Superaquecimento do MOSFET de potência em 1A

Estou construindo um driver de LED RGB controlado por arduino usando o driver de LED de corrente constante WS2803, drivers TLP250 MOSFET e IRF540N MOSFETs. É assim que parece:

A imagem foi reduzida, então é mais difícil ver que R3, R7 e R11 são resistências de 1k.

Este circuito está conduzindo uma faixa de LED RGB de 5m (100 segmentos) e deve consumir no máximo 2A ​​/ canal. Portanto, cada MOSFET deve lidar com 2A a 13V máx. O IRF540N é avaliado em 100V / 33A. O RDSon deve ter 44mOhm. Assim, pensei que não haveria necessidade de um dissipador de calor.

Obviamente, quero fazer o PWM dessas coisas (PWMs do WS2803 a 2,5kHz), mas vamos nos concentrar no estado ON total. O problema que tenho é que os MOSFETS estão superaquecendo seriamente no estado LIGADO (sem alternar). Você pode ver os valores que medi no estado LIGADO na figura.

O TLP250 parece acionar os MOSFETs corretamente (VGS = 10,6V), mas não entendo por que obtenho um VDS tão alto (como 0,6V nos LEDs vermelhos). Esses MOSFETs devem ter RDSon 44mOhm; portanto, quando 1.4A estiver fluindo através dele, deverá criar uma queda de tensão inferior a 0,1V.

As coisas que eu tentei:

• removeu o TLP250 e aplicou 13V diretamente no portão - estava pensando que o MOSFET não estava totalmente aberto, mas não ajudou em nada, o VDS ainda estava em 0,6V
• removeu a tira de LED e usou uma lâmpada de carro 12V / 55W no canal vermelho. Havia 3,5A fluindo, o VDS estava em 2V e subindo à medida que o MOSFET estava esquentando

Então, minhas perguntas são:

1. por que o VDS é tão alto e por que o superaquecimento do MOSFET?
2. mesmo com VDS em 0,6V e ID em 1,4A, a potência é de 0,84W, que eu suponho que deveria estar bem sem um dissipador de calor?
3. eu estaria melhor com um MOSFET menos poderoso, algo como 20V / 5A? Ou use MOSFETs de nível lógico e dirija-o diretamente do WS2803 (embora eu goste do isolamento óptico do TLP250).

Algumas notas:

• Eu tenho esse circuito apenas em uma placa de ensaio no momento e os fios que conectam a fonte do MOSFET ao GND também ficam muito quentes. Eu sei que isso é normal, pois há uma corrente relativamente alta fluindo através deles, mas pensei em mencionar
• Comprei os MOSFETs a granel da China, será que esses não são realmente IRF540Ns e têm especificações muito mais baixas?

EDIT: Mais uma coisa. Eu criei este controlador com base no driver MOSFET daqui . O cara está usando fontes de energia separadas para o TLP250 e para a carga (Vsupply, VMOS). Eu usei a mesma fonte para ambos. Não tenho certeza se isso importa. E minha fonte de alimentação é regulada em 12V 10A, então não acho que a fonte de alimentação seja o problema.

Obrigado.

Depois de receber o IRF540N de um vendedor respeitável, posso confirmar definitivamente que os que eu estava usando originalmente são falsificações.

Depois de substituir um falso por um genuíno, obtive Vds = 85mV no canal vermelho. O que eu não esperava era que o FET genuíno esquentasse depois de um minuto ou mais. E então eu percebi que esses FETs não estão gerando muito calor, mas sim esquentam-se (e bastante) da tábua de pão e dos fios (Connor Wolf mencionou). Os fios curtos que conectam a fonte do FET ao GND estão muito quentes quando este está no estado LIGADO. Mover FETs para fora da tábua de pão confirmou que a fonte do calor era a tábua de pão / fios. Um falso estava ficando quente, mas eu poderia esfriar apenas tocando nele. O genuíno estava em algum lugar entre a temperatura ambiente e morno. Btw. medir Vds diretamente nos pinos FET vs medi-lo a 1 cm de distância na placa de ensaio fez cerca de 200mV de diferença (85mV nos pinos, 300mV na placa de ensaio).

Aqui estão algumas fotos, falsas à esquerda, genuínas à direita e marcas do fabricante na parte inferior:

Embora haja mais marcações de pacotes de IRF possíveis, como mostrado neste documento, não consegui encontrar nenhuma semelhante à falsa (que apenas suporta que isso seja uma falsificação). Também os recortes na parte superior da placa traseira são retangulares ou redondos no original e nas especificações.

Obrigado por todos os seus comentários! O circuito agora funciona como esperado (PWM incluído).

De acordo com suas medições, o transistor mais alto em resistência é:

$44m\Omega$

$I_D=33A$

Além disso, como Madmanguruman afirmou em sua resposta, levando em consideração o pior cenário de resistência térmica da junção ao ambiente, você deve observar um aumento razoável na temperatura do transistor.

Conclusão: os dados que você forneceu não são consistentes.

Possíveis fontes para o erro:

• Os transistores que você está usando não são IRF540N
• Seu equipamento de medição não é preciso
• Você não faz as medições corretamente. Seus comentários mostram que você os aceita corretamente.
• Eu estou errado

As duas primeiras são as fontes mais prováveis ​​do erro na minha opinião.

Quanto à segunda parte da sua pergunta, você certamente pode estar melhor com um transistor de tensão mais baixa. A baixa resistência requer o menor número possível de canais, enquanto é difícil obter alta tensão de ruptura com canais curtos. Nesse caso, onde você não espera ver essas altas tensões de dreno para fonte, você pode "trocar" alguma classificação de tensão por uma resistência mais baixa.

Eu acho que "superaquecimento" é um pouco exagerado. Quente, sim, mas superaquecendo, não.

A resistência térmica da junção ao ambiente sem dissipador de calor para a parte IR é:

$R_{\Theta_{JA}} = 62°C/W$

A 0,84W, a temperatura de 52 ° C sobe à temperatura ambiente, o que tornará o dispositivo quente demais para ser tocado. A peça é classificada para operação a 175 ° C, mas raramente é uma boa idéia ter peças que possam queimar um operador.

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