🔥 Проект: радиатор на MOSFET-модуле для мощной ШИМ-нагрузки

MOSFET-модуль (в этом проекте — LR7843) ключует ток нагрузки через широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), и при большой мощности и длительной работе силовой транзистор заметно нагревается. Медный радиатор, закреплённый прямо на корпусе транзистора, забирает это тепло и рассеивает его в воздух.

Как это работает

MOSFET — не идеальный ключ: даже во включённом состоянии у него есть небольшое собственное сопротивление (Rds(on)), на котором при протекании тока выделяется тепло (P = I² × Rds(on)) — пропорционально КВАДРАТУ тока. При небольшой нагрузке это тепло незначительно и рассеивается через саму плату модуля, но при токах, близких к заявленному пределу модуля (мотор, нагреватель, мощный светодиодный модуль), крошечной медной дорожки на плате уже не хватает, чтобы отвести тепло быстрее, чем оно выделяется — транзистор перегревается, сопротивление канала растёт ещё сильнее, и может случиться тепловое разрушение.

Радиатор работает за счёт увеличения площади поверхности, рассеивающей тепло в воздух — но это помогает только при РЕАЛЬНОМ тепловом контакте с корпусом транзистора, а не если радиатор просто лежит рядом. Для этого нужен термоклей для радиаторов (в каталоге — HEATSINK PLASTER, термоклей 5г) — он даёт прочный тепловой контакт между металлической площадкой транзистора и подошвой радиатора и механически удерживает небольшой радиатор на месте при вибрации, в отличие от обычного термопаста, который со временем может подсохнуть или стечь.

Пошаговая сборка

Так как реализации данного модуля бывают разные, если у вас на плате нет тех контактов, которые указаны ниже — сориентируйтесь по названиям контактов на своей плате.

MOSFET-модуль: IN → D9 (ШИМ-пин Arduino), VCC → 5V (логическое питание модуля — уточните в описании вашей версии, многим модулям нужно именно 5V даже при переключении более высоковольтной нагрузки), GND → GND.
Силовая часть: V+/V- модуля → отдельный источник питания нагрузки, OUT+/OUT- → сама нагрузка (мотор, нагреватель и т.п.).
Найдите металлическую площадку (обычно на обратной стороне корпуса TO-220/TO-252) силового транзистора на плате модуля.
Нанесите небольшое количество термоклея на подошву радиатора, прижмите к площадке транзистора по инструкции на тюбике и дайте полностью схватиться перед включением питания.
Потенциометр для этого демо-скетча: средний вывод → A0, крайние → 5V и GND.

Скетч

// ВНИМАНИЕ: рекомендую отладить код через монитор порта, так как я языковая
// модель, а не специализированный кодер, и могу что-то упустить. Основу
// и идею я накидал, но проверьте под свою схему.

const int POT_PIN = A0;
const int MOSFET_PIN = 9; // ШИМ-пин

void setup() {
  pinMode(MOSFET_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int raw = analogRead(POT_PIN);
  int duty = map(raw, 0, 1023, 0, 255);
  analogWrite(MOSFET_PIN, duty);
  delay(20);
}

Дополнительных библиотек не требуется — только `analogRead()`/`analogWrite()`. Потенциометр в этом демо-скетче просто задаёт скважность ШИМ вручную; в реальном проекте на его месте может быть любой датчик с других проектов сайта.

Частые проблемы

Радиатор еле тёплый, а модуль всё равно перегревается/отключается — почти всегда означает плохой тепловой контакт; переклейте радиатор термоклеем, не оставляйте его просто прижатым без фиксации.
Нагрузка гудит/пищит на некоторых значениях ШИМ — обычный эффект частоты ШИМ, взаимодействующей с обмоткой мотора; не поломка.
MOSFET не до конца открывается на малых значениях ШИМ — проверьте, что модуль логического уровня (большинство готовых breakout-модулей уже содержат нужный драйвер затвора).
Радиатор обжигающе горячий уже в первые секунды работы — нагрузка слишком велика для этого конкретного MOSFET-модуля; нужен более мощный модуль и/или радиатор большего размера, либо активное охлаждение.

Как улучшить проект

Добавить датчик температуры (DS18B20 или LM75 с других проектов сайта) прямо на радиатор и автоматически снижать ШИМ при перегреве.
Добавить небольшой вентилятор для активного охлаждения на высокой скважности ШИМ.
Выводить текущую скважность на дисплей TM1637 для наглядности без монитора порта.