Ключ на полевом транзисторе

[Хатуль]

Здравствуйте, помогите найти ответы на вопросы. Сделал схему со стабилизированным током через LM338 и pnp транзисторы, распараллелив их (в итоге получаю ток 12 + 12 + 12 + 12 + 1,76 ≈ 50А). Ведь получается, что на нагрузку будут подаваться эти 50А? Поэтому нужно ограничить ток через полевые транзисторы. Стоит ли управлять напряжением на затворах через операционный усилитель? Ведь на выходе напряжение будет на 1,5В меньше, чем напряжение питания (High-level output voltage = Vcc-1,5). Или просто управлять напряжением через переменный резистор? Как сделать это плавнее (может использовать низкоомный переменный резистор, всё равно ток ограничивается резистором R3 на 1 кОм)? Отмакетил часть схемы (см. файл «Часть схемы питания»). Так и вышло, что было максимум 6,5В на затворах при напряжении питания 8В. Подключил в качестве нагрузки резистор на 3,3Ом, но почему-то потребляемый ток вышел 1,4А, вместо 8/3,3 = 2,42А. Хотя транзистор IRF1404PBF должен пропускать ток больше 100А при напряжении на затворе 6В и напряжении сток-исток 8В (а транзисторов стоит 3 в параллель). В чём я ошибаюсь?
Как будет меняться сопротивление сток-исток при изменении напряжения на затворе (есть только значение RDS = 0.004 Ом при 121a, VGS = 10в)? А то я не вижу таких графиков в документации, а мне нужно прикинуть какой будет стоять радиатор.
И есть ли какие-нибудь замечания по схеме?

[Торо]

Для чего схема ?
На верхней части схемы будет падать 3V - 3.5V . При токе 50А - 150Вт в тепло .
А RF1404PBF тут нельзя использовать .Они не предназначены для плавной регулировки . Только ключевой режим .
Можно использовать только верхнюю часть схемы . Взять одну LM а транзисторы в параллель поставить .
Или использовать только RF1404PBF и делать на них ШИМ-регулятор .

[Хатуль]

[uquote="Торо",url="/forum/viewtopic.php?p=3868936#p3868936"]Или использовать только RF1404PBF и делать на них ШИМ-регулятор .[/uquote]
А если сделать ШИМ регулятор на таймере NE555 (сделал по другому схему)?
https://vrtp.ru/index.php?showtopic=24094
И пока опто транзистор U1 не будет открыт на 4 пине RESET не будет напряжения и таймер не будет подавать напряжение на затворы транзисторов, правильно?

[Муркиз]

Гм ... А зачем два раза одно и тоже ?

[Телекот]

Сначала надо выяснить для чего предлагается использовать данное устройство, если конечно это не военная тайна.

[Хатуль]

[uquote="Торо",url="/forum/viewtopic.php?p=3868936#p3868936"]Для чего схема ?[/uquote]
Схема нужна для лазерного диода. Поэтому необходим стабилизированный ток для питания.

[Телекот]

А что стандартная схема стабилизатора тока чем то не угодила?

Каждая ячейка дает 5-10А в зависимости от транзисторов.

[Хатуль]

[uquote="Телекот",url="/forum/viewtopic.php?p=3869143#p3869143"]А что стандартная схема стабилизатора тока чем то не угодила?[/uquote]
Просто общался на иностранном форуме с человеком, который занимался с лазерными диодами. Вот что он написал про питание:

Simply switching the PS directly across the diode could damage it pretty fast with spikes or transients while switching ON ... but even faster, when switching OFF!!

Had some problems when switching with MOSFETS, current controlled by OpAmps and shunts without proper "filtering" -- when switching from 0 to 20 Amps, some of the spikes were like 40-50 Amps for some ten nanoseconds, what's not directly killing the diode ... but the "negative" spikes, when switching OFF, while "only" 10 Amps, did this after some seconds !!!

Attached a more actual schematics of one of my old 5xLM338-drivers - you can define them for 3Amps per LM338, you can use more LM338 parallel.

Перевод:

Простое отключение питания непосредственно через диод может довольно быстро повредить его при коротких импульсах или переходных процессах при включении ... но даже быстрее при выключении!!!

Были некоторые проблемы при коммутации с помощью полевых МОП-транзисторов, при управлении током с помощью операционных усилителей и шунтов без надлежащей «фильтрации» - при переключении от 0 до 20 ампер некоторые импульсы были как 40–50 ампер в течение примерно десяти наносекунд, что напрямую не убивает диод ... но "отрицательные" импульсы при выключении "только" в 10 ампер, сделали это через несколько секунд !!!

Прилагаю более актуальную схему одного из моих старых драйверов 5xLM338 - вы можете настроить их до 3 Ампер на LM338, а затем можете использовать больше параллельных LM338.

[Телекот]

смотря как управлять.

[Хатуль]

Всё-таки возможно использовать схему с ШИМ регулированием на 555 таймере, которую я приложил ранее?
И моё рассуждение про опто транзистор U1 и 4 пин RESET таймера правильно?
В документации на таймер написано:

When RESET goes low, the flip-flop is reset and the output goes low.

