Stabilizzatore di corrente per Led

[ginfizz]

Dato che l'argomento e' molto gettonato, ho pensato di esporre una possibile soluzione al problema della corretta alimentazione dei Led.
La soluzione della resistenza di caduta va benissimo nella maggior parte dei casi, ma puo' sorgere qualche problema quando si vogliano accendere molti led avendo a disposizione una tensione piuttosto bassa e per lo piu' variabile nel tempo. Per esempio mi riferisco alle batterie ricaricabili al Ni-Cd o Ni-Mh, che presentano una tensione molto piu' alta a fine carica rispetto alla tensione di esercizio, oppure all'alimentazione nelle auto, dove la tensione puo' variare da 12,5 volt a motore fermo fino ai 15 volt in marcia.
In questi casi si e' costretti a suddividere i led in molte file, ognuna costituita da pochi led, e spesso si e' costretti a sacrificare un led in ogni fila per poter inserire una adeguata resistenza di limitazione.
L'ideale quindi sarebbe quello di avere a disposizione uno stabilizzatore di corrente da applicare ad ogni fila, che presenti la piu' piccola caduta di tensione possibile e che sia di basso costo, considerato che anche in questo forum ho visto utenti che hanno utilizzato una decina di file di led.

L'idea che ho maturato e' la seguente:


Il funzionamento e' semplice:
la resistenza R2 e' calcolata in modo da porre in conduzione TR2 appena TR1 venga attraversato dalla corrente desiderata.
Appena TR2 entra in conduzione “ruba” corrente alla base di TR1, riducendo cosi' la conduzione di quest'ultimo . TR2 non puo' aumentare in modo eccessivo la sua conduzione, perche' si ridurrebbe la tensione ai capi di R2, riducendo la conduzione dello stesso TR2. A sua volta TR1 non puo' aumentare eccessivamente la sua conduzione perche' aumenterebbe la tensione ai capi di R2, aumentando la conduzione di TR2 che riporterebbe TR1 alle condizioni iniziali. I due transistor quindi si stabilizzano controreazionandosi a vicenda.
Dalle prove fatte con i BC337 inseriti nello schema la formuletta per il calcolo di R2 e' la seguente
R2 in ohm = (0,585 /mA Led) * 1000.
Potrebbe essere necessario ottenere R2 con una combinazione serie/parallelo di due o piu' resistenze.
Dalle prove pratiche si sono ottenuti, con i valori inseriti nello schema, i seguenti risultati:
Stabilizzazione per variazioni carico: assoluta, al decimo di mA, anche cortocircuitando i tre led che componevano la fila.

Stabilizzazione per variazione della tensione alimentazione, con due led rossi tradizionali come carico:
volt alim. - mA Led
19,5 - 16,50
12 - 15,55
9 - 14,94
6 - 14,27
5 - 14,08
Naturalmente variazioni di tensione cosi' ampie non si verificano mai in pratica.
Al disotto dei 5 volt non era possibile scendere, perche' tra il collettore di TR1 e la massa era presente una tensione di 1,25 V al di sotto della quale viene persa completamente la stabilizzazione (0,6 volt sono presi da R2). Quindi la tensione minima di alimentazione delle file di led deve essere:
Vmin = Vled * nLed + 1,25.

Stabilizzazione nei confronti delle variazioni di temperatura:
riscaldando il circuito alimentato a 12 V con un asciugacapelli la corrente e' diminuita a 14 mA, quindi questo comportamento e' una garanzia in piu'.

Purtroppo non ho a disposizione Led ad alta luminosita' ed alto assorbimento ad ogni modo il BC337 dovrebbe comportarsi bene perche' tollera correnti di collettore maggiori di 500 mA e dissipazioni maggiore di 1 watt. Potrebbe pero' essere necessaria una diminuzione del valore di R1 per correnti molto piu' alte di 15 mA. Eventualmente se qualcuno volesse far sapere come si comporta il circuito con led ad alto assorbimento farebbe cosa gradita.

Spero che questo circuitino possa essere utile a qualcuno.

Ginfizz

[BrunoValente]

Bello, complimenti!

[g.schgor]

Si, e' bello, concordo.
Suggerirei pero' di sottolineare (rovesciando la formula data) che

Il che ad es., per un'alimentazione di 12V ed un Vled di 1.8V, mostra la
possibilita' di mettere fino a 6 Led in serie (al posto di 2), giustificando
cosi' maggiormente l'impiego di 2 transistor per ramo.

[ginfizz]

Si, e' bello, concordo.
Suggerirei pero' di sottolineare (rovesciando la formula data) che

Il che ad es., per un'alimentazione di 12V ed un Vled di 1.8V, mostra la
possibilita' di mettere fino a 6 Led in serie (al posto di 2), giustificando
cosi' maggiormente l'impiego di 2 transistor per ramo.

Grazie per l'apprezzamento !

