Circuito de corrente constante com comparação de projeto de transistores / MOSFETs

Existem alguns modelos disponíveis para dispositivos de corrente constante, mas a maioria deles usa um determinado chip. Eu estava procurando uma maneira de construir meu próprio suprimento de corrente constante a partir das peças que tenho disponíveis. O objetivo é controlar um LED RGB com 10W (10-12V, 350mA).

Como tenho quase nenhuma experiência em eletrônica (última palestra ~ 7 anos atrás), eu queria executar dois projetos diferentes por vocês.

O primeiro é um que tirei direto daqui insira a descrição da imagem aqui

E o segundo que encontrei foi esse aqui . É interessante, pois tenho um motorista de Darlington por perto. Modifiquei levemente o circuito de forma que o R1 não esteja conectado à fonte de alimentação principal (compare a Fig.6 no documento vinculado), mas seja controlado por uma porta PWM do Arduino.

Isso seria possível ou preciso de mais peças para o suporte ao PWM?

Como você acha que esses dois circuitos se comparam? insira a descrição da imagem aqui

Ps: Os números das peças são apenas inseridos pelo CircuitLab; portanto, não preste muita atenção neles. Definitivamente, usarei partes diferentes e consultarei suas folhas de dados com antecedência.

EDITAR

Depois de algum tempo, agora construí o circuito (com o MOSFET). Também adicionei um filtro passa-baixo para conectar um sinal de áudio. Juntamente com um Arduino como um driver para os LEDs RGB, a luz pulsa ao ritmo da música.

Eu construí o circuito do driver de corrente constante acima de três vezes para R, G e B
A entrada está conectada a três pinos PWM de um Arduino
Baseado em um tutorial de Jeremy Blum , construí um filtro passa-baixo simples com 2 amplificadores operacionais, alguns resistores e tampas e um potenciômetro de compensação.
Agora é possível conectar o áudio que é dividido em um único para o alto-falante e uma entrada para o amplificador operacional. Os amplificadores operacionais amplificam o sinal que passa para uma entrada de pino analógico do Arduino
Com algum código em execução no Arduino, agora posso acionar a luz com base na entrada analógica
Adicionei um regulador de tensão (LM7809) para descer de 12V para 9V no Arduino. Isso realmente não é necessário, mas eu tinha um e queria experimentar :)

insira a descrição da imagem aqui

Eu me diverti construindo isso e agora quero colocá-lo em uma lâmpada e fazer um pouco mais de codificação ...

led constant-current

— Martin H
fonte

Nos dois casos, R1 = 100K é excessivamente alto. Para o MOSFET, que possui capacitância de porta provavelmente da ordem de 1 nF, isso fornece uma constante de tempo de 100 nós, o que significa que ele alternará muito lentamente. Para o Darlington, isso significa que você tem apenas cerca de 32 uA de unidade básica. Mesmo se o seu Darlington tiver um ganho geral atual de 10.000 (improvável), isso gera apenas 320 mA de corrente de coletor.

— Dave Tweed

Peguei o valor do resistor de 100K no primeiro link que publiquei. O pino do Arduino é de 5V e 20mA máx., Eu acho. O TIP110 NPN Darlington usado no segundo circuito tem um ganho de corrente de 2500. Isso significa que minha corrente fornecida precisa ser 350mA / 2500 = 0,14mA? Isso me daria um valor de resistor de (5-0.7) V / 0.14mA ~ 30k Ohm. Isso soa mais razoável?

— Martin H

Não, na verdade não. Primeiro de tudo, a tensão de base do Darlington será da ordem de 1,8-2,1 V, que é de 3 V_be cai, não apenas uma. Em segundo lugar, não há nada de errado em sobrecarregá-lo por um fator de 10. A maior parte do excesso de corrente será desviada pelo Q1, o que é bom, porque você não deseja que o transistor opere na extremidade peluda da condução. Isso tornaria a sua base atual 1,4 mA, e o resistor da base deve ser de cerca de (5V - 2,1V) / 1,4mA = 2100 ohms. Se você usar 2200 ohms, 5%, tudo bem.

— Dave Tweed

O @DaveTweed não tem certeza se a lentidão é realmente um problema no caso do MOSFET. 100ns é muito rápido para qualquer tipo de LED piscando e, como esse circuito é projetado para operar M1 na região ativa de qualquer maneira, não é como se a comutação desse código introduz lentamente mais perdas de comutação.

— Phil Geada

@PhilFrost: Onde você conseguiu 100 ns? De qualquer forma, o objetivo do circuito é permitir que o PWM modifique o ciclo de trabalho da corrente que está sendo regulada pelos dois transistores. Se o MOSFET não puder ser ligado ou desligado completamente rápido o suficiente para seguir o formato PWM, ele simplesmente não funcionará. 100 ns seria um bom valor para a constante de tempo, mas isso implicaria um resistor de porta de 100 ohms e a corrente sobrecarregaria o pino de saída do Arduino. Para limitar o pico de corrente a 20 mA, o resistor de porta teria que ser 250 ohms, dando uma constante de tempo de 250 ns.

— Dave Tweed

Os dois são realmente iguais, funcionalmente. Ambos trabalham regulando a tensão acima de R2 para cerca de 0,6V, o que é necessário para polarizar a junção base-emissor do Q1. Se a tensão acima de R2 aumentar além disso, Q1 começa a puxar a porta / base do outro transistor. Mas isso não pode fazer muito, caso contrário, não há corrente no R2 e nada para polarizar o emissor-base do Q1. Assim, o circuito alcança o equilíbrio.

A ideia é que, como o LED e o R2 estão em série, a corrente é igual. Se você pode fazer 60mA no R2.

Isso é apenas aproximadamente verdade, é claro, porque R2 e o LED não são exatamente em série. Nos dois casos, os erros são introduzidos pelas correntes base de qualquer transistor. Felizmente, os ganhos atuais são muito altos, portanto esses erros são insignificantes. Duvido que exista alguma diferença prática entre os circuitos, portanto, selecionar com base no que você tem em mãos me parece bom.

No entanto, se seu objetivo for 350 mA no LED, o R2 precisará ser . Você também pode usar um resistor de 1 / 2W, pois está apostando na sua sorte com 1 / 4W: . Certifique-se de que o transistor selecionado para Q2 / Q3 ou M1 também possa suportar a energia que deve dissipar, que será de 12V, menos 0,6V em R2, menos a tensão direta do LED, multiplicada por 350mA. $0.6V / 350mA = 1.71\Omega$ $0.6V \cdot 350mA = 0.21W$

— Phil Frost
fonte

Você está certo sobre os valores do resistor. Eu não estava prestando atenção. Estou ciente dos cálculos de potência resistor

— Martin H