Funzionamento circuito a corrente costante

[mg90]

Buonasera, sto realizzando questo circuito trovato su instructables (http://www.instructables.com/id/Circuits-for-using-High-Power-LED-s/step6/The-new-stuff-Constant-Current-Source-1/) che dovrebbe garantire corrente costante a un LED. Purtroppo a scuola non mi hanno insegnato a risolvere i circuiti con più di un elemento non lineare e quindi mi devo fidare ciecamente delle indicazioni del sito.
Per il mosfet ho comprato un IRLIZ44NPBF e per l'NPN un BC237B.
Mi sta venendo il dubbio sulle resistenze: il sito suggerisce di dimensionarle come 0.5/I (I=corrente nel LED) e come potete vedere dal circuito le ho dimensionate per mandare un po' più di corrente nel LED (max 1A), la cosa che non mi convince è che le istruzioni non mi hanno posto nessun vincolo sul mosfet, l'ho scelto praticamente in base al prezzo e alla resistenza max drain-source (0.022 Ohm) simile a quella indicata nelle istruzioni.
Grazie per i chiarimenti
PS: Se qualcuno ha la pazienza di spiegarmi o indicarmi un metodo per risolvere a mano i circuiti non lineari avendo i datasheet glie ne sarei grato. Il prof. di elettrotecnica del corso di ingegneria aerospaziale è riuscito al massimo a spiegarmi l'analisi di piccolo segnale su un non lineare (uno solo) prima della fine del corso.

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[Candy]

In effetti i vincoli da rispettare non sono moltoi in questo caso. Ci vuole esperienza, non c'è la regola unica salvatutto.
Il mosfet nello specifico è usato come resistenza variabile. La caduta di tensione sulle resistenze di limitazione, induce Q1 a condurre più o meno, limitando la tensione al gate del mosfet, il quale lavora in regione di amplificazione, come, appunto, resistenza variabile.
La Vgs del mosfet dovrà essere compresa tra alcuno decimi di volt e la tensione di alimentazione.

Attenzione alle potenze. Q2 usato come resistenza variabile diviene una stufetta miniaturizzata, e deve possedere una aletta ed un dissipatore adeguati

Il LED si mangia circa 3.5 V, (scrivi tu nei dati), le resistenze di limitazione circa altri 0.6 V. Totale 4.1 V. Tutta la restante tensione, motiplicata la corrente, è potenza che deve "fumare" Q2 in calore. Dal tuo esempio: 5.6 V - 4.1 V = 1.5 V, moltiplicati la corrente di 1 A danno luogo ad una potenza di 1.5 W di dissipazione. Qui si che vale la pena studiarsi come dimensionare un dissipatore. Un transistor in case TO220 o più piccolo, questa potenza non è in grado di dissiparla da solo, per garantire una temperatura di giunzione opportuna.

Le tue considerazioni in merito alla Rds hanno poco senso, perché appunto, il circuito lavora prioprio per regolare la Rds al fine di limitare la corrente nel LED.

[mg90]

Riguardo alla dissipazione ho già comprato dei dissipatori da 8K/W, ora non resta altro che montare il tutto. Prima di mettere il led volevo testare la corrente, metto una resistenza da 5 ohm al posto del led e verifico che la corrente sia 700mA a 3.5V oppure posso direttamente collegare l'amperometro?

[IsidoroKZ]

Se il circuito e` montato correttamente puoi mettere direttamente l'amperometro, se temi ci possano essere problemi metti anche la resistenza, anche piu` piccola di 5ohm e` OK. Il proverei a metterla da 2.2 ohm o 3.3 ohm, cosi` puoi misurare anche correnti piu` alte. La resistenza di prova deve essere da 5W.

Ho l'impressione che la corrente che otterrai sara` piu` alta di quella che vuoi. Prevedo 500mA e 1A sulle due portate. Se le correnti fossero piu` alte del previsto, proverei con una resistenza da 1.8ohm e due da 1.8ohm in parallelo per fare le due portate.

[BrunoValente]

Aggiungerei qualche centinaio di ohm in serie alla base del transistor: lo vedo troppo esposto nel caso in cui il circuito dovesse oscillare.

[mg90]

Appena posso provo a montare il tutto, devo trovare una breadboard e del cavo da 0.75 mm^2.
Il problema è che ho scelto il mosfet a caso non avendo avuto indicazioni...

[lelerelele]

non vedo come possa scaldare il Q1, visto che dovrebbe lavorare ad un tensione Vce uguale alla Vgs più la piccola caduta sui resistori di switch, ed una corrente limitata da 100K,

mi sono perso qualcosa?

[mg90]

Infatti è Q2 che scalda, ci passano almeno 700mA e 2V

[mg90]

Sono riuscito a non bruciare nulla! Ho costruito il circuito sulla breadboard, pensavo fosse più semplice, ho controllato bene, ho messo una resistenza 2R2 5W al posto del led ed ecco comparire 0.87V ai suoi capi: ci sono 400 mA (previste 350, ma va bene lo stesso). Monto una resistenza 1R3 in parallelo a quella già presente in R3: tensione ai capi del carico 1.76 V per 800 mA (volute 750, ma anche qui va bene). Il mosfet è rovente, ha dovuto dissipare 1.4 W (se non ho errato) dando 1.76V al carico partendo da 4.8 V di pile (misurate sotto carico). Attacco il LED in serie all'amperometro, questa volta, collego l'alimentazione: un lampo assurdo (a sole 0,4A) mi investe. Metto la resistenza aggiuntiva, il led a 0,8A è inosservabile e inonda la stanza di luce. Il mosfet si scalda meno, il led in 4 secondi è già ben caldo.

A questo punto vi chiedo:
-Se ho Ids(Vgs) del mosfet e analogamente dell'npn, posso risolvere le due maglie del circuito con Kirchhoff numericamente? Ho fatto lo stesso per trovare il punto di carico del led in serie a una resistenza, avendo la curva caratteristica del dipolo non lineare, risolvendo con excel l'equazione data dalla legge delle tensioni di Kirchhoff. Non ho capito come dimensionare R3 per dare la corrente che voglio. Qualche suggerimento in proposito?
-Per fissare il mosfet (package TO-220) al dissipatore, faccio un foro nel dissipatore e lo avvito con una autofilettante? Non ho macchine per fare filetti e vedo difficile entrare con un dado tra le alette, inoltre l'alluminio è piuttosto morbido.
-È vero che il grasso al litio conduce bene calore?
-Devo rendere il LED e le componenti impermeabili agli spruzzi, a quale settore posso rivolgermi secondo voi per trovare dei gusci semisferici abbastanza trasparenti (es. policarbonato) di diametro adeguato (5 cm) da incollare sulla faccia senza alette del dissipatore?
-Volendo io posso collegare una dinamo come Vin? La corrente costante sarebbe costante anche in tal caso?
-Avvicinando la tensione in ingresso a quella di lavoro del led aumenta il rendimento (diminuisce la dissipazione di Q2), ma c'è un salto di tensione dovuto al fatto che uso transistor? Ovvero c'è una tensione minima sopra la quale Vin deve stare?

Vi ringrazio per i consigli dati finora

[IsidoroKZ]

La corrente erogata dal circuito vale . La VBE del transistore bipolare e` di circa 0.65V (anche meno, visto che il BJT lavora con corrente di collettore molto bassa), e quindi 0.65V/1.3ohm da` la corrente di uscita.