dimmerare faretti 12 v con transistor TIP132

Ciao a tutti...vorrei dimmerare 3 faretti dell'ikea (modello Grundtal) con relativo trasformatore 12 v e lampadine alogene da 12 V 10 W. Ho a disposizione un transistor TIP132....Il problema è che ho capito il funzionamento del transistor e lo sketch da utilizzare....la cosa che non riesco a capire invece è come calcolare la RESISTENZA da mettere tra il PIN di output a 5 v dell'arduino e la base del transistor. Di seguito elenco i parametri che ho trovato sul datasheet del transistor:

Collector-Base Voltage (I E = 0) = 100 V Collector-Emitter Voltage (I B = 0) = 100 V Emitter-Base Voltage (I C = 0) = 5 V Collector Current = 8 A Collector Peak Current = 12 A Base Current = 0.3 A

Quali parametri devo prendere in considerazione? e come calcolare la resistenza?

Grazie

Presuppongo che vuoi regolare la lampadina sul secondario del trasformatore. La lampadina va con corrente continua o alternata? Ciao Uwe

Supponiamo le lampadine a corrente continua visto che vuoi usare un transistor.
Allora hai 3 faretti ikea da 12 V e 10 W quindi assorbono 12/10=0.83A l’uno, in tutto hai 2.49A da alimentare a 12 V (quindi 30W)

I transistor se utilizzati come interruttori (quindi in stato OFF o in saturazione) hanno una VCE (differenza tra tensione di collettore ed emettitore) abbastanza bassa (nel tuo caso 2 Volt, la trovi nel datasheet sotto la voce VCEsat) e quindi dissipano poca potenza, nel tuo caso dissipano però 2 * 2.49 = 5W che non è poco, questo perché hai una grande corrente e il transistor deve dissipare potenza che è data da V*I. La lampada riceverà quindi 12 - VCE volt, circa 10 volt.

Utilizzando dei Transistor MOSFET a bassa resistenza (bassa RDSon) avresti probabilmente da dissipare una potenza minore rispetto ai NPN anche se sarebbe comunque una potenza importante. Non è molto efficiente utilizzare transistor per un dimmer.

Hai già pensato a come dissipare 5W? Purtroppo non sono pochi e sono il problema principale. Se vedi il grafico “Power Derating Curve” del datasheet si nota anche che dopo 25°C la capacità di smaltire calore inizia a calare, quando quindi le lampade sono accese il transistor conduce e si scalda, scaldandosi fa più fatica a dissipare.

La situazione comunque è anche peggio (molto peggio!) perchè se vuoi dimmerare devi utilizzare i transistor come amplificatori (quindi in zona lineare), quindi in uno stato intermedio tra ON e OFF dove la VCE è molto più alta e la dissipazione cresce di conseguenza (e cala la tensione sulla lampada e la corrente che l’attraversa)!

Guarda la simulazione che ti allego, ho inserito una resistenza equivalente per simulare tutte le tue lampade in parallelo, la resistenza assorbe la stessa corrente in quanto R=V/I=12/2.5=4.8 ohm

Dalla simulazione puoi vedere il variare di VCE e della corrente assorbita dalle lampade che quindi passa per il transistor (ho usato un TIP41 nella simulazione ma il concetto è il solito) al variare della resistenza di base.

Quando la resistenza di base è bassa il transistor conduce molto bene (perché I=V/R) ed è quasi un interruttore chiuso, la VCE è solo poco più di 2 volt per questo transistor nella simulazione, la VCE vedila come una sorta di perdita di tensione data dalla non idealità dell’interruttore che quindi deve dissipare questa differenza di tensione in calore.

Quando la resistenza di base diventa più alta, es. 1.5K, il transistor conduce meno bene perché passa meno corrente nella resistenza di base che serve per “accendere” il transistor, passa meno corrente 1.23A e quindi la lampada fa meno luce, ma c’è anche una caduta di tensione molto maggiore su VCE, 6.14V! il che si traduce in una dissipazione di 6.141.23=7.55W!! E probabilmente non ho preso la combinazione VCEI che da il prodotto maggiore!

Quindi per dimmerare le lampadine devi regolare la corrente che scorre, per fare ciò devi regolare la corrente che scorre sulla base del transistor (es. con un potenziometro) ma devi stare attento che il calore generatore dal transistor sale nonostante passi meno corrente perché aumenta la “perdita” sulla tensione VCE!

