Problema con transistor Darlington para activar una tira de LEDs

[hankook]

Hola,

Estoy haciendo un proyectito para activar, entre otros, una tira de LEDs que compre hace años. Conectando la tira directamente a la fuente de alimentación obtengo un consumo de aprox. 1A. Sabiendo este consumo, en mi prototipo he escogido el transistor Darlington TIP120 para hacer las pruebas con el siguiente esquema:



Ahora bien, cuando activo por PWM la salida del ESP32 (con duty del 100%), esperaría tener un consumo de 1A y el mismo brillo que alimentado directamente de la fuente pero lo que tengo es un consumo de poco más de 500 mA y un brillo menor.

Sospecho que el problema es que no llevo el TIP120 a saturación pero según mis calculos si que lo hago.

Alguien tiene alguna idea de que puede estar pasando?

He probado de, en vez de alimentar la base del transistor desde el ESP32, hacerlo directamente de la fuente de alimentación pero el consumo sigue siendo el mismo.

Gracias!

 

[Daniel Lopes]

Hola caro Don hankook lo que se pasa es que lo Vce sat del TIP120 es algo alto por el sener un tipo Darlington , tente aumentar un poco la tensión de alimentación ( 12V ) para conpensar esa pierda.
!Suerte!
Att,
Daniel Lopes.

 

[Dr. Zoidberg]

Y que tensión Vce tenes en saturacion???
PD: te conviene usar un Mosfet...

 

[Scooter]

Yo bajaría la resistencia de base, 3V3 es la tensión de alimentación y algo se perderá en los transistores de la salida del pin.

Hazlo al revés, si el pin puede dar 20mA, por decir algo, ahora no lo recuerdo, pon una resistencia de 165 Ohm que es 3,3/0,02. Osea 180 o 220 o por ahí. Con eso no quemas el pin y seguro que saturas el transistor. Si con eso no va entonces habrá que montar un "darlington diferente" o un fet o algo.

Fet está complicado porque muchos necesitan una VGS de 12V, habrá que buscar de 3V3. ("complicado" hasta que lo encuentres, después es "evidente")

Luego ten en cuenta que el darlington no puede saturar y la VCE minima no es 0,2V, es 0,9V no creo que eso afecte mucho al led, en todo caso se podría poner una fuente de 12,5V

 

[sergiot]

No siempre el calculo en papel refleja la realidad, en cuestiones practicas muchas veces la corriente de base se la calcula mucho mas alta porque sino te pasa eso que te está pasando.
Para 1A con un tip41 funcionaria igual, pero si la salida del pwm tiene riesgo de quemarse si le pedis mucha corriente, agregaria un tr tipo bc548 para excitar la base del darlington

 

[hankook]

Hola caro Don hankook lo que se pasa es que lo Vce sat del TIP120 es algo alto por el sener un tipo Darlington , tente aumentar un poco la tensión de alimentación ( 12V ) para conpensar esa pierda.
!Suerte!
Att,
Daniel Lopes.

Y que tensión Vce tenes en saturacion???
PD: te conviene usar un Mosfet...

Respondiendo a los dos, la Vce es de 0,8V medida en el propio transistor con lo que aumentando la tension a 12,8V deberia de ser lo mismo que alimentando la tira directamente pero no es así. Ahora consume mas (0.75A) y brilla más que antes pero sigue sin ser 1A. Puede que influya algo más? Por cierto, el transistor se calienta bastante.
Dr. Zoidberg, por que un mosfet? para mi caso de uso un Darlington creia que era lo mejor....

Yo bajaría la resistencia de base, 3V3 es la tensión de alimentación y algo se perderá en los transistores de la salida del pin.

Hazlo al revés, si el pin puede dar 20mA, por decir algo, ahora no lo recuerdo, pon una resistencia de 165 Ohm que es 3,3/0,02. Osea 180 o 220 o por ahí. Con eso no quemas el pin y seguro que saturas el transistor. Si con eso no va entonces habrá que montar un "darlington diferente" o un fet o algo.

