Circuito de corriente constante con comparación de diseño de transistores / MOSFET

Existen algunos diseños para dispositivos de corriente constante, pero la mayoría de ellos usan un cierto chip. Estaba buscando una manera de construir mi propio suministro de corriente constante a partir de piezas que tengo disponibles. El objetivo es controlar un LED RGB con 10W (10-12V, 350mA).

Como tengo casi ninguna experiencia en electrónica (última conferencia ~ 7 años atrás), quería ejecutar dos diseños diferentes de ustedes.

El primero es uno que he tomado directamente desde aquí. ingrese la descripción de la imagen aquí

Y el segundo que encontré fue este aquí . Es interesante ya que tengo un conductor de Darlington. Modifiqué ligeramente el circuito de manera que R1 no está conectado a la fuente de alimentación principal (compárese con la Fig.6 en el documento vinculado) pero se controla mediante un puerto PWM Arduino.

¿Sería esto posible o necesito más piezas para el soporte PWM?

¿Cómo crees que se comparan esos dos circuitos? ingrese la descripción de la imagen aquí

Ps: Los números de pieza son introducidos por CircuitLab, así que no les presten demasiada atención. Definitivamente usaré diferentes partes y consultaré sus hojas de datos de antemano.

EDITAR

Después de un tiempo, ahora he construido el circuito uno (con el MOSFET). También agregué un filtro de paso bajo para conectar una señal de audio. Junto con un Arduino como controlador para los LED RGB, la luz late al ritmo de la música.

Construí el circuito de controlador de corriente constante desde arriba tres veces para R, G y B
La entrada está conectada a tres pines PWM de un Arduino
Basado en un tutorial de Jeremy Blum , construí un filtro de paso bajo simple con 2 amplificadores operacionales, algunas resistencias y tapas y un potenciómetro.
Ahora se puede conectar el audio que se divide en un solo para el altavoz y una entrada para el amplificador operacional. Los amplificadores operacionales amplifican la señal que luego va a una entrada de pin analógico Arduino
Con algún código ejecutándose en el Arduino, ahora puedo activar la luz en función de la entrada analógica
Agregué un regulador de voltaje (LM7809) para bajar de 12V a 9V para el Arduino. Esto no es realmente necesario, pero tenía uno y quería probarlo :)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Me divertí construyendo esto y ahora quiero ponerlo en una lámpara y codificar un poco más ...

led constant-current

— Martin H
fuente

En ambos casos, R1 = 100K es excesivamente alto. Para el MOSFET, que tiene una capacitancia de compuerta probablemente del orden de 1 nF, esto le da una constante de tiempo de 100 us, lo que significa que cambiará muy lentamente. Para Darlington, significa que solo tiene unos 32 uA de unidad base. Incluso si su Darlington tiene una ganancia de corriente total de 10,000 (poco probable), esto solo le proporciona 320 mA de corriente de colector.

— Dave Tweed

Tomé el valor de resistencia de 100K del primer enlace que publiqué. El pin Arduino es de 5V y 20mA máx., Creo. El TIP110 NPN Darlington utilizado en el segundo circuito tiene una ganancia de corriente de 2500. ¿Esto significa que mi corriente suministrada debe ser 350 mA / 2500 = 0,14 mA? Esto me daría un valor de resistencia de (5-0.7) V / 0.14mA ~ 30k Ohm. ¿Suena esto más razonable?

— Martin H

No en realidad no. En primer lugar, el voltaje base del Darlington estará en el orden de 1.8-2.1 V, que son 3 V_be caídas, no solo una. En segundo lugar, no hay nada de malo en sobrecargarlo por un factor de 10. La mayor parte del exceso de corriente será derivada por Q1, lo cual es bueno, porque no desea que el transistor funcione en el borde de conducción peludo. Eso haría que su corriente base sea de 1.4 mA, y la resistencia base debería ser de aproximadamente (5V - 2.1V) / 1.4mA = 2100 ohmios. Si usa 2200 ohmios, 5%, eso debería estar bien.

— Dave Tweed

@DaveTweed no está seguro de que la lentitud sea realmente un problema en el caso MOSFET. 100ns es bastante rápido para cualquier tipo de parpadeo de LED, y dado que este circuito está diseñado para operar M1 en la región activa de todos modos, no es como si cambiarlo lentamente introduce más pérdidas de conmutación.

— Phil Frost

@PhilFrost: ¿De dónde sacaste 100 ns? En cualquier caso, el punto del circuito es permitir que el PWM modifique el ciclo de trabajo de la corriente que está siendo regulada por los dos transistores. Si el MOSFET no puede encenderse o apagarse completamente lo suficientemente rápido como para seguir la forma de PWM, simplemente no funcionará. 100 ns sería un buen valor para la constante de tiempo, pero eso implicaría una resistencia de puerta de 100 ohmios, y la corriente sobrecargaría el pin de salida del Arduino. Para limitar la corriente máxima a 20 mA, la resistencia de compuerta debería ser de 250 ohmios, lo que da una constante de tiempo de 250 ns.

— Dave Tweed

Los dos son realmente lo mismo, funcionalmente. Ambos funcionan regulando el voltaje sobre R2 a aproximadamente 0.6V, lo que se necesita para polarizar hacia adelante la unión base-emisor de Q1. Si el voltaje sobre R2 aumenta más allá de esto, Q1 comienza a tirar hacia abajo la puerta / base del otro transistor. Pero no puede hacer esto demasiado, de lo contrario no hay corriente en R2, y nada para polarizar hacia adelante el emisor base de Q1. Por lo tanto, el circuito alcanza el equilibrio.

La idea es que, dado que el LED y el R2 están en serie, su corriente es igual. Si puedes hacer 60mA en R2.

Esto es solo aproximadamente cierto, por supuesto, porque R2 y el LED no están exactamente en serie. En ambos casos, los errores son introducidos por las corrientes base de cualquiera de los transistores. Afortunadamente, las ganancias actuales son muy altas, por lo que estos errores son insignificantes. Dudo que haya alguna diferencia práctica entre los circuitos, por lo que la selección basada en lo que tienes a mano me parece bien.

Sin embargo, si su objetivo es 350 mA en el LED, entonces R2 debe ser $0.6V / 350mA = 1.71\Omega$ . Es posible que desee utilizar una resistencia de 1 / 2W también, ya que está empujando su suerte con un 1 / 4W: $0.6V \cdot 350mA = 0.21W$ . Asegúrese de que el transistor que seleccione para Q2 / Q3 o M1 también pueda manejar la potencia que debe disipar, que será 12V, menos 0.6V en R2, menos el voltaje directo de su LED, multiplicado por 350mA.

— Phil Frost
fuente

Tienes razón sobre los valores de resistencia. No estaba prestando atención. Soy consciente de los cálculos de potencia de resistencia

— Martin H