Добрый день,
озадачился эффективным и относительно дешевым стабилизатором тока. Планирую использовать в лабораторном стенде для тестирования мощных (лазерных) сетодиодов. Всего около 500 штук. Тоесть после мощного импульсного БП поставить на каждый светодиод по стабилизатору. Задача стоит регулировать ток от 3А до нуля в каждом диоде отдельно. Хочу сделать на базе LDO регулятора, потому что там уже и ОУ и мощный транзистор и температурная защита. Ну и небольшая рассеиваимая мощность если подобрать напряжение импульсного БП чуть выше чем Vf на диоде. К тому же сейчас они не очень дорогие. Смотрю в сторону LT1085 или же MIC29302

Решение с резистором последовательно с выходом сразу отбросил, так как Vref у большинства около 1.2В и при 3А это нужно 3 Ватта только на резисторе. Поэтому хочу ток стимать с шанта и усиливать. При этом замыкая обратную связь в регулятор встоенного ОУ.

Подскажите как лучше сделать эту ОС. Лучше ли шант ставить до регулятора или после? Как на счет стабильности ? У LT1085 Vref относительно Vout, зато у MIC29xxx Vreg относитеьно GND, что намного удобнее.

И все это добро должно управляться через D/A преобразователь и ток должен мониториться, помимо температуры и светового потока.

Попробуйте вместо шанта шунт.

Ага это как вместо в лоб, по лбу . Это все от английских даташитов шанты вместо шунтов ночью в голове.

Например, один стандартный БП 5 В 20 Вт, один типовой программируемый источник тока, т.е. один ЦАП с двумя резисторами делителя, один ОУ, один биполярный транзистор и один резистор, далее 500-канальный каскодный коммутатор на полутысяче биполярных транзисторов и 9-разрядном дешифраторе на стандартной логике, и в конце один датчик тока на одном резисторе.

Если бы можно было так, я бы очень обрадовался. Не было бы 5кВ тепловой мощности. Но задача стоит жечь все светодиоды одновременно и смотреть как на них деградирует оптическая мощность в зависимости от температуры и от тока и от времени. Около 1000 часов.

А соединить всё как обычно, т.е. последовательно, политически неприемлемо?

Неужели реален случай уставки одного свтодиода в 0 А, а 499 остальных в 3 А?

к сожалению да. Диоды разные и если один сгорит, то данные от других тоже теряются. То есть после 1000 часов выяснится что один диод ограничивал ток другим, данные с других потеряют смысл.

Поскольку закон Ома, которому отродясь несколько веков, исключает разный ток в разных участках последовательной цепи, задача таки сводится, например, к одному покупному 5-киловаттному ККМ, т.е. с выходом 400 В, и 5-ти столбам по 100 светодиодов и 3-амперному импульсному источнику тока в каждом, а выгорающие компоненты элементарно автоматически закорачивать — например, копеечными тиристорами.

Так то оно так. С этого начинали. Но:
1. Испытываются диоды не одновременно и разных типов.
2. Ток в них нужно регулировать отдельно, грубо говоря для одних нужно 1А для других 2А, для третьих 3А
3. Диоды не в одном месте все, а разбросаны по группам.
4. Среди диодов есть лазерные, которые очень боятся статики и обратного напряжения. Бросков напряжения и тока быть не должно. Диоды не дешевые.

К сожалению диоды последовательно включить никак нельзя. Нужен простой и надежный регулируемый стабилизатор тока для каждого.

Тогда вышеозвученное решение — 500 источников тока, каждый — на биполярном транзисторе, ОУ и резисторе.

Дак о том же ж и речь. Только в целях экономии места, денег и энергии хочется взять регулятор напряжения типа КРЕНки и сделать это из него. Так там есть все уже. Не хватает ОС и по току, что можно сделать с помощью шУнта и дополнительного ОУ. Вечером попробую в LTSpice и выложу.

Ключевое слово здесь "хочется" — иначе не объяснить порыв заменить втридорога и кучей три копеечные детали, ещё и дающие непревзойдённый результат, потому что указанная Вами микросхема всегда будет компенсационным стабилизатором, в отличие от вышепредложенного мною параметрического.

