Wie wähle ich einen Transistor für den Betrieb im aktiven/linearen Modus aus?

Kurzversion:
Ich möchte einen Transistor (jeglicher Art, aber vermutlich MOSFET / BJT) in seinem "teilweisen" Ein-Zustand betreiben, um den Strom durch verschiedene LEDs zu regulieren, bin mir aber nicht sicher, welchen Transistortyp ich verwenden soll und wie ich ihn auswählen soll einer der genannten Art.
Ich habe zwei weiße LEDs in Reihe plus eine RGB-LED, also insgesamt 4 Kanäle.

Die Spezifikationen/Anforderungen sind:

• Versorgungsspannung 12 V für weiße LEDs, 3,3-5 V (trimmbar) für RGB
• Max. Strom von 4,8 A für Weiß, 1 A pro Farbe für RGB; typisch vielleicht 1,5 A weiß / 0,3 A RGB
• Ströme stufenlos bis auf Null regelbar, stufenlos (z. B. 0 A im Aus-Zustand, 0,2 - 5 A im Ein-Zustand)
• LED-Durchlassspannungen von 11,2 bis 11,8 V (typisch) und 2,2 bis 3,9 V für die verschiedenen Farben über den gesamten Strombereich
• Steuerung über 3,3-Volt-MCU/DAC; <10 mA Strombelastbarkeit
• Low-Side-Transistorplatzierung
• Gleichstrombetrieb, der Strom ändert sich stundenlang nicht
• Relativ niedrige Kosten (ein paar USD pro Transistor oder weniger)
• DPAK/D2PAK oder ähnliche handlötbare Gehäuse mit einer gewissen Verlustleistungsfähigkeit (die Leiterplatte ist 0,8 mm/2 oz dick, mit gefüllten thermischen Durchkontaktierungen und Kühlkörpern)

Lange Version:

Ich habe einen linearen LED-Treiber entworfen, mit zumindest einem anständigen Verständnis seiner Vor- und Nachteile (hauptsächlich der Nachteil der Verlustleistung). Die Hauptvorteile, nach denen ich suche, sind ein völlig flimmerfreier Betrieb und eine relativ einfache Konstruktion. Ich mache das für vier Kanäle, also ist es nicht wirklich machbar, mit etwas Komplexerem wie einem Konstantstrom-Abwärtswandler zu arbeiten. das ist wahrscheinlich auch über meinem Können.

Ich habe einen Low-Side-MOSFET verwendet, um den Strom zu regeln; das MOSFET-Gate wird von einem DAC angesteuert, und der DAC wird von einem Mikrocontroller unter Verwendung einer PID-Schleife gesteuert. Auf der High-Seite befindet sich ein Strom-Shunt, damit die MCU den MOSFET regeln kann, um den gewünschten Strom zu erhalten.

Da ich dies von einer 3,3-V-MCU aus steuern möchte, habe ich einen MOSFET mit niedriger und niedriger Schwellenspannung ausgewählt RDS(on)(falls mir bei hohen Strömen die Versorgungsspannung ausgeht und die gesamte Versorgungsspannung über der Last liegen soll).

Das schien mir alles in Ordnung zu sein, bis ich gestern von thermischer Instabilität in Leistungs-MOSFETs erfuhr. Anscheinend ist meine Wahl eines niedrigen RDS(on)MOSFET eine sehr schlechte Wahl, wenn ich im linearen Modus arbeite, da moderne "Trench" -MOSFETs nur für schnelles Schalten ausgelegt sind, wodurch die Zeit minimiert wird, die nicht vollständig ein- oder ausgeschaltet wird, und während des erweiterten linearen Modus katastrophal ausfallen können Betrieb - insbesondere bei niedrigeren Gate-Spannungen (wie in meinem Fall von <3,3 V zu jeder Zeit).

Ich bin mir nicht sicher, wie sehr dies auf mich zutrifft, da VDS < 12 V und IDS < 5 A zu jeder Zeit und sie werden niemals gleichzeitig sehr hoch sein. Ich erwarte im schlimmsten Fall weniger als 3,5 W Verlustleistung.

Nachdem ich mich ein wenig mit MOSFETs befasst hatte, die für den linearen Betrieb optimiert waren, konnte ich nur solche finden, die für extreme Betriebspegel ausgelegt waren, z. B. 500-1000 Volt bei einer Verlustleistung von Hunderten von Watt ... und Preisen von 50 $ und mehr pro MOSFET.

Als nächstes habe ich mich ein wenig über BJTs informiert, fand aber andere Nachteile, vor allem die hohen Vce(sat)Spannungen, die während des "voll eingeschalteten" Betriebs viel Abwärme verursachen können. Ich würde auch entweder einen Darlington-Transistor oder eine andere Kombination (vielleicht einen MOSFET, der die BJT-Basis antreibt?) Benötigen, um 0-5 A mit einem DAC mit <10 mA Ausgang regeln zu können.

Wie soll ich das angehen? Sollte ich mich für einen einfachen MOSFET entscheiden, da der Drain-Source-Strom und die Spannungen niemals gleichzeitig hoch sind, oder etwas anderes?

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LED-Datenblätter:
Weiße LEDs, Cree XHP70.2 , 2x in der 6 V-Konfiguration in Reihe
RGB-LEDs, Cree XM-L Color

Ich werde bald einen Schaltplan hinzufügen; Das Hinzufügen des Schaltplans des gesamten Projekts ist für die Frage übertrieben, daher muss ich einen erstellen.

Wie bereits erwähnt, betreibt die MCU einen PID-Regler, um den DAC-Ausgang anzupassen; Der Prototyp (auf einer einzelnen 3-mm-LED) funktioniert gut bei ~ 300 Hz und pendelt sich in vielleicht 50-100 ms ein, was mehr als gut genug ist.