Fet está complicado porque muchos necesitan una VGS de 12V, habrá que buscar de 3V3. ("complicado" hasta que lo encuentres, después es "evidente")

Luego ten en cuenta que el darlington no puede saturar y la VCE minima no es 0,2V, es 0,9V no creo que eso afecte mucho al led, en todo caso se podría poner una fuente de 12,5V

Sí, lo primero que probe fue poner una resistencia lo mas pequeña posible para que la corriente fuese la máxima en la base pero sin quemar la salida del ESP32, pero obtuve los mismos resultados.

He visto por internet que hay gente que utiliza un transisotr BJT para alimentar la base del Darlington pero para eso necesitaria poner un Darlington del tipo PNP para que se active la tira led cuando el pin PWM esta en nivel alto.

Mensaje automáticamente combinado: Ene 27, 2021

No siempre el calculo en papel refleja la realidad, en cuestiones practicas muchas veces la corriente de base se la calcula mucho mas alta porque sino te pasa eso que te está pasando.
Para 1A con un tip41 funcionaria igual, pero si la salida del pwm tiene riesgo de quemarse si le pedis mucha corriente, agregaria un tr tipo bc548 para excitar la base del darlington

Exacto, utilizar un BJT para alimentar la base del Darlington. Pero con esta configuración, el Darlington deberia ser PNP, verdad?

 

[Dr. Zoidberg]

No siempre el calculo en papel refleja la realidad, en cuestiones practicas muchas veces la corriente de base se la calcula mucho mas alta porque sino te pasa eso que te está pasando.

Lo que sucede es que para trabajar en corte-saturacion francos siempre se toma una ganancia bastante mas baja que la real cosa de forzar la saturación del bjt...pero para trabajar en alta frecuencia hay que neter un capacitor en paralelo con la resistencia de base para sacar rápido el exceso de cargas...o algo así era.

 

[sergiot]

No necesariamente, tenes que poner un pnp, y si lo haces debes cambiar donde la va carga.

 

[Dr. Zoidberg]

Dr. Zoidberg, por que un mosfet? para mi caso de uso un Darlington creia que era lo mejor....

No necesariamente lo mejor, pero el mosfet al tener una bajisima resistencia drenaje-fuente cuando "satura" prácticamente no cae tensión sobre él ni disipa nada.
Claro, hace falta un transistorcito para excitarlo subiendo la tensión de compuerta al nivel de disparo correcto.
Podrías probar con un MTP3055 o un IRF540 que valen nada....

 

[Scooter]

Cuando decía "darlington original" me refería a algo así, ya sea con dos npn o mezcla pnp-npn Supongo que esto es "en cascada" o algo así.

No he calculado los valores, los he puesto a bulto. El caso es que ahí si que saturaría Q1 con la corriente adecuada y su Vcesat sería 0,2V

 

[hankook]

No necesariamente, tenes que poner un pnp, y si lo haces debes cambiar donde la va carga.

Sin poner pnp quedaría así el circuito entonces, no?


La duda es si es necesaria la resistencia Rb2

Edito: Me autorespondo a la pregunta de si necesito Rb2, sí, para limitar la corriente entre 12V y la base del Darlington.

 

[switchxxi]

Respondiendo a los dos, la Vce es de 0,8V medida en el propio transistor con lo que aumentando la tension a 12,8V deberia de ser lo mismo que alimentando la tira directamente pero no es así. Ahora consume mas (0.75A) y brilla más que antes pero sigue sin ser 1A. Puede que influya algo más? Por cierto, el transistor se calienta bastante.

Pregunta, subiendo la tensión de alimentación a 12,8v, ¿ que VCE hay ahora ?

 

[hankook]

No necesariamente lo mejor, pero el mosfet al tener una bajisima resistencia drenaje-fuente cuando "satura" prácticamente no cae tensión sobre él ni disipa nada.
Claro, hace falta un transistorcito para excitarlo subiendo la tensión de compuerta al nivel de disparo correcto.
Podrías probar con un MTP3055 o un IRF540 que valen nada....

Es decir, que con el MOSFET me ahorro la caida de los 0.8V. Entendido, gracias!

Mensaje automáticamente combinado: Ene 27, 2021

Pregunta, subiendo la tensión de alimentación a 12,8v, ¿ que VCE hay ahora ?

