¿El mejor enfoque para diseñar un controlador de diodo láser 40A?

Necesito diseñar un controlador de diodo láser de 40 A y 1,8 V y necesito algún consejo, ya que en el pasado lo hice desde cero, solo DCDC mucho más pequeños. Como es un diodo láser, no habrá cambios rápidos de corriente.

Mi idea es: hacer DCDC reductor síncrono, usar PWM del microcontrolador STM32, luego el controlador MOSFET y luego los MOSFETS. 40A para mosfets no parece un problema. Detección de corriente mediante derivación de 0,001 ohmios de lado alto (en riel de 1,8 V) con amplificador opamp.

Sin embargo, algunas preguntas:

1) Vin: Estoy buscando más 12V en lugar de 24/48V, para evitar tiempos de transistor demasiado cortos. ¿Razonable? La corriente de entrada 8A frente a 2A no parece un factor decisivo.

2) Inductor. El inductor 40A da miedo, y probablemente no encontraré nada disponible. Estaba pensando en tomar inductores SMD estándar de 13x13 mm (que generalmente son 3A) y ponerlos en paralelo. Pero esto reducirá mucho su inductancia, probablemente por debajo del nivel aceptable. ¿Cualquier sugerencia?

3) ¿Hay algún beneficio de implementar DCDC multifase para esta aplicación? Tengo un montón de inductores de placa base de PC, son como 1uH y demasiado bajos para cualquier conexión en paralelo, pero podrían estar bien para multifase.

Para el enfoque más loco, podría simplemente cortar una pieza de la placa base de la PC con transistores, inductores y condensadores y rehacer los controladores de compuerta. Se verá raro, pero superar el diseño de tablero de 8 capas es algo fuera de mi alcance en este momento. ¿Parece demasiado loco?

Por curiosidad, ¿qué tipo de diodo láser estás conduciendo? Pensé que la mayoría de los diodos láser con ese tipo de corriente alta pero bajo voltaje normalmente solo eran adecuados para operaciones pulsadas de período muy corto.
Diodos láser de 808nm y 40W para bombeo de láseres Nd:YAG. Estos son CW, y en una enorme placa de cobre para montar en un disipador de calor. Hay CW y no CW, los que tengo son CW. Aquí está la foto: s.14.by/1000/808nm.jpg
¿Es este un producto real o un pasatiempo/experimento único?
@Will Dean: dado que está hablando de reutilizar los componentes de la placa base de la PC...
@WillDean Seguramente pasatiempo. Es posible que tenga que rehacerlo más tarde en el trabajo, y luego será mucho más caro.
Inductores RE, no es difícil encontrar inductores SMD con 40, 50, 60, 70 A Isat. Por unos pocos dólares cada uno. Simplemente visite cualquiera de los sitios web de los proveedores (es decir, Coilcraft, Bourns, Eaton, ...).
@ThePhoton Ya veo... Encontré algunos 40A y 10A en eBay, es un buen comienzo, ¡gracias! :-) ebay.com/itm/160665940683
@BarsMonster, ¿es este realmente el tipo de proyecto que quieres hacer con piezas de eBay? Si está haciendo esto para el trabajo o la escuela (y jugar con láseres de 80 W no es algo que mucha gente haga como pasatiempo), Coilcraft probablemente le enviará muestras gratis; entonces puede obtener exactamente las piezas que desea y no tiene que preocuparse de si realmente son lo que dicen que son.
Los diodos láser a menudo son quisquillosos con los picos de sobretensión, tenga cuidado si planea usar un micro en un circuito de retroalimentación de PSU de modo de conmutación. Mi consejo es encontrar una fuente de alimentación láser ajustada en eBay, sobrevalorada si puede encontrarla y pagarla.
En lugar de un dólar si vas a ir por ese camino, recomendaría un diseño Flyback si te sientes cómodo con él. Sería mucho más eficiente para un paso hacia abajo que estás mirando. Aunque necesita poder diseñar un transformador entonces... por lo que puede que no sea la solución correcta si no se siente cómodo con eso.
También secundo la salida multifásica o de bajo voltaje y regulo linealmente con BJT o FET en lugar de una solución PWM.

