Generatore di corrente con BJT per LED in serie

[IsidoroKZ]

Indovinate un po' su che libro avevo visto il circuito che toglie l'offset

Libro? Qui, ovviamente! viewtopic.php?t=72845&p=757062#p757044

[MarkyMark]

Nah, nel mio circuito il PNP è prima del NPN

Ochei, va bene, beccato! Ho solo dovuto fare così

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girare le frecce dei transistor e cambiare la polarità dell'alimentazione

Quel circuito è nel capitolo 2 di TAOE

Fabio992, nel blog di IsidoroKZ trovi una serie di articoli mitologici sull'alimentazione di serie di LED.
Questo e i successivi, ci sono tante cose interessanti

[Fabio992]

Ho già letto 2 dei 4 articoli e sono sicuramente eccezionali.

[Fabio992]

Buonasera,

avrei detto che avrei definito qualcosa entro fine settimana, ma anche io come i componenti ho le tolleranze

A parte gli scherzi, ho pensato un po' a come fare il tutto.

Avrei bisogno di alimentare 42 LED rossi AlGaInP. DIspongo del modello della Rohm Semiconductor, precisamente SLI-570x. Per il semplice fatto che non vorrei giocare con 80V (almeno), ho deciso che potrei ridurmi a mettere in serie 10 LED e al massimo fare 4 rami in parallelo. Al momento però posso anche ridurmi a studiare un solo ramo e poi al massimo replico gli altri 3.

Ho deciso, per semplicità e perché avevo già pronto uno "studio" da parte di IsidoroKZ di iniziare a verificare la situazione con 10 LED in serie e un BJT come switch.

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Come tensione di alimentazione del mio circuito ho pensato di prenderla da un LM317. Con le resistenze come segnate nel disegno (valori in ohm ovviamente) dovrei ottenere una tensione di uscita di 26,25V.

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La corrente nominale del LED è di 20mA. Di conseguenza (trascurando la caduta di tensione del BJT, che da datasheet per il 2N3904 è di 0,2V in saturazione):



Posso prendere il valore commerciale di 360ohm con resistori tolleranza -+5%.

Ora, per questo circuito, come fatto nell'articolo di Isidoro, vorrei calcolarmi le variazioni della corrente nel LED al variare dei paramentri del circuito:

- Tensione dei LED: vedendo le caratteristiche dal datasheet, per me posso considerare una variazione di -+0,1V rispetto al valore nominale di 1,9V;

- Resistore R1: è in tolleranza -+5%, quindi avrà valore minimo di 342ohm e massimo di 378ohm

- Tensione di alimentazione: per me la variazione di alimentazione varia per le tolleranze dei resistori da 2400 e 120 ohm. Ho fatto i conti: approssimando, potremmo considerare una variazione di -+2,5V

Con questi dati ho ottenuto una corrente nei LED minima di 9,9mA, una massima di 31mA. Con una sola stringa, oltretutto, sarei anche pericolosamente vicino alla minima corrente erogabile dall'LM317, pari a 10mA, nel caso di corrente minima.


Propongo anche una soluzione, molto semplice, che mi permetterebbe di utilizzare la stessa topologia ma che migliora le prestazioni ad un costo aggiuntivo praticamente irrilevante: utilizzare resistori in tolleranza 1%, il cui prezzo appunto dovrebbe essere comparabile con quello di un resistore 5%, mi permetterebbe di ridurre sensibilmente le variazioni nella tensione di alimentazione e anche la tolleranza su R1.

Ora è mezzanotte passata, devo fare i conti di cosa viene fuori, e rimando alla prossima puntata. Sempre nella prossima puntata ci aggiungo anche una analisi tipo questa ma per il mio primo circuito con BJT come generatore di corrente.

Mi piacerebbe già provare a mettere le 4 stringhe in parallelo per vedere se effettivamente si nota una differenza di luminosità già su 4 campioni (con il circuito peggiore e resitori tolleranza 5%)..

Spero di non aver fatto errori

[IsidoroKZ]

E` vero che il 317 potrebbe non regolare bene sotto i 10mA di corrente erogata, ma devi considerare tutta la corrente erogata, compresa quella che se ne va per la resistenza da 120Ω, che guarda caso sono proprio 10mA. Quindi il carico puo` scendere fino a zero corrente e il 317 e` comunque contento.

Tieni anche presente che i conti che hai fatto sono i casi limite, massima sfiga, statisticamente le cose vanno meglio!

[Fabio992]

Certo! Però visto che possiamo migliorare il circuito cambiando la tolleranza su 3 resistori a questo punto miglioriamolo La disposizione statistica è a campana? Volendo si potrebbe anche calcolare statisticamente quali sono i valori di corrente che appaiono di più Ottimo per l'LM, non ci avevo proprio pensato di considerare anche quella corrente

[BrunoValente]

Non mi pare molto furbo questo circuito: ai led importa solo che la corrente sia ben controllata, quindi non mi sembra conveniente passare prima per una stabilizzazione della tensione fatta con un LM317, che abbassa la tensione iniziale, e poi affidarsi ad una resistenza in serie a 10 led per la stabilizzazione della corrente.

in questo modo la precisione della corrente dipende da quanto è precisa la tensione in uscita dall'LM317, da quanto è precisa la caduta di tensione totale sui 10 led e da quanto è preciso il valore della resistenza.

Se è vero che con questo circuito ci dobbiamo aspettare un valore della corrente compreso tra 10mA a 30mA direi sia piuttosto impreciso.