Effettivamente hai ragione nel rovesciare la formula: quello che interessa conoscere e' il numero di Led inseribili in ogni ramo, dato che gli altri elementi sono, di solito, non modificabili a piacimento.
Grazie di nuovo,anche a Bruno !
ginfizz

[ginfizz]

Ho provato un po' a strapazzare i led in mio possesso inserendo per R2 una resistenza da 22 ohm, raggiungendo cosi' i 25 mA.
Nelle stesse condizioni del test precedente, con due led rossi come carico, variando la tensione di alimentazione si sono avuti risultati sovrapponibili ai precedenti:
volt alim. - mA Led
19,5 - 26,2
12 - 25,6
9 - 25,3
6 - 24,7
5 - 24,6

Il comportamento con variazioni di carico e di temperatura e' rimasto uguale.
Quindi non ci dovrebbero essere problemi ad utlizzare led ad alta luminosita'.

[carlohak]

Salve signor ginfizz vorrei chiederle se sarebbe possibile realizzare il suo limitatore di corrente però con una tensione più elevata, cioè tipo la 220Vc per accendere al posto di pochi led molti di più. Grazie

[ginfizz]

Ma tu sei l'utente del topic "filtro dopo raddrizzatore ", perche' non hai posto la domanda in quel topic ? Bruno Valente avrebbe potuto risponderti anche con piu' competenza del sottoscritto. Ad ogni modo non ho capito perche' hai una tale avversione per i trasformatori
Lavorare con la tensione di rete e' molto pericoloso.
Rileggendo il tuo topic mi sembra di capire che adesso il tuo problema sia quello della riduzione di luminosita' dei led.
Ma sei sicuro che quei led tollerino 15 mA ? Guarda che ho l'impressione che sul mercato spaccino anche robaccia.
Li hai acquistato da un fornitore serio ?
Dato che hai un luxmetro potresti fare la semplice prova di alimentare un solo led con correnti crescenti: quando raggiungi la max luminosita' (PS o per meglio dire, quando perdi la proporzione tra aumento di corrente e corrispondente aumento di luminosita') prendi in considerazione un valore di corrente inferiore. Non so se esista un sistema piu' attendibile di questo per rilevare la loro vera caratteristica.
Ad ogni modo, rispondendo al tuo quesito la risposta dovrebbe essere si', pero' attenzione che sul collettore di TR1 non si crei una tensione maggiore di, diciamo, 30 -35 V ; 30 V * 0,015 A fanno 0,45 W che sarebbero superabili solo per brevi periodi.
(PS PS: mi sono dimenticato di dire che R1 andrebbe aumentata dato che la tensione di alimentazione e' molto alta. Io la metterei da 330.000 ohm. A meno che non provi una soluzione ardita: si potrebbe lasciare il suo valore a 10000 ohm, ma si potrebbe collegarla al 3°-4° led contando da TR1 verso l'alto. In questo momento non vedrei controindicazioni a questa soluzione)

[carlohak]

Ciao ginfiz rispondo alle tue domande in ordine. Allora un trasformatore è un componente che assorbe corrente. Mettiamo il caso io voglia realizzare una lampada a led per un semaforo. Come mi ha suggerito il grande bruno la cosa migliore da fare è mettere una resistenza e poi la serie dei miei led (naturalmente sempre con il raddrizzatore ed il condensatore prima della resistenza). Il problema di questa soluzione è che se io ho una tensione di rete di 230Va avrò nei miei led una determinata corrente mentre se ne ho 238Va avrò una corrente più alta nei miei led. Mettiamo il caso che per un qualsivoglia motivo la tensione in un semaforo sia invece 220Va allora i miei led avranno meno corrente e si accenderebberò di meno. Insomma sono costretto ad avere in base ai valori della tensione di rete, valori diversi di corrente nei miei led. Calcolando però che i miei led sono 88 ed in più ho una resistenza da 3.3kohm come mi ha suggerito bruno anche se ho variazioni di tensione da 220Vac a 235Vac avrei 15Vc da dividere per i miei 88 led cioè 0,17V che però sarebbero dimeno in quanto ho la resistenza quindi il discorso che mi ha suggerito Bruno mi andrebbe alla grande ed è pure una soluzione semplice. Però se per caso la tensione mi arrivi a 250Va i miei led si accenderebbero di più ma si rovinerebbero. Inoltre non avrei un consumo costante da parte della mia lampada. Però posso anche accettare il tutto credo che possa andare bene infatti sono già andato dal comandante dei vigili del mio paese per chiedere se ne posso montare uno per testarlo.
Per quanto riguarda il discorso dei led che dopo i 18mA mi iniziano a perdere ti spiego come ho fatto: ho misurato con un luxmetro per una settimana come hai detto te un led. Se gli davo 20mA esso mi perdeva lux col tempo. Mi sono stupito in quanto anche se i miei led non sono a luce bianca ma sono i warm white led cioè a luce calda credo che non cambiasse molto.
Allora sono andato in un negozio di elettronica ed ho acquistato una lampadina a led di quelle a faretto con 9 led dentro a luce calda più o meno come i miei e di una marca nota P....S. L'ho aperta ed ho misurato la corrente che una casa costruttrice importante come quella fa passare nei suoi led che dovrebbero essere meglio dei miei led cinesi. E sai cosa ho trovatro? che la corrente che ci passava dentro era 11mA.
Adesso vorrei dirti questo: se mi sono interessato alla tua soluzione è perché anche se nella mia lampada da semaforo avrei bisogno di un limitatore di corrente che non riesco a mettere perché non lo so fare, forse in essa non mi servirebbe più di tanto in quanto con la soluzione di Bruno ce la dovrei fare. Se però io vorrei utilizzare dei led come gli h.power che mi viaggiano a 350mA sai che succede? Che si riscaldano fino a quando non si bruciano. Allora il limitatore che hai creato tu anche se non te ne rendi conto forse ti assicuro che è una scoperta sensazionale (almeno secondo un mezzo ignorante come me). Solo che vorrei sapere e scusa ancora l'ignoranza come hai fatto a realizzarlo. Cioè il principio l'ho capito e secondo me è bellissimo però non so cosa siano i transistor bcxxx potresti aiutarmi a capire come funzionano e a cosa servono?