Собственно ради этого создавал тему. Именно это и хотелось обсудить. На сколько я помню параметрический он без обратной связи а за счет стабильности напряжения на P-N переходе. В связи с этим предпочту компенсационный, там где ОУ с обратной связью и большим петлевым усилением регулирует на столько хорошо, на сколько хороша его опора.

И если все равно городить такой огород, то почему бы не взять готовый регулятор как компромиссное решение.

Вот что я имею ввиду, только транзистор мощный и чтобы на шунте не рассеивать много тепла, сигнал с него усилить усилителем шунта например


Вот нашел похожую тему источник тока из LM317, но что-то не все гладко там

возьмите такую схему. из расчета 3А и шунта 0,1 Ом, максимальное напряжение на нем будет 0,3В

Если взять опорное напряжение на стабилитроне например 5В, то таким же должна быть величина ОС при максимальном токе (3А) или 0,3В. значит чтобы привести макс напряжение ОС к максимальному опорному, требуется усиление 5В/0,3 = 16,67. значит можно взять резисторы делителя ОС примерно с номиналами 1к1 и 18к.

R6 EC1 EC2 можно выбросить или объединить с соседними регуляторами, тут кто на что гаразд

транзистор - в даном случае практически любой полевик, на радиатор. питание операционника от 12В до 30В, можно завести отдельно в таких масштабах, а силовое сколько душа пожелает.

вот схема Нажмите для просмотра прикрепленного файла

а поскольку вы оптическую мощность все равно смотрите (=измеряете), у вас 500 измерителей оптической мощности, добавьте 500 измерителей тока и 500 шим на мосфитах с обратной связью. Все будет типовое , одинаковое , греться не будет и будет надежно как табурет из икеи.

Спасибо, схема - классика. Именно она подтолкнула взять готовый регулятор и сделать такую же ОС по току. Там ведь тоже и ОУ и "пасс-элемент". Но идея бредовая, только недавно дошло, спасибо форумчанам. Подытожу:
1. В готовом регуляторе напряжение на неинверт. входе задано Vref, чтобы изменить величину тока, нужно изменять обратную связь.
2. Из-за особеностей в частности LDO регуляторов им нужно как минимум 2В на выходе чтобы отпирать PNP транзистор.
3. В связи с п.2 получаем ограничения на диапазон нагрузки. Низкоомные нагрузки ограничены минимальным выходным напряжением.
4. Вся эта хрень может возбуждаться в приграничных областях.
5. Совсем это не дешевле, если учесть возможность отдельного питания ОУ больше чем силовой цепи, то MOSFET открывается на всю спокойно без бутстрапа.

А MOSFET я бы брал с относительно маленьким Rdson и наименее крутой ВАХ и чтобы подешевле. Предпочтительнее в TO220, так как прикручивать удобно, радиатор водой охлаждатся будет.
Я бы еще параллельно к Rf 10nF для опускания частоты среза. Вместо переменника и стабилитрона все-таки прийдется ставить ЦАП. Еще нужно ток мониторить многоканальным ацп. Думаю все-таки взять какой-нить дешевый low side current sense amplifier и с него уже и на буфер АЦП и на инверт. вход ОУ.

Вы хотите через MOSFЕТ накачивать током индуктивность до определенного уровня и сигнал тока использовать как шим для открытия/закрытия mosfeta? Да, это не будет греться, но эту пилу не отфильтруешь в жизни имхо. К тому же вся масса будет загажена иголками. Мне помимо тока, нужно еще и температуру и фототок мерять. Мне кажется, удобней взять AC/DC импулсник мощный на 5В и с него 1 или 2 вольта на макс. 3А (3-6Ватт) рассеивать линейным стабилизатором. Благо есть водяное охлаждение, ведь мощность рассеиваимую диодами тоже нужно куда-то девать. Эти потери роли не сыграют, тут нужно еще некоторые диоды охлаждать с помощью пельте. Тоесть 12Ватт диод и еще 24Ватта на то чтобы его тепло перекачать

Если нет требования чтобы нагрузка сидела на земле, то можно попробовать использовать чтото типа TPS7A7002: между его выходом и землей подключаем нагрузку (диод) и последовательно шунт. Напряжение с шунта через резистор заводим на вход FB микросхемы. Туда же на FB заводим токовое смещение с ЦАПа, чем и регулируем выходной ток. Если ЦАП с выходом по напряжению, то подключаем его через резистор на FB, т.о увеличивая напряжение на выходе ЦАП ток будет снижаться вплоть до нуля.
Плюс микросхемы -очень низкое падение и малый опорный уровень (0,5В), так что потери на шунте будут минимальные. Правда с теплоотведением может быть проблема, поскольку SOIC8, но можно ограничивать входное напряжение, чтобы на микросхеме не падали лишние вольты.