Respuestas (4)

Esta no es una tarea fácil de hacer simplemente reutilizando partes de placas base antiguas. Es un problema que creo que requiere una solución diseñada adecuadamente. No puedo imaginar que los diodos láser sean baratos y por eso recomendaría una placa de circuito diseñada correctamente con una solución de diseño que se adapte a esta aplicación. Inicialmente estoy pensando en quizás el LTC3882: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Los parámetros de salida se pueden controlar prácticamente desde una MCU (voltaje programable digitalmente, límite de corriente, arranque/parada suave, secuenciación, margen, umbrales AVP y UV/OV), por lo que creo que es una solución con alta probabilidad de funcionar. Otro chip que parece prometedor es este: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hay muchas opciones de LT: si usa su motor de búsqueda, reduce los requisitos de funcionamiento de 11 a 13 V con 1,2 voltios y 40 amperios de salida a esta página web aquí .

En cuanto al uso de un micrófono para controlar esto, lea lo que dice la gente sobre esto aquí: Digital SMPS vs. SMPS analógico

Multifase es el camino a seguir.

Idealmente, construya un único controlador multifásico de baja potencia. A continuación, construya múltiples secciones pequeñas de conmutadores de alimentación, más de lo que necesita. De esta manera, si uno falla, puedes sustituirlo. Al depurar, tendrá buenos y malos para comparar, no hay nada peor que ver una forma de onda y no saber si debe ser así o no.

Si puede usar una placa base de PC, hágalo, ahorra mucho edificio. Pero no lo cortes, úsalo entero. No se sabe hasta dónde van vagando huellas enterradas vitales. Por supuesto, quite los componentes, pero no use una sierra.

Una cosa con la que debe tener MUCHO cuidado es la capacitancia de salida que normalmente necesita con los convertidores reductores de este tipo, es un peligro enorme para su costoso diodo de bomba.

Si el cableado de salida se convierte en un circuito abierto, incluso por un momento, las tapas se cargarán al límite de voltaje que haya establecido, cuando el diodo se vuelva a conectar, el pulso de corriente resultante matará al diodo.

Cuando hice esto por una sola vez (y tengo, parámetros ligeramente diferentes pero una gran barra de diodo de bajo voltaje) apunté ligeramente a la eficiencia y traje un par de módulos de CC/CC aislados listos para usar (potencia crítica de GE según recuerdo). ), que redujo mi entrada a unos cientos de mV por encima del voltaje de funcionamiento de los diodos, luego reguló la corriente con un banco de paso hecho de transistores bipolares butch en un disipador de calor (los convertidores aislados significaban que simplemente podía conectar en paralelo las salidas de corriente de las dos mitades del banco de ahorros).

Fue hace un tiempo y no tengo mi lista de materiales a mano, pero creo que era algo como uno de estos %3d Hay versiones de 1,8 y 2,5 V de la misma idea disponibles que deberían proporcionarle algo que pueda recortar para proporcionar el margen necesario para el banco de pases.

La ventaja fue que el problema de hacer que DC/DC fuera eficiente era un problema resuelto, y tenía aislamiento, por lo que los accidentes alrededor de la barra de diodos se volvieron menos destructivos, y no estaba tratando de regular la corriente en presencia de cientos de microfaradios de límite de salida.

La modulación se introdujo a través de un optoacoplador lineal y los optoacopladores se usaron para el estado, el bucle de enclavamiento y la salida de informes de fallas.

El módulo aislado era importante porque las barras de diodo láser grandes tienen una molesta tendencia a ser positivas en la brida de montaje, el aislamiento significaba que un cortocircuito accidental no podía pasar por alto el regulador de corriente.

Por una parte, en general NO desea diseñar sus propios conmutadores de corriente pesada, aparte de cualquier otra cosa, el magnetismo apropiado es un problema en pequeñas cantidades.

Ojo por ahí, una barra de diodo láser así no es un buen juguete, solo vienes con dos retinas.

73 dan.

La tecnología existente de la computadora es válida para hacer su trabajo. También lo es el chip LT. En otras palabras, un modo de corriente reductora polifásica que funciona con un riel de entrada no demasiado alto funcionaría y sería sensato si su riel está allí. Si desea desconéctese, entonces puede hacer un transformador 10: 1 posiblemente usando un núcleo EI planar y prototipar su devanado con alambre de teflón. CC de bajo voltaje. Utilicé un sprauge de 680 microfaradios para un trabajo de 1 voltio, pero su trabajo es diferente. Tal vez podría usar muchas cerámicas de 10 microfaradios. Ahora que se ha solucionado la salida, su problema se convierte en un problema de 4 amperios. Ejecuté un inversor ZCS en un medio puente en el lado de giro 10. Usé 2 BJT baratos y tú también podrías. Recuerda que la potencia es inferior a 100 vatios.