Practicamente la misma, 0,85V

 

[Scooter]

Sin poner pnp quedaría así el circuito entonces, no?
Ver el archivo adjunto 261097

La duda es si es necesaria la resistencia Rb2

Edito: Me autorespondo a la pregunta de si necesito Rb2, sí, para limitar la corriente entre 12V y la base del Darlington.

No me gusta nada ese circuito en todo caso pondría rb2 en el colector, estás mandando la señal sede 3V3 y cuando empiece a conducir esa resistencia despolariza el primer transistor.

No creo que ganes nada respecto a cómo estás. Probablemente empeore.

 

[hankook]

No me gusta nada ese circuito en todo caso pondría rb2 en el colector, estás mandando la señal sede 3V3 y cuando empiece a conducir esa resistencia despolariza el primer transistor.

No creo que ganes nada respecto a cómo estás. Probablemente empeore.

Cierto, la respuesta empeora. Tengo que trabajar a una frecuencia menor... de momento me quedo con el circuito original pese a la perdida de los 0.8V

 

[Dr. Zoidberg]

de momento me quedo con el circuito original pese a la perdida de los 0.8V

0.8V x 0.75A = 0.6W
0.6W x 62.5ºC/W = 37.5ºC por sobre la temperatura ambiente ==> se va a calentar bastaaante así que mejor ponele un disipador.

 

[hankook]

No necesariamente lo mejor, pero el mosfet al tener una bajisima resistencia drenaje-fuente cuando "satura" prácticamente no cae tensión sobre él ni disipa nada.
Claro, hace falta un transistorcito para excitarlo subiendo la tensión de compuerta al nivel de disparo correcto.
Podrías probar con un MTP3055 o un IRF540 que valen nada....

Creo que para no tener ninguna perdida debería utilizar esta solución, el problema es que no tengo ningun MOSFET en casa con el que poder probar ahora mismo.

Para el transistor de disparo cual me recomendais? para una freq. de unos 100kHz. El que conozco y tengo es el 2N2222 pero no se si cumple los requisitos

 

[Daniel Lopes]

Hola a todos , lo circuito proposto en lo post#10 es una cosa , lo del post#11 es otra cosa !
La tensión de Vce sat de un transistor tipo Darlington sienpre sera mas alta si conparado a un transistor comun porque para saturar lo segundo transistor del Darlington tenemos que considerar la tensión de Vbe del segundo transistor mas la tensión de saturación (Vce) del premero transistor (excitador)= a Vce sat del Darlington.
Otro punto es que lo consumo de 1A es valido solamente para 100% de PWM o sea todo ciclo es sienpre ligado (sienpre on) .
Con PWM activo no es possible medir ese consumo una ves que la curriente media es "diluida" en lo tienpo de trabajo (duty cicle).
Ya con un Osciloscopio mas un sense de curriente ( resistor shunt) es possible medir mas correctamente esa curriente del LED porque el logra mostrar la curriente con ciclo a ciclo ( activo logico).
Lo gran problema de si enpleyar un transistor tipo MosFet es activar el con un VGS de 3,3 V , generalmente la tensión de VGS para cerriar conpletamente lo canal Dreno y Sourse es de aomenos 10V.
Portanto serias nesesario una interface ( un circuito) que transforme los 3,3 V en aomenos 10V ( 12 V serias lo ideal).
!Suerte!
Att,
Daniel Lopes.

 

[Dr. Zoidberg]

Portanto serias nesesario una interface ( un circuito) que transforme los 3,3 V en aomenos 10V ( 12 V serias lo ideal).

Naaaaaaa....no es taaaanto lío....algo como esto podría funcionar sin problemas:

aunque hay que ajustar los valores por que están puestos "a ojo".... pero no es gran problema.

 

[Daniel Lopes]

Naaaaaaa....no es taaaanto lío....algo como esto podría funcionar sin problemas:
Ver el archivo adjunto 261099
aunque hay que ajustar los valores por que están puestos "a ojo".... pero no es gran problema.

!OJO al piojo! , tienes que poner una resistencia limitadora de curriente de Base del transistor "Q2" o ustedes estropia la junción Base y Emisor del transistor "Q2" cuando "Q1" saturar.
Un resistor de uns 10K en série con lo colector del transistor "Q1" te va muy bien
Att,
Daniel Lopes.