencia de canal N. La carga se ejecuta en dos celdas de iones de litio paralelas, por lo que alrededor de 3.7v. El microcontrolador (An Atmel Attiny85) que estoy usando para controlar el MOSFET también funciona con este voltaje y emite este voltaje desde sus pines.

El MOSFET utilizado es un P80NE03L-06.

Diagrama de circuito

El diagrama representa un estado activado del MOSFET, con la salida IC teóricamente en el voltaje positivo de la batería. Por lo tanto, Vgs debería estar en 3.7 voltios, ¿verdad? El voltaje de umbral mínimo es de 1,8 V, por lo que espero que esté completamente encendido en este punto. La hoja de datos indica que la resistencia debe ser inferior a 0,006 ohmios y la corriente máxima es de 80 A.

El problema es que cuando ejecuto mi carga (17A), el voltaje entre los pines de drenaje y fuente es de 0.43v, creando una enorme pérdida de energía en el circuito y causando que el MOSFET se caliente dramáticamente.

Me topé con esta respuesta al intentar encontrar una solución, y menciona un diagrama de "características en la región". Las características de salida de mi MOSFET indican que Vds no debe ser superior a 0.25v a 25A y Vgs=4v

¿Alguien tiene alguna idea de por qué la caída de voltaje es tan alta en mi configuración particular? Debo haber olvidado algo, pero de acuerdo con cualquier esquema de cableado MOSFET, esto es todo lo que se incluye.

La respuesta de Compumike es probablemente correcta. En lugar de proporcionar números de hojas de datos, intente encender la carga y luego mida tanto el voltaje de la batería como el voltaje de la fuente de la puerta. Observo que ha enumerado el voltaje de la batería como 2.5 a 4.2. ¿Por qué está seguro de que la salida es de 4 voltios bajo carga?

Respuestas (2)

Preste especial atención a la hoja de datos.

RdsOn = 9 mΩ máx. @ Vgs=5V (6 mΩ @ Vgs=10V)

  Symbol      Parameter    Test Conditions             Min. Typ. Max. Unit
 1VGS(th) Gate Threshold Voltage VDS = VGS ID = 250 µA   1  1.7  2.5    V

Tenga en cuenta la baja corriente de umbral

Como regla general para obtener buenos resultados;

  • use al menos 2x Vgs(th)max
    • pero a menudo Vgs= 4x Vgs(th) Max o más
  • Busque una clasificación de corriente de aplicación de 10A para bajo voltaje
  • Pero lo más importante, si desea un aumento bajo de T en el interruptor, use delta T = Rja = Pd ['C]
    • o elija % de pérdida y luego RdsOn= % de carga R para 5% elija 5% de 20m Supongamos que usó una unidad lógica de 5V

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sospecho que debe estar usando más de 5 V, ya que el peor de los casos es peor que el suyo.

Agregué un convertidor de refuerzo a la puerta y, de hecho, funciona mucho mejor con una caída de 0.2v, lo cual es aceptable. Podría agregar un disipador de calor, pero durante unos segundos esto realmente necesita funcionar porque no estoy muy preocupado. ¡Gracias por la regla general!
cosas buenas... tenga en cuenta el Pd de la batería también, son aislantes térmicos y la ESR aumenta a> 33 mΩ en celdas LiPo baratas y aumenta bruscamente <10% SoC, lo que significa más Pd en la batería que 20 mΩ de carga. por lo que compartir 2 celdas actualmente es una buena idea con Voc coincidente
Las baterías no parecen calentarse mucho al tacto, ¿crees que debería controlar su temperatura con un termómetro?

¿Ha considerado que al extraer 17A de su paquete de baterías, puede experimentar una caída de voltaje en todo el sistema debido a la resistencia interna de la batería?

Esta discusión describe a alguien probando varias baterías de iones de litio de tamaño 18650 y encontrando, en el mejor de los casos,

R interno = 60   metro Ω

cuando la batería es de alta calidad y completamente nueva, hasta

R interno = 350   metro Ω

para baterías "marginales" que han recibido una paliza.

Incluso si elegimos un estadio de béisbol bastante conservador de 100 miliohmios para su paquete de baterías, sigue siendo una caída de 1,7 V. Eso reduce sustancialmente el voltaje de la puerta, lo que aumenta drásticamente la resistencia de la fuente de drenaje. Se establecerá un cierto equilibrio, pero puede que no sea el que le gustaría.

Todo esto es solo una conjetura basada en su descripción, ¡pero podría valer la pena medirlo!

Sí. Estoy de acuerdo. Al OP: tenga en cuenta que algunas celdas de iones de litio pueden tener una resistencia en serie de alrededor de 25 mOhm. Pero estos están diseñados específicamente para aplicaciones de alto consumo. Busque esos. Dos de esos en paralelo podrían funcionar. Pero necesita encontrar un FET que mantenga una DCR muy baja, digamos, 2.7V. O tal vez podrías hacer un paralelo con tus FET. En cualquier caso, este es un circuito que requiere mucha atención a los detalles. De lo contrario, estará constantemente estresando demasiado los componentes y estará plagado de fallas.
Lo medí, las baterías caen a alrededor de 3.5 de 4.1 voltios. Contribuyó al problema, pero después de haber probado el circuito con un suministro de 4v en la puerta, el problema no fue realmente causado por la caída de voltaje de la batería. Debería haberlo mencionado, pero las baterías están diseñadas para un consumo de moderado a alto y dado que las 17A en realidad solo están diseñadas para durar 4-5 segundos, las baterías no se calientan en absoluto.
Inesperadamente, MOSFET de N-ch alto drenaje a voltaje de fuente en estado "encendido"
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