Amortiguación de un CI de fuente de corriente constante para aumentar la tensión nominal máxima

Question

La pregunta actual: ¿Cuál de estas configuraciones, si es que hay alguna, es la más eficaz para mi objetivo de aumentar la tensión nominal máxima de las salidas de un CI conductor de corriente constante?

Como se estableció en una pregunta anterior En el caso de una fuente de corriente constante, el CI puede especificar una tensión nominal máxima que se refiere a toda la tensión a través de la carga, en lugar de la tensión restante después de lo que cae la carga. Por ejemplo, cuando las especificaciones de TLC59281 de TI especificar V _O (tensión aplicada a la salida) de 17V, esto indica que una cadena de LEDs conectada a una salida debe ser alimentada con no más de 17V, independientemente de las caídas de tensión de los LEDs.

Un circuito de aplicación que estoy desarrollando actualmente ya hace uso del '59281 para algunas salidas de uno y dos LEDs a 20mA. Me gustaría añadir varias cadenas de salida de 10 LEDs con, digamos, una alimentación de 48V, pero el CI por sí solo no está preparado para ello.

Un comentario en la respuesta a la pregunta original indicaba que un simple búfer -específicamente, un búfer NPN de base común- podría ser todo lo que se necesita para solucionar la clasificación. Después de un poco de investigación, he llegado a algunas posibles variaciones en la topología y necesita alguna idea en cuanto a lo que podría ser el más útil.

Las imágenes muestran algunas configuraciones posibles. Todos los transistores de la imagen están clasificados para 65 V o más.

• (A) La forma en que se espera que el conductor funcione, sin búfer a menos de 17V.
• (B) El modo en que el controlador funcionaría idealmente, sin búfer a más de 17V. Como se ha establecido, esto no es compatible.
• (C) Con amortiguación de base común NPN, tensión de base de 1V. Lo ideal es que la salida del driver no sea superior a unos 0,3V. La corriente de salida es ligeramente inferior a la del conductor (depende de h _FE del transistor) pero este efecto es, con suerte, insignificante.
• (D) Igual que (C) pero con una tensión de base de 5V. Lo ideal es que la salida del driver no vea más allá de unos 4,3V. Parece funcionar igual en Falstad que (C); no estoy seguro de las ventajas/desventajas reales.
• (E) En su mayor parte se trata de una ilusión: esta configuración tendría una corriente de salida aproximadamente igual a la de entrada. Sin embargo, esto no fija el voltaje de la base por debajo de 17V, por lo que es muy posible que esto sea ineficaz para aumentar la tensión máxima.

---

EDITAR : Como se indica en una respuesta La nota de aplicación de TI SLVA280 describe dos soluciones similares a este mismo problema. Lo que sigue es mi resumen de esa nota de aplicación.

• (F) es similar a (D) pero utiliza un MOSFET de canal N. Según la nota de la aplicación, la resistencia de puerta se incluye para suprimir las oscilaciones causadas por la conmutación rápida (e incluso podría omitirse para un FET más lento).
• (G) es similar a (D) pero incluye una resistencia de base. La resistencia se selecciona para minimizar la corriente de la base y al mismo tiempo permitir la corriente máxima del LED en el colector.

El compromiso es esencialmente la precisión frente al coste. El MOSFET de (F) puede costar bastante más que el BJT de (G). Pero (G) es mucho más sensible al valor de R y a la ganancia de corriente del transistor (que, a su vez, tiende a estar especificado de forma bastante imprecisa), mientras que (F) parece ser más indulgente.

(Según mi examen superficial, a tensiones superiores a los 60 V o así, las diferencias de precio son bastante menos pronunciadas, por lo que la versión MOSFET es probablemente el camino que seguiré).

Para (G), R se define así:

\$\frac{\left(V_{CC}-V_{BE}\right)\beta}{I_{LED\_OC}}<R<\frac{\left(V_{CC}-V_{BE}\right)\beta}{I_{LED\_max}}\$

donde \$\beta\$ es la ganancia de corriente del transistor, \$I_{LED\_max}\$ es la corriente máxima del LED, y \$I_{LED\_OC}\$ es un "límite de sobrecorriente" definido arbitrariamente como 1,2 a 1,3 veces \$I_{LED\_max}\$ .

Answer 1

C y D son la idea correcta. Cuanto más bajo sea el voltaje de la base, mejor, pero tienes que asegurarte de que el voltaje del emisor está dentro del rango de cumplimiento del disipador de corriente constante.

Con 1 V en la base, el emisor sólo estará a 300 mV más o menos. Si tu disipador de corriente constante aún puede regular la corriente hasta ese voltaje, entonces hazlo. Si no, ajusta la tensión de base fija del transistor a la tensión mínima de cumplimiento más la caída B-E, más un pequeño margen. Si el voltaje de base es más alto, se reduce el rango de voltaje que la carga podría utilizar, pero la regulación de la corriente seguirá siendo buena.

Por supuesto, el transistor tiene que estar dimensionado para toda la tensión.

Otro truco si 1 V en la base es demasiado bajo, pero 5 V se come demasiado voltaje, es poner uno o más de los LEDs en el lado del emisor del transistor. Por ejemplo, digamos que se trata de LEDs blancos que caen 3,2 V cada uno. Con 5 V en la base, 700 mV más o menos para la caída B-E, y 3,2 V en el LED, eso deja 1,1 V para el disipador de corriente para trabajar.

Tenga en cuenta que el caso B podría ser viable si puede estar seguro de que los LEDs siempre caen suficiente voltaje para que el chip no vea más de 17 V. Ese será el caso cuando estén encendidos y haya puesto suficientes de ellos en serie. El problema es cuando están apagados. Una resistencia de purga desde el LED inferior a tierra podría funcionar si puedes tolerar que los LEDs estén ligeramente encendidos. Notarás 100 µA en una habitación oscura, pero en algunas aplicaciones eso puede no importar. Dos resistencias formando un divisor de tensión podrían reducir la corriente de apagado de los LEDs a casi nada, pero manteniendo la tensión de apagado de la parte inferior de la cadena a 17 V o menos.

Añadido sobre la nueva configuración G:

La resistencia de base no hace nada útil. No, no minimiza la corriente de base de alguna manera. La corriente de base será la necesaria para soportar la corriente de emisor. Esto se rige por la ganancia del transistor. Lo único que hace esa resistencia es caer el voltaje, lo que hace más difícil ajustar el voltaje de base fijo para que el emisor esté justo por encima del voltaje de cumplimiento mínimo del disipador de corriente.

También hay que tener en cuenta que en la configuración F (utilizando un MOSFET de canal N), que la tensión de puerta puede necesitar ser mayor. Debe ser lo suficientemente alta como para que el FET pueda encenderse completamente con la corriente máxima. Esto es una función de la tensión G-S. Por lo tanto, la tensión de puerta fija menos la tensión de cumplimiento de disipación de corriente mínima debe ser lo suficientemente grande como para encender completamente el FET.

Answer 2

Documento de TI SLVA280 El artículo "Using TLC5940 With Higher LED Supply Voltages and Series LEDs", describe un par de formas de utilizar un dispositivo de disipación de corriente constante con un voltaje superior al nominal.

Ambos implican un transistor de tipo N en serie con el sumidero con una resistencia de base/puerta a Vcc. La resistencia de puerta evita la oscilación de la solución MOSFET, y la resistencia de base está dimensionada de tal manera que el BJT pasa un poco más de la corriente deseada en función de su ganancia de corriente. El funcionamiento de ambas soluciones se describe con todo detalle en el documento.