Tieni presente che devi tenerti un buon margine di sicurezza e quindi dissipare un 30-50% in più del previsto come minimo sicuramente.
Il transistor senza dissipatore forse riesce a dissipare 1/2 watt (consideriamo che è estate!) quindi pensa bene a come dissipare

La cosa migliore secondo me è fare come gli alimentatori switching, ovvero accendere spegnere la lampadina tante volte al secondo per regolare la luminosità (quindi al posto del potenzimentro un segnale PWM sulla base del transistor), si limita un pochino la potenza dissipata ma è comunque sui 5W

Spero di averti aiutato a capire meglio anche come funzionano i transistor
Non farti scrupoli a chiedermi se non hai capito
Ciao

PS:
Per calcolare la resistenza devi sapere quanta corrente vuoi far passare sul collettore (Ic) ed applicare la formula Ic=hfe*Ib, hfe è il guadagno del transistor. Poi tramite R=V/I trovi la resistenza da mettere sulla base.

Esempio vuoi far passare Ic=0.5A, l’hfe del tuo transistor è minimo 500 (da datasheet),quindi Ib (corrente sulla base) deve essere almeno 0.5/500=0.001A=1mA.
Per calcolare la resistenza R=V/I quindi R=(12-2.5)/0.001=deve essere 9.5K ohm, supponendo di utilizzare 12 volt sulla resistenza di base e che la caduta di tensione su VBE sia di 2.5 Volt (da datasheet VBE=Max 2.5V).

Nella simulazione ho utilizzato un transistor con un hfe tipico di 100 quindi serve una resistenza molto più piccola (5.8k) in quanto deve scorrere molta più corrente sulla base

Hai pensato ad utilizzare un variac o un triac? Non so bene come funzionano ma da wikipedia sembra siano soluzioni migliori…

flz47655:
Supponiamo le lampadine a corrente continua visto che vuoi usare un transistor.
Allora hai 3 faretti ikea da 12 V e 10 W quindi assorbono 12/10=0.83A l’uno, in tutto hai 2.49A da alimentare a 12 V (quindi 30W)

Il calcolo é I = P/V percui 10W/12V=0.83A.
Devi anche considerare che la lampadina é un NTC. A freddo assorbe ca 10 volte la corrente nominale.

flz47655:
La situazione comunque è anche peggio (molto peggio!) perchè se vuoi dimmerare devi utilizzare i transistor come amplificatori (quindi in zona lineare), quindi in uno stato intermedio tra ON e OFF dove la VCE è molto più alta e la dissipazione cresce di conseguenza (e cala la tensione sulla lampada e la corrente che l’attraversa)!

Mai sentito niente di PWM?

flz47655:
Esempio vuoi far passare Ic=0.5A, l’hfe del tuo transistor è minimo 500 (da datasheet),quindi Ib (corrente sulla base) deve essere almeno 0.5/500=0.001A=1mA.
Per calcolare la resistenza R=V/I quindi R=(12-2.5)/0.001=deve essere 9.5K ohm, supponendo di utilizzare 12 volt sulla resistenza di base e che la caduta di tensione su VBE sia di 2.5 Volt (da datasheet VBE=Max 2.5V).

La tensione tra base e emettitore é 0,7V costante (diodo al silico). [edit]Essendo un transistore darlington la tensione base emettitore é piú alta.[/edit] Non dipende dalla corrente del colletore come VCE. Il valore calcolato é il valore massimo che puó assumere RB, Non capisco perché calcoli con 0,5A e non con 3A, la corrente arrotondata delle 3 lampadine.

flz47655:
Hai pensato ad utilizzare un variac o un triac? Non so bene come funzionano ma da wikipedia sembra siano soluzioni migliori…

Un variac é costoso e viene quasi mai usato. Il triac non funziona con corrente continua; non si spegna piú. Con tensione non alternata si potrebbe usare un tiristore ma vale la stessa cosa; non si spegne. Con dei accorgimenti circuitali si puó spegnerlo (con un condensatore che viene scaricato attraverso il tiristore e imprime una corrente inversa attraverso il tiristore)

Concordo che é meglio usare un N-MOSFET pilotato con PWM. La tensione VCE toglie tensione alla lampadina e 2 V si vedono benissimo in un lampadina che non si illumina al 100%.
Come scelta MOSFET serve uno a bassa resistenza Ron<< e che sopporta una corrente di almeno 30A. poi deve essere TTL compatibile (per condurre con i 5V di Arduino al 100%).
Se la lampadina viene alimentata con alternata devi mettere un radrizzatore. Un condensatore di livellamento non serve, anzi alzerebbe la tensione e la lampadina si brucerebbe piú velocemente.