Credo che con una soluzione diversa tipo questa che segue otterresti maggior precisione.

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Il TL431 assicura 2.5V con una precisione dalle parti dell'1.5% ai capi della resistore della prima fila, quindi la corrente della prima fila conserva sostanzialmente l'imprecisione del resistore.

La corrente nelle altre file è meno precisa perché il controllo compensa la Vbe del primo transistor ma possiamo fidare nel fatto che la differenza tra quella Vbe e le altre degli altri transistor sia piccola rispetto a 2.5V.

Inoltre questo circuito è più semplice e ti consente di variare la tensione di ingresso su un range più ampio.

Se proprio vuoi fare il pignolo puoi sempre mettere un TL431 per ogni fila.

[Fabio992]

Buonasera Bruno,
sul fatto che il primo circuito sia poco preciso non c'è dubbio. Sono comunque convinto come scritto nel mio post che usando dei resistori di tolleranza 1% piuttosto che 5% migliori molto la stabilità della corrente. Non c'è dubbio, comunque, che una soluzione come la tua, peraltro simile a quella da me proposta inizialmente, garantisca ancora una maggiore precisione. Non dimenticare, comunque, che vorrei effettuare una regolazione della corrente via software. Il motivo per cui mi piaceva la soluzione con BJT come switch è che sono sicuro di poterci regolare la corrente via PWM. E' possibile farlo anche nel primo circuito? (quello con cui ho iniziato il topic, per intenderci).

Appena riesco cerco di analizzare le varie soluzioni.

A cosa serve il reistore connesso tra il - e l'altro resistore nel tuo schema?

Non mi pare molto furbo questo circuito: ai led importa solo che la corrente sia ben controllata, quindi non mi sembra conveniente passare prima per una stabilizzazione della tensione fatta con un LM317

In effetti è vero, ma non so ancora da dove prenderò l'alimentazione del circuito, è un esempio nel caso in cui avessi una tensione non troppo stabile!

[BrunoValente]

..Il motivo per cui mi piaceva la soluzione con BJT come switch è che sono sicuro di poterci regolare la corrente via PWM. E' possibile farlo anche nel primo circuito? (quello con cui ho iniziato il topic, per intenderci).

Sì, pilotando il transistor con un segnale PWM funzionerebbe ma la corrente media nei led, oltre a dipendere dalla larghezza dell'impulso rispetto a periodo, dipenderebbe anche dall'ampiezza dell'impulso.

Per pilotare il mio circuito con un segnale PWM la prima cosa che mi viene in mente è la seguente

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In questo caso la corrente media nei led non dipenderebbe dall'ampiezza del segnale PWM, sarebbe solo proporzionale al rapporto tra la larghezza dell'impulso e il periodo con un fondo scala di 20mA

..A cosa serve il reistore connesso tra il - e l'altro resistore nel tuo schema?

Serve a non lasciare le basi appese quando l'interruttore è aperto

..non so ancora da dove prenderò l'alimentazione del circuito, è un esempio nel caso in cui avessi una tensione non troppo stabile!

Quando la corrente è indipendente dalla tensione, come in tutti questi circuiti tranne che nel tuo ultimo, non occorre che la tensione sia fissa, se varia o se c'è del ripple i led non se ne accorgono, vedono sempre la stessa corrente.

[Fabio992]

Buonasera,
come promesso continuo la mia analisi.
Prima di tutto ho provato a fare qualche conto sul circuito del post [24] ma con resistori in tolleranza 1%.
Come valori i resistori prima da 120ohm e 2400ohm diventano ora da 121ohm e 2370ohm rispettivamente, essendo questi i valori commerciali disponibili per la serie E96. Il valore nominale della tensione mi viene quindi di 25,7V, e il resistore di collettore di conseguenza un valore di 332ohm.

Facendo gli stessi conti di prima trovo

- Corrente nei LED minima pari a 14,8mA
- Corrente nei LED massima pari a 25,6mA

In effetti pensavo di ottenere valori più stretti.

Ho anche fatto qualche conto sul mio primo circuito

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Ho qualche dubbio maggiore per l'analisi.
Ho fatto un conto con una tensione di alimentazione pari a 3V. Ho considerato una caduta di tensione Vbe pari a 0,7V-+0,1V.
La R1 mi risulta (per avere 20mA) di 115ohm, disponibile sia nella serie E24 che E96.
Questa volta la corrente nei LED dipende dalla tolleranza sulla tensione di alimentazione (della base del transistor), dalle variazioni di Vbe (supposta 0,7V come valore "nominale", con variazioni di -+0,1V) e dalla tolleranza su R1.

- Calcolo la corrente nei LED massima con Tensione di alimentazione pari a 3V+0,1V, Vbe=0,6V, resisenza R1=109ohm. Mi risulta 23mA
- Calcolo la corrente nei LED minima con tensione di alimentazione pari a 3V-0,1V, Vbe=0,8V, reistenza R1=121ohm. Mi risulta 17,3mA

Con questo circuito, già con resistore di tolleranza 5%, ottengo una migliore stabilità della corrente.
I miei dubbi però sono:
- ho supposto una tensione Vbe pari a 0,7V con una tolleranza -+0,1V. Può essere plausibile? Dal datasheet del 2N3904 della ST electronics non sono riuscito a trovare maggiori indicazioni.
- Supponendo di alimentare la base direttamente con un pin del microcontrollore, è plausibile avere una precisione nella tensione di alimentazione di -+3V?


I prossimi circuiti a cui vorrei guardare sono quello del post numero [10] e [27]