У Тexas Instruments есть документ Using the TPS62150 as Step-Down LED Driver With Dimming
62150 он одноамперный, но можно взять 62130 - он 3А.
У других производителей также есть подобные доукументы.
Плюсы - меньше греется, минусы - нужна индуктивность (это доп размеры).

За 1000 часов поплывёт всё, так что, если этот стенд подразумевается мало-мальским средством измерения, то требуется и соответствующая схемотехника, а именно, минимальные воздействия на эталоны, ну и, простой здравый смысл говорит о том, что 500 фольговых резисторов по 10 долларов каждый, ещё и под нагрузкой, заменяются на один такой без неё и 500 обычных, постоянно калибруемых им, что в совокупности даёт итоговую схему, состоящую из "верхних" источников тока на LM324 и PNP, между коллекторами которых и нагрузками — плавающие датчики тока на обычных резисторах, измерение АЦП напряжения на которых дифференциальное, как и на нагрузке, а к коллекторам же через диоды Шоттки — 501-канальный каскодный коммутатор калибрующего тока на NMOS (один канал, как сказано выше, подключает этот ток к эталону).

Мешок PNP выгоднее взять в изолированных корпусах TO-220FP, чтобы не маяться с прокладками. Поскольку разброс ОУ, PNP и прочего теперь компенсирован, ЦАП тоже могут быть любыми, начиная от простых ШИМ с RC-фильтрами на выходах, при соблюдении прочей соответствующей схемотехники, разумеется.

В качестве калибруемых датчиков температуры — пары чередования "в горячую", т.е. механически оперативно, заменяемых стандартных RTD, измеряемых с опорой на тот же единственный эталон сопротивления.

Глянул у наших дистрибов TPS7A7002 даже цены на него нету. Вообще неплохой регулятор, soic8 смущает, тогда надо алюминиевую плату.
Но зачем мне LDO если все равно 0.5В или 1,2В в случае с обыкновенным LDO на диоде рассеивать. Тут идея гнилая, я уже это понял.

Спасибо, смотрел и не только у техас, у нэшенал тоже много. Но смотрите, единственное преимущество шим регуляторов это почти постоянный КПД 80% в широком диапазоне входного напряжения и разных нагрузок. О недостатках все и так знают. В моем случае в среднем КПД будет тоже 80%, так как большинство диодов идет с 5В, а Uвх=6.3В. Склоняюсь к линейному из-за надежности.

Не могли бы вы дать ссылку на даташит такого коммутатора. Планируем делать модульно. Разбить на 15-20 19дюймовых корпусов по 32 диода в каждый и все это в две высокие 19дюймовые стойки засунуть. Если брать один коммутатор и на него заводить, будет запарка с разъемами и вообще хаос, если где контакт плохой или что еще. А если брать на каждый ящик коммутатор 33 канальный то не рационально.

Давайте подойдем со здравым смыслом. Я попытался первым делом уточнить у заказчика зачем ему высокая точность. Заказчик долго чесал репу, выясняются что особая точность не нужна. Оказывается можно и с дрейфом +/-1% в год на ток и на напряжение. Температуру вообще +/- 2°C. А световой ток вообще 7-8% относительно полной скалы. Думаю отделаться калибратором, который раз в год будут устанавливать вместо испытуемой нагрузки и калибровать. Коэффициенты и оффсет дигитально накладывать через цап и ацп. Кстати, фотодиоды надо бы темперировать. У кремневых дрейф 0.1%/°C и при 50°C перепаде имеем 5%
,
Скажите почему вы считаете, что металоксид пленка поплывет за 1000 часов больше 0.5%. Применяю вот эти
ссылка на даташит и доволен, стоят около доллара и дрейф меньше 0.5%. К тому же шунты можно охлаждать и брать заведомо мощнее.
Все же надеюсь на компромис без коммутаторов.

