O uso de transistores com tensão de porta (ou base) limitada fará com que eles limitem a corrente, o que introduzirá uma queda de tensão significativa no transistor, fazendo com que ele dissipe energia. Isso é considerado ruim, desperdiçando energia e diminuindo a vida útil do componente.
Isso é ruim quando o transistor se destina a ser usado como um comutador. Se você pretende usá-lo no modo linear, então é o modo de operação pretendido e perfeitamente adequado. No entanto, algumas condições devem ser respeitadas em ordem para não danificá-lo:
1) Temperatura máxima da matriz, ie Potência x Rth
Rth é a "resistência térmica da matriz ao ar", que é a soma das resistências térmicas:
- caixa de junção, consulte a folha de dados, depende de como a peça é construída internamente
- dissipador de calor, depende do TIM (material de interface térmica, graxa, silpad, etc, isolante ou não) e também depende da área de superfície do TIM (um pacote grande como o TO247 tem muito mais do que o TO220, portanto Rth inferior)
- ar do dissipador de calor, que depende do tamanho do dissipador de calor, do fluxo de ar, se você usa um ventilador ou não, etc.
Para baixa potência (alguns watts), você pode usar o plano de aterramento da PCB como um dissipador de calor, existem várias maneiras de fazer isso.
2) Área de operação segura (SOA)
É aqui que o seu transistor sopra.
Quando operados no modo linear (sem alternar), os BJTs e os MOSFETs conduzem mais corrente para os mesmos Vgs (ou Vbe) quando estiverem quentes. Assim, se um ponto quente se formar no dado, ele conduzirá uma densidade de corrente mais alta do que o restante do dado, então esse ponto aquecerá mais, depois consumirá mais corrente, até explodir.
Para BJTs, isso é conhecido como fuga térmica ou segundo colapso, e para MOSFETs, é hotspotting.
Isso depende muito da tensão. O hotspotting é acionado em uma densidade de potência específica (dissipação) no chip de silício. Em uma determinada corrente, a energia é proporcional à tensão, portanto, em tensões baixas, isso não ocorrerá. Esse problema ocorre em voltagens "altas". A definição de "highish" depende do transistor e de outros fatores ...
Era do conhecimento geral que os MOSFETs eram bastante imunes a isso, "mais robustos que os BJTs", etc. Isso é verdade em tecnologias MOSFET mais antigas, como o Planar Stripe DMOS, mas não é mais verdade nos FETs otimizados para comutação, como a tecnologia Trench.
Por exemplo, verifique este FQP19N20, página 4 da ficha técnica fig 9, "área operacional segura". Observe que ele é especificado para CC, e o gráfico tem uma linha horizontal no topo (corrente máxima), uma linha vertical à direita (tensão máxima) e essas duas linhas são unidas por uma única linha diagonal que fornece potência máxima. Observe que esta SOA é otimista, pois está em Tcase = 25 ° C e em outras condições, se o dissipador de calor já estiver quente, é claro que a SOA será menor. Mas este transistor não tem problema em operar no modo linear, não terá hotspot . O mesmo para o bom e velho IRFP240, que é comumente usado em amplificadores de áudio com grande sucesso.
Agora observe o link publicado por τεκ, que mostra gráficos SOA com uma linha adicional à direita, com uma inclinação descendente muito abrupta. É quando ocorre o hotspotting. Você não deseja usar esses tipos de FETs em um design linear.
No entanto, tanto nos FETs quanto nos BJTs, o hotspotting exige tensões altas em comparação à tensão máxima. Portanto, se o seu transistor sempre tiver um Vce ou Vds de alguns volts (o que deveria ter nesse cenário), não haverá problema. Verifique o SOA do transistor. Por exemplo, você pode usar uma fonte de corrente baseada em opamp , mas você enfrentaria os mesmos problemas em baixa corrente, dependendo da tensão de compensação de entrada do opamp.
Uma solução melhor para o seu problema ...
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
À esquerda: você pode PWM um FET ou outro. Os diferentes resistores de dreno determinam a corrente na configuração máxima de PWM. Quando o PWM do FET esquerdo atingir zero, você poderá continuar diminuindo o PWM do outro FET. Isso proporciona um controle muito mais preciso nas intensidades de pouca luz.
É basicamente como um DAC de potência de 2 bits com pesos de bits que você pode ajustar escolhendo os valores do resistor (e você deve ajustar os resistores dependendo do que você precisa).
À direita, é o mesmo, mas um BJT conectado como coletor de corrente fornece controle analógico em baixa intensidade.
Eu recomendo ir com o da esquerda, já que é o mais simples e você provavelmente já tem todas as partes.
Outra boa solução é usar um driver de LED de corrente constante de comutação com corrente média ajustável. Esta é a solução de maior eficiência para LEDs de alta potência. No entanto, se você dirige uma faixa de LED, isso não ajudará muito em eficiência, pois os resistores na faixa de LED ainda queimam energia.