Circuit Check Please (controlador de LED)

Hay un gran problema con este circuito: el \ $ V_ {CE (sat)} \ $ del TIP120 es 0.7V a ~ 100mA (cerca de nuestro punto de operación).

Esosignificaquesolohabrá\$12-0.7=11.3V\$encadacadenadeLED.Como\$3\times3.8=11.4V\$,estosignificaquenotendrásuficientevoltajedisponibleparaalimentarlascadenasde3LED.Bummer.

Noimporta,podemosarreglaresto.Dadoquelacorrientetotalatravésdelastrescadenasesdeaproximadamente60mA,nonecesitamosuntransistorDarlingtoncomoelTIP120;podemoshacerloconunBNTestándardeNPN.EscojamoselBC547(porqueestádisponibleytieneunacorrientedecolectormáximade100mA,suficienteparanosotros).Es\$V_{CE(sat)}\$a60mA.Lacorrientedelcolectores0.1V,muchomejor.

Asíqueahoratenemos11.9VencadacombodeLED+cadenaderesistencia.Porlotanto,lacorrienteatravésdecadacadenade3LEDes\$(11.9-(3\times3.8))\div33=15mA\$.Lacorrienteatravésdecadacadenade2LEDes\$(11.9-(2\times3.8))\div220=20mA\$.EstosignificaquelosdosconjuntosdeLEDtendrándiferentesbrillos.Sideseaunirlosmejor,hagacadenas3x3-LEDysimplementenouseunodelosLED.Puedereducirlasresistenciasparaobtenerunacopiadeseguridaddesucorrientedirectahacia20mAporLEDsilodesea.

Ahora,vamosacalcularlaresistenciadebase.QueremoselBJTenmododesaturación,loquesignificaquequeremos\$I_C<<I_B\timesH_{FE}\$-esdecir,queremossaturarunpocolacorrientebase.silosestablecemosenigual,esoda\$(2\veces15mA)+20mA=I_B\timesH_{FE}\$.Buscamos\$H_{FE}\$enlahojadedatos:

Lovemosdadocomomínimo110(enelpeordeloscasos).Entonces\$(2\veces15mA)+20mA=I_B\veces110\aI_B=\frac{(2\veces15mA)+20mA}{110}=0.45mA\$.Peroenrealidad,comohemosdicho,queremossobrecargarloparagarantizarlasaturación,vamosasaturarconunfactorde5(aúndentrodelacorrientedebasemáximaespecificadaenlahojadedatos).Entonces\$I_B=2.3mA\$,ysabemosque\$V_{BE}\approx0.7V\$(unacaídadediododesilicio).Entonces\$I_B=2.3mA=\frac{3.3-0.7}{R}\aR=\frac{3.3-0.7}{2.3mA}=1130\Omega\$.ElvalorE24máscercanoes\$1.1k\Omega\$-asíqueúsalo.¡Yhemosterminado!

Elgranpuntodepartidadeestoesnodescuidarelvoltajeensudispositivode"conmutador": siempre estará allí, y si está ejecutando cerca del cable en términos de sobrecarga de voltaje para diodos. tipo de dispositivos, debe asegurarse de que no está eliminando el voltaje que no puede pagar. La conclusión menor es que los transistores de Darlington tienen inconvenientes: mayor \ $ V_ {CE (SAT)} \ $ y también mayor \ $ V_ {BE} \ $ - pero no llegamos a eso en esta respuesta. La página de Wikipedia sobre transistores de Darlington cubre la diferencia básica: vale la pena leerla.

No estoy seguro de que esto funcione según lo diseñado, dependerá de los LED.

Recomendaría un par de cosas:

1. Utilice un MOSFET en lugar de un BJT.

Editar: modificó esta sección debido a la mayor Vce (sat) del TIP-120.

Cambie su BJT para un MOSFET de canal N. Los BJT tienen un voltaje de saturación en el colector y el emisor, y varía con la corriente. El Vce (sat) de TIP-120 es demasiado alto para su diseño.

Incluso con un transistor NPN normal con un Vce más bajo (sat), perderá algo como 0.4V en el BJT, lo que se traducirá en calor residual y podría matar su margen de voltaje.

Si esto es lo que quieres:

(12 - (3.8 * 3)) / 33 = 18mA

Considere lo que sucede cuando se toma en cuenta un Vce (sat) de BJT:

(12 - 0.4 - (3.8 * 3)) / 33 = 6mA

¡El Vce del transistor acaba de matar tu brillo!

Aquí hay un MOSFET que funcionaría de la misma manera que su BJT (excepto que no necesitará esa resistencia de serie en la puerta):

enlace

También puedes obtener arreglos MOSFET que podrían ser una buena opción si quieres correr mucho en un tablero.

2. Corre a un voltaje más alto o use 2 LED / cadena.

¿Puede funcionar con un voltaje superior a 12 V, o tal vez poner más LED en paralelo?

La mayoría de los LED tienen alguna variación en el voltaje directo. Cada LED puede ser nominalmente 3.8V, pero el voltaje directo puede ser más como 3.6V en algunos y 4V en otros. Si está operando cerca del riel, no tendrá un brillo muy consistente de una cadena a otra.

En sus cadenas de 3 LED:

(12 - (3.6 * 3)) / 33 = 36mA
(12 - (3.8 * 3)) / 33 = 18mA
(12 - (4.0 * 3)) / 33 = 0mA (too much forward voltage).

Si haces todas las cadenas de 2 LED, obtendrás:

(12 - (3.6 * 3)) / 220 = 22mA
(12 - (3.8 * 3)) / 220 = 20mA
(12 - (4.0 * 3)) / 220 = 18mA

3. Si puede permitírselo, use un controlador LED en su lugar.

Puedes comprar chips listos para usar que se encargarán de limitar la corriente para ti, lo que significa que no necesitas un montón de resistencias y MOSFET en todas partes (además, obtienes un brillo más constante).

Revisa esta parte:

enlace