Circuito LED de corriente constante

Question

En el siguiente circuito, el circuito mantiene una corriente constante en el LED. Mi pregunta es después de que el LED hay un voltaje de 18V, todavía, necesita ser bajado. ¿Se calentará el transistor NPN al bajar la tensión? Además, la fuente de voltaje al led variará de 12V a 20V. ¿Cómo podemos modificar el circuito? ¿O el circuito existente está bien?

Answer 1

El circuito funcionará y el transistor principal disipará unos 300mW y tendrá una temperatura de 55°C.

P = (Vc-Ve)*Ie

300mW = (17V-0,8V)*0,018A

(Puedes usar Ic, la diferencia será muy pequeña ya que Ie=Ic+Ib y la corriente de base es insignificante).

Debes utilizar un transistor capaz de disipar más de 0,6W (idealmente 1W), como el 2N3904.

La temperatura se puede calcular de esta manera:

Tj=P*Rthj-amb (resistencia térmica)

Para 2N3904:

55°C=0,3W*200°C/W

Esto es caliente al tacto pero no dañará el transistor, sugiero ponerlo lejos de la caja de plástico y los condensadores.

Answer 2

Sí, el transistor NPN se calentará exactamente lo mismo que una resistencia variable si se utiliza para ajustar la misma corriente del LED.

El circuito mostrado debería funcionar razonablemente bien hasta unos pocos voltios, pero no te fíes de mí, consigue una herramienta de simulación gratuita y pruébalo tú mismo.

Answer 3

Sí, funcionará, es un interruptor ( no conmutación) regulador lineal crudo, pero Q2 está operando en modo inverso y regulará algo más pobremente. Sería peor si la corriente de tu LED fuera menor ya que tiene que hundir unos 3mA para estrangular la corriente de base de Q1, por lo que consumirá unos 1mA de corriente de base en modo activo inverso.

El transistor Q1 está cayendo unos 17,2V a 18,2mA por lo que disipará (ignorando la disipación de corriente de la base, que es insignificante) 313mW que es bastante para un transistor TO-92. Suponiendo un ambiente de 50°C como máximo y una resistencia térmica J-A de 200°C/W, la unión estará a 112°C, lo que es aceptable pero no muy bueno para una buena fiabilidad. Si los "20V" fueran realmente 30V sería mucho peor, por supuesto.

Puedes reducir la disipación en el transistor añadiendo una resistencia en serie con el LED (basándote en el mínimo al que podría llegar la alimentación de 20V como para mantener la regulación). Por ejemplo, si tiene que regular de 15V a 20V podrías añadir una resistencia que deje caer unos 5V, así que 5/18,2 = 270 \$\Omega\$ .

Si los 20V no van a cambiar mucho que apenas necesita un regulador y la conmutación de una resistencia con un solo transistor (que luego funcionará en frío) sería mejor y más simple (y más fiable). Por ejemplo, una resistencia de 1K 1/2-W.

No es un regulador muy bueno porque la "referencia" es el Vbe de Q2 y variará con la temperatura. En algunos casos eso podría considerarse una característica pero dejaré esa discusión para otro momento.

Aquí hay una simulación LTspice, sin embargo las curvas de temperatura se aplican a la temperatura de unión del transistor. Como se puede ver, la temperatura es mucho más de un efecto que la tensión (sin tener en cuenta el auto-calentamiento).

Lo que ocurrirá en realidad es que habrá un cierto autocalentamiento, de modo que la corriente empezará más alta y se reducirá a medida que Q1 calienta a Q2.

Si Q2 está conectado correctamente, la corriente del LED será un poco menor porque la base no necesita tanta corriente. Mi simulación (usando los modelos LTspice) muestra una corriente un poco más baja que la suya por lo que la disipación es proporcionalmente menor. El factor principal puede ser lo optimista que es su número para la beta inversa.

---

Para una pequeña edición post-prandial, he añadido gráficos de la disipación del Q1 en relación con la alimentación del LED y la temperatura (líneas azules).

Answer 4

Corriente constante para el LED ...la fuente de voltaje al led variará de 12V a 20V... ¿el circuito existente está bien?

No, el circuito como se muestra NO FUNCIONA

Supongo que el circuito debe ser como se muestra aquí:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Aunque no ha especificado los dispositivos utilizados, he utilizado un 2N3904 NPN aquí. El 2N3904, Q1 disiparía alrededor de 288mW y tiene una calificación máxima de 625mW. A 25degC ambiente se espera que el chip del dispositivo esté a unos 57degC y muy caliente al tacto.

Podrías reducir la temperatura de Q1 añadiendo una resistencia para el LED, pero lo único que haces es repartir la disipación entre la resistencia y Q1, sigues teniendo que disipar 288mW.

Una forma mucho mejor de realizar esta tarea es utilizar un único componente como el AL5809 conductor de corriente constante.

Se trata de un único componente, funciona de 2,5 a 60V y es barato.

Actualización: Se sugirió en los comentarios que el circuito mostrado originalmente funcionaría con el transistor en modo inverso-activo.
Tal vez . pero la H(fe) estaría probablemente en el rango de un solo dígito (el 2N3904 no es precisamente de alta ganancia) por lo que tratar de diseñar la solución sería más difícil en el rango de parámetros del dispositivo. Ver aquí .
Por qué alguien sugeriría el modo activo inverso me desconcierta por completo. No hay ninguna razón técnica para elegir un modo de funcionamiento del dispositivo inusual para este tipo de aplicación simple, así que ¿por qué siquiera sugerirlo?
El dispositivo de retroalimentación (Q2 en mi circuito) nunca está en saturación de Colector, además nunca está en saturación de Base/Emisor, por lo que no hay parámetros de configuración inusuales.
La corriente tiene una caída negativa con la temperatura.