Это такой тип схем — просто логические выходы и куча транзисторов, т.е. годится любая микросхема — микроконтроллер, популярные сдвиговые регистры 74HC595, аппаратные дешифраторы 74HC4514 и т.п.


Сравните с моим предложением — 10 центов за один NMOS коммутатора, ноль низкоомных резисторов и дрейф 0%.

Спасибо, задумался. Ведь источнику тока не важно насколько откроется нмос.

Подниму тему. К сожалению идея общего БП на 6В не реализуется гладко. Найти БП на 6В 1кВт сложно и токи выходят очень большие. Решил посмотреть в сторону step-down регулятора, а после него уже регулятор тока на оу, так как 24В БП на 1кВт имеются в продаже. Проглатывая пилюлю о пульсациях и наводках от шим, контроллеры будут все синхронизированы на одну частоту. Приведу пример схемы на критику. LTSpice файлик прилагается. Нагрузки омические 0.5R 1R 2R 3R

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Ток при разных нагрузках
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Напряжение Uce при разных наргузках
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Так как схему делал в LtSpice, взял LTC3824 из примеров как степ-даун регулятор. Главное что внутренняя ОС по току, а не по напряжению. ОУ тоже можно подешевле.
К сожалению монтаж обязывает нагрузку к массе привязать, поэтому выбрал т.н. "билатеральную" схему для регулятора тока. Феедбэк ШИМ регулятора заведен на Uce транзистора, таким образом на нем будет около 0.4В при 3А. Можно обойтись маленьким радиатором.

Вопрос про подводные камни от такого включения и вообще о таком скоплении шим контроллеров (даже если они синхронно работают).

Схема в LTSpice Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А ничего, что она уже совсем не о том? Не о простом, не о дешёвом, не о трёхамперном LDO-стабилизаторе?
Никто не придёт сюда обсуждать то, что Вы теперь предлагаете, глядя на заголовок темы.

Согласен, но не хотелось плодить темы. Если считаете, что нужно новую тему, с удовольствием начну?

Растолкуйте нам, для начала, откуда взялись 6 В и 1 кВт, когда практически вчера было:


И ни для кого не секрет, что 300-ваттных 5-вольтовых блоков питания, может даже уже в комплекте с упомянутыми корпусами,— на каждом углу как грязи.

Да от жадности. Хотят 40 мест в 4U ящик уместить, вот суммарно и будет 800Ватт. Тут куча проблем с габаритами и с теплоотводом. А 5В мало. По ТЗ макс на диоде от 3В до 6В в зависимости от вида и температуры. Если с запасом на провода и шунты и падения на предложенном вами коммутаторе то нужно 7. Можно конечно в этой куче 5-Вольтных TL431 подкрутить на 7, но нужно кондёры менять тоже. К тому же киловаттный БП занимает на половину меньше чем три 300Вт и дешевле в полтора раза (на вскидку). Хотел бы видеть кучу 7-ми вольтных . Нужно идти на здравые компромиссы.
Один из таких компромиссов взять например 12В БП их тоже как грязи. Как недостаток, дополнительный buck регулятор с 90% эффективности.

Хотелось бы услышать Ваше мнение о самом принципе, когда две ОС. Одна для линейной регулировки тока, другая ОС не дает диссипировать много на линейном ключе и подстраивает шим контроллер. Мне этот принцип пригодится еще для пельтие модулей. Тут одним напряжением не отвертеться.

П.С. Прошу прощения у тов. Герца, тема и правда ушла в офф. Обязательно создам новую

Этот принцип применялся еще в "заржавленные" годы.

Да заурядный, как уже сказали выше, принцип. Вот с его реализацией у Вас получилось не очень-то. Мне же проще показать свой вариант:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

R9 и R10, как я говорил ранее,— это просто дорожки по 10 мм длиной. Также, справа пририсован и описанный ранее кусок калибратора.

Подобных взятому, как пример, импульсных монолитных мировой электронпром производит навалом, а на место транзистора мне попался такой кандидат.