[ginfizz]

. Però se per caso la tensione mi arrivi a 250Va i miei led si accenderebbero di più ma si rovinerebbero. Inoltre non avrei un consumo costante da parte della mia lampada. Però posso anche accettare il tutto credo che possa andare bene infatti sono già andato dal comandante dei vigili del mio paese per chiedere se ne posso montare uno per testarlo.

Ma parli di un semaforo funzionante, posizionato su una strada aperta al pubblico ?
Ne capisco poco di queste cose, ma se anche tu avessi i titoli professionali per fare lavori di questo tipo, non credo che possa montare un dispositivo sperimentale non omologato su un impianto pubblico.
Anche se il comandante dei vigili ti desse imprudentemente il suo benestare.
Non vorrei smorzare il tuo entusiasmo, ma purtroppo credo che tutti i dispositivi, se non per uso strettamente personale, debbano avere le certiifcazioni adatte.

L'ho aperta ed ho misurato la corrente che una casa costruttrice importante come quella fa passare nei suoi led che dovrebbero essere meglio dei miei led cinesi. E sai cosa ho trovatro? che la corrente che ci passava dentro era 11mA.

Anche io penso che i tuoi diodi, se hai effettivamente quel calo di luminosita', non siano da 15-20 mA come ti avrebbero dichiarato.

Adesso vorrei dirti questo: se mi sono interessato alla tua soluzione è perché anche se nella mia lampada da semaforo avrei bisogno di un limitatore di corrente che non riesco a mettere perché non lo so fare, forse in essa non mi servirebbe più di tanto in quanto con la soluzione di Bruno ce la dovrei fare. Se però io vorrei utilizzare dei led come gli h.power che mi viaggiano a 350mA sai che succede? Che si riscaldano fino a quando non si bruciano.

Per quelle correnti forse conviene rivolgersi all' integrato LM317, dato che te ne servirebbe uno solo. Potresti fare cosi': utiliizzi la resistenza gia' consigliata da Bruno ed in piu' l' LM317. Pero' mi vengono i brividi a pensare di fare le prove e misurazioni su un circuito collegato alla rete. Almeno usassi un trasformatore di isolamento (che pero' non ti protegge se tocchi contemporaneamente entrambi le fasi: anzi e' peggio perche' non ci sarebbe il differenziale -salvavita).
Ci stavo pensando un po' sopra', ma purtroppo debbo dire che il mio circuito non si adatta al tuo scopo: e' stato ideato per tensioni basse. Andrebbe cambiato il TR1 se collegato alla rete, per motivi piuttosto lunghi da spiegare.

Allora il limitatore che hai creato tu anche se non te ne rendi conto forse ti assicuro che è una scoperta sensazionale (almeno secondo un mezzo ignorante come me).

Grazie, ma invece utilizza un principio molto ben conosciuto in elettronica, quello appunto della controreazione, ampiamente utilizzata quando c'e' la necessita' di stabilizzare una tensione o corrente.
La sua unica originalita' e' quello di averlo pensato per stabilizzare la corrente nei led.

Solo che vorrei sapere e scusa ancora l'ignoranza come hai fatto a realizzarlo. Cioè il principio l'ho capito e secondo me è bellissimo però non so cosa siano i transistor bcxxx potresti aiutarmi a capire come funzionano e a cosa servono?

Questo e' un discorso molto lungo, che e' spiegato molto bene qui:
http://digilander.libero.it/nick47/trns.htm
e qui:
http://it.wikipedia.org/wiki/Transistor
ciao

[admin]

che pero' non ti protegge se tocchi contemporaneamente entrambi le fasi: anzi e' peggio perche' non ci sarebbe il differenziale -salvavita

mi permetto di osservare che il trasformatore di isolamento non peggiora la sicurezza perché non esiste alcuna protezione contro il contatto contemporaneo delle due fasi, quindi il salvavita è perfettamente inutile in entrambi i casi. Il nome "salvavita" trae in inganno: è un interruttore differenziale, quindi sensibile alla differenza tra le correnti in andata ed in ritorno. Nel contatto contemporaneo tra le due fasi, la corrente di andata non differisce da quella di ritorno. L'unica protezione è allora la resistenza di contatto.