Versión corta:
Quiero operar un transistor (de cualquier tipo, pero presumiblemente MOSFET / BJT) en su estado "parcial" para regular la corriente a través de varios LED, pero no estoy seguro de qué tipo de transistor usar, ni cómo elegir uno de dichos tipo.
Tengo dos LED blancos en serie, más un LED RGB, por lo que 4 canales en total.
Las especificaciones / requisitos son:
- Voltaje de alimentación de 12 V para LED blancos, 3.3-5 V (ajustable) para RGB
- Corriente máxima de 4.8 A para blanco, 1 A por color para RGB; típico tal vez 1.5 A blanco / 0.3 A RGB
- Las corrientes se ajustan suavemente hasta exactamente cero, sin un paso en ninguna parte (por ejemplo, 0 A cuando está apagado, 0.2 - 5 A cuando está encendido)
- Tensiones de LED de 11.2 ~ 11.8 V (típicas) y 2.2 ~ 3.9 para los distintos colores, en todos los rangos de corriente
- control desde 3.3 voltios MCU / DAC; < capacidad de corriente de 10 mA
- Colocación de transistores en el lado bajo
- operación de CC, la corriente permanecerá invariable durante horas a la vez
- Costo relativamente bajo (un par de USD por transistor o menos)
- DPAK / D2PAK o paquetes similares que se pueden vender a mano con cierta capacidad de disipación de energía (el PCB es de 0.8 mm / 2 oz, con vías térmicas llenas y con disipador térmico)
Versión larga:
He diseñado un controlador LED lineal, con al menos una comprensión decente de sus ventajas y desventajas (principalmente la estafa de la disipación de energía). Las principales ventajas que busco son el funcionamiento totalmente libre de parpadeo y la relativa facilidad de diseño. Estoy haciendo esto para cuatro canales, así que ir con algo más complejo, como un convertidor Buck de corriente constante, no es realmente factible; eso también es probable que esté por encima de mi nivel de habilidad.
Utilicé un MOSFET de lado bajo para regular la corriente; la compuerta MOSFET está controlada por un DAC, y dicho DAC está controlado por un microcontrolador mediante un bucle PID. Hay una derivación de corriente en el lado alto para que la MCU pueda regular el MOSFET para obtener la corriente deseada.
Ya que quiero controlar esto desde una MCU de 3.3 V, elegí un MOSFET con un voltaje de umbral bajo y un% de RDS(on) bajo (en caso de que me quede sin voltaje de suministro a altas corrientes, y quiero que todo el voltaje de suministro se transmita la carga).
Todo esto me pareció bien, hasta ayer, cuando aprendí sobre la inestabilidad térmica en los MOSFET de potencia. Aparentemente, mi elección de un RDS(on) MOSFET bajo es una muy mala elección cuando se opera en modo lineal, ya que los MOSFET modernos de "zanja" están diseñados para una rápida conmutación, minimizando el tiempo que no se enciende o apaga completamente, y puede fallar catastróficamente durante mucho Operación en modo lineal, especialmente a voltajes de compuerta más bajos (como en mi caso de < 3.3 V en todo momento).
No estoy seguro de cuánto se aplica esto a mí, ya que VDS < 12 V e IDS < 5 A en todo momento, y nunca serán muy altas simultáneamente. Espero menos de 3.5 W de disipación de potencia en el peor de los casos.
Después de analizar MOSFET optimizados para operaciones lineales, solo pude encontrar unidades diseñadas para niveles extremos de operación, como 500-1000 voltios a disipaciones de potencia de cientos de vatios ... y precios de $ 50 y más por MOSFET.
A continuación, leí un poco sobre BJT, pero encontré otros inconvenientes, especialmente los altos voltajes de% co_de que podrían causar una gran cantidad de calor residual durante la operación "totalmente encendido". También necesitaría un transistor Darlington o alguna otra combinación (¿quizás un MOSFET que controla la base BJT?) Para poder regular 0-5 A con un DAC de salida de lt; 10 mA.
¿Cómo debo abordar esto? ¿Debo usar un MOSFET simple, ya que la corriente y los voltajes de la fuente de drenaje nunca serán altos simultáneamente, o algo más?
Editar para comentarios:
Hojas de datos de LED:
LED blancos, Cree XHP70.2 , 2x en la configuración de 6 V en serie
LED RGB, Color Cree XM-L
Añadiré un esquema pronto; agregar el esquema completo del proyecto es una exageración para la pregunta, así que tendré que dibujar uno.
Como se mencionó, la MCU ejecuta un controlador PID para ajustar la salida DAC; El prototipo (en un solo LED de 3 mm) funciona bien a ~ 300 Hz y se asienta en unos 50-100 ms, lo que es más que suficiente.