Спасибо, разбираюсь в Вашем варианте, возник ряд вопросов. Попробую по порядку. Простите, если что-то покажется глупым или слишком много букв.
1. Так как точность выходного напряжения не важна, а важно только чтобы ключ не грелся, Вы заменили ОУ, двумя эм. повторителями на Q3 и Q2. Причем так, что ~0.7В на БЭ переходе двух транзисторов взаимно компенсируются. Просто и сердито. Таким образом на R3 (10k) будет лежать разница (ldo+ - ldo-). В LT8086 Vref ~1В, таким образом ОС в LT8086 выставит такое напряжение ldo+ что на R4(20k) будет спадать ~1В. Так как ток в R3 и R4 почти равен на R4 будет 0,5В. Следовательно и на ключе Q5 будет всегда 0,5В.
2. Теперь самая запарка. Калибровка позволяет скомпенсировать нелинейности функции Iout(Udac), но как часто Вы предлагаете её делать. Ток коллектора Q1 плывет, оффсет ОУ плывет, дорожки R9, R10 плывут (там от 0 до 0,2Вт будет где-то 50К дельтаТ и у меди 4*deltaT). Ток через R9 не такой как через R10. Калибровать нужно чуть-ли не каждую минуту.
3. Не понимаю принцип калибровки. Q6 регулирует поглощение тока около 50мА. Если включить cascode_decd_000 то на R_ref будет где-то 2,5В, что замеряется АЦП и теперь мы знаем этот ток точно. Если включить теперь cascode_decd_001, то образуется делитель тока и от желаемого тока будет отсасываться 50мА. Вы предлагаете именно этот скачек d 1,25мВ детектировать? Мне кажеться я не понимаю Вас до конца. И, кстати, где здесь каскодное включение?
4. Согласен с вами, что мировой электропром завален готовыми микросхемами. Меня смущает то, что силовые ключи уже внутри. Это сразу делает микросхему дороже и теплоотвод сложнее. Решений с наружными ключами в мире не меньше. Конечно, больше деталей, но имхо надежней и дешевле. И при повреждении ключа ремонтируется проще.
5. Если смотреть график, на 240мкс появляется волна на линии тока Id. Это связано с переходным процессом в LT8086?
6. TVS диод не дает подняться напряжению больше 6В, защитит от глюков импульсника. Только что будет если нагрузка в обрыв уйдет, ну тупо вытянут светодиод. 3А потекут через TVS. Надо бы отлавливать такую ситуацию или диод на радиатор.

Калибровка даёт точное значение R10. Для того, чтобы получить f(U_DAC), требуется ещё одна точка, что реализуется периодическим замером с прибавкой к U_DAC, заодно компенсирующим периодический недобор тока, порождаемый калибратором. Тракт U_DAC->U_R9, при условии тепловой отдалённости Q1 от силовой части, дрейфует гораздо меньше и медленнее, чем R9 и R10.

Поскольку все токи и их интервалы точно известны, средние токи нагрузок также могут быть точно заданы.

Да, дельта на R10 весьма мала, но вполне по силам типовому СД-АЦП, способному постоянно обмерять все каналы за несколько секунд.

Q6 и M1, Q6 и M2 —классические каскодные пары.

Ещё, я немного запамятовал поступившее позднее условие разных напряжений на нагрузках, в результате чего данная схема неработоспособна из-за паразитных диодов NMOS — требуется либо добавить в стоки диоды и диапазона напряжения источника тестового тока, либо вообще заменить на аналоговый мультиплексор, способный коммутировать такой ток и напряжение.

Насчёт выбора стабилизатора — это вопрос бюджета проекта.

Да, с 240 мкс U1 выходит из невменяемости — может потому, что я лишил его конденсатора плавного старта. Ни с чем не сравнимые переходные процессы логично ожидать от любой индивидуальности.

Ограничитель необходим для любых контактов, выходящих наружу из прибора, и он здесь по прямому назначению — для защиты от помех, ни для чего иного. Его дополняют R7, R11 и R12.

Да, обрыв нагрузки не отработан — это проще всего делается стабилитроном с выхода схемы на ногу FB и возможным соответствующим уменьшением R3 и R4, компенсирующим эту дополнительную утечку.