Да, я знаю, что много энергии уйдёт в тепло. Закладываю для этого радиатор и обдув вентилятором.

[airnbrew]

Через грабли и прочие заборы, но увы, ход мыслей правильный.
У полупроводниковых лазеров при малейшем превышении тока выгорают зеркала. При питании пульсирующим током быстро рушится структура, так что ИИП - как первая ступень может быть, доводка лучше всего только аналогом. С правильно разведённой землёй. И лазеру обязателен обратный диод, даже если обратному напрягу взяться вообще неоткуда. Допустимые обратные напряжения на переходе очень небольшие. Времена достаточных перегрузок - десятки наносекунд. И с линией питания осторожно, должны отсутствовать наводки и переходные процессы в частотном диапазоне до сотен МГц, соотв. этим временам.

По предложенным вариантам. Вход включения и плавный пуск практически обязательны. Изначальная схема с ключом на полевике приводит как раз к хорошим переходным процессам и соответственно приключениям.
IRF1404 - а почему нет? Вполне себе.
Схема выбора тока джамперами - сомнительное удобство. Предложенный стабилизатор тока красивее. Но в применении к лазеру - нужен конденсатор на движок переменника, и я бы добавил схему жёсткого стробирования ОУ при выключении тока. Шунт в истоках - на напряжение 200-250 мВ, чем больше, тем проще операционнику работать.
Ну и ещё момент - в уважаемых приборах обычно применяют двойное питание - силовые цепи отдельно, на управление - свой источник вольт на 12-15, который с гарантией откроет затворы полевиков. Потребление с него будет мелкое. Напряжение на датчиках тока, напряжение затвор-исток, падение на ОУ, нужно, чтобы было с гарантией больше. Если пороговое напряжение у полевика на затворе 4,5 В, это не значит, что с 6 В питания оно нормально заработает.
Не вижу обычного резистора параллельно диоду лазера для затухания ВЧ наводок. Любой контур - не контур при низкой добротности, металлоокисный низкоиндуктивный резистор обязателен, пусть на нём падает 1-5% мощности диода - диод целее будет. Должен быть смонтирован около диода.
По теплу. Греться БП будет. Здесь главное - иметь в виду температуру транзисторов. Максимально допустимая - 150 С, при работе лучше держать ниже хотябы 80 С, с учётом интерфейса и прочего - охлаждение должно обеспечивать температуру радиатора не выше 60-65С. Тот запас, который карман не тянет.
Мощность рассеяния одним транзистором есть резон ограничить величиной 20-25 Вт. Туда же, надёжность. Так что ячейки генератора тока тупо параллелятся по допустимому теплу. Здесь они работают не в ключевом режиме, открыт-закрыт, а в активном, всё тепло будет выделяться именно на них.
Не надо на обслуге лазера экономить.

[Хатуль]

Спасибо, airnbrew, за развёрнутый ответ! Но у меня, как у нуба, остались вопросы.
1) Если распараллелить нагрузку, как в этом видео, то пойдёт?
2) Цепь от движка переменного резистора привязываю к земле источника питания на 12-15В через конденсатор? Какой ёмкости хватит?
3) Не могли бы вы предоставить схему стробирования ОУ?
4) Обратный диод ставить быстродействующий или достаточно Шоттки? Его можно и на плате расположить?
5) Вот такие шунты на 0,02 Ом пойдут?
6) Резистор, подключенный параллельно лазерному диоду, должен быть на несколько сот Ом?

[airnbrew]

strob.png

(10.56 КБ) 211 скачиваний

1. Вполне. Примерно оно и есть.
2. Сгладить щелчки от кривой дорожки переменника, стандартные 10 мкФ электролит и 100 нан керамики. Земля у всех общая в одной точке. Писал уже где-то по усилителям, то же самое.
3. Смысл такой. Транзистор открываем - включаем ток. На инвертирующем входе ОУ в выключенном состоянии схемы должно быть напряжение чуть больше, чем максимум опоры. Тогда выходной транзюк будет наглухо закрыт. Нужно подобрать по месту R1-R3. Если строб не делать, в нуле опоры будут плавания из-за перекосов ОУ , кривой разводки платы и много чего ещё. Операционник в этой схеме должен уметь работать около потенциала земли. LM358 и 324 умеют, но они не прецизионные. Точным нужно двухполярное питание. Да и денег других стоят обычно.
4. Быстродействующий - это характеристика рассасывания заряда в диоде, открываются все быстро. Тут пофиг наверное. Можно Шоттки. "Достаточно" - шоттки быстрее обычных в принципе, по конструктиву. Лучше ближе к лазеру, как и резистор. Толстый не надо, короткие импульсы они пропускают на порядки больше рабочих токов, не в разы даже. А штатного прямого тока не предвидится вообще.
5. 20 мОм 5 Вт, это до 15 ампер. Можно. Дорого только имхо.
6. Чем меньше, тем лучше. Как критерий - насколько не жалко греть.