Ciao Uwe

uwefed: Il calcolo é I = P/V percui 10W/12V=0.83A.

Si ho invertito a scrivere ma ho fatto il calcolo giusto :)

uwefed: Devi anche considerare che la lampadina é un NTC. A freddo assorbe ca 10 volte la corrente nominale.

Questo è da considerare, giusto

uwefed: Mai sentito niente di PWM?

Sei bastion contrario oggi? Dai era per fargli capire i transistor e perché è meglio usare il PWM (ne parlo verso la fine)

uwefed: La tensione tra base e emettitore é 0,7V costante (diodo al silico). Non dipende dalla corrente del colletore come VCE. Il valore calcolato é il valore massimo che puó assumere RB, Non capisco perché calcoli con 0,5A e non con 3A, la corrente arrotondata delle 3 lampadine.

Ho preso VBE=2.5V dal datasheet, calcolo con 0.5A nell'ipotesi che non usa il PWM e che vuole illuminare parzialmente le luci

Ciao

flz47655:

uwefed: La tensione tra base e emettitore é 0,7V costante (diodo al silico). Non dipende dalla corrente del colletore come VCE. Il valore calcolato é il valore massimo che puó assumere RB, Non capisco perché calcoli con 0,5A e non con 3A, la corrente arrotondata delle 3 lampadine.

Ho preso VBE=2.5V dal datasheet, calcolo con 0.5A nell'ipotesi che non usa il PWM e che vuole illuminare parzialmente le luci Ciao

Scusami, hai ragione. Il transistore é un Darlington e percui la tensione base emettitore é piú alta. In teoria 2x 0,7V probabilmentee ci saranno alcune resistenze integrate nel darlington percui si arriva a 2,5V. Per i transistori NPN o PNP non darlington valgono i 0,7V. Ciao Uwe

Ragazzi grazie mille per le risposte...ma se devo essere sincero non ho capito molto... Purtroppo sono un principiante e che mi sono avvicinato da poco ad Arduino e all'elettronica in generale. Mi sto appassionando molto e sto cercando di informarmi e capire sempre di più, però non ho una base solido di elettronica e tutte le informazioni che raccolgo provengono da internet quindi prendo pezzi un pò qua e un pò là. Sinceramente non pensavo fosse così complicato...ho chiesto chiarimenti sul transistor TIP132 perché ho letto questo articolo: http://bildr.org/2011/03/high-power-control-with-arduino-and-tip120/ ed ero interessato a a realizzare il progetto che vi ho spiegato sopra ma non trovando da acquistare il TIP120, ho acquistato il TIP132.

Ho a disposizione anche il transistor IRF540N...che leggendo le vostre risposte dovrebbe andare meglio giusto? con questo transistor che collegamenti dovrei fare? sempre con l'idea di dimmerare i 3 faretti 12 v 10 w

Grazie

Provo a darti una spiegazione alternativa semplificata: I transistor sono come un rubinetto, se però devi regolare grossi flussi d'acqua l'attrito è tanto perché sono rubinetti leggermente bucati e quindi producono molto calore "per sfregamento". Nel caso dei transistor l'acqua è la corrente.

Nell'articolo non è stato trattato nel dettaglio quanto calore viene generato ma riassumendo quello che ho scritto prima.. è molto! Il tuo transistor fonderebbe in poco tempo senza un adeguato raffreddamento. Purtroppo non è così facile e i transistor non sono così facili fa capire, io è un pò di tempo che ci sbatto la testa per capirci qualcosa.

Con il transistor MOSFET hai meno "attrito" e ti scalda meno, c'è comunque da fare il conto ma prima dimmi se hai capito la problematica qual'è

Ciao

Ok, fin qui credo che ci sono! :) con un linguaggio meno tecnico è piu chiaro. Allora...in base a quanta corrente do al transistor, tramite il pin analogico arduino, apre più o meno il rubinetto e quindi regola l'ntensità della corrente, giusto? il problema dici che si riscalda troppo il transistor e rischia di fondersi...quindi non è fattibile quello che voglio fare? se a questo punto uso un transistor per ogni faretti?

Grazie per la pazienza :)

Ok, fin qui ci siamo. Visto che il problema è il riscaldamento eccessivo puoi risolverlo con un dissipatore, la soluzione è però ingombrante e costosa. Usando un transistor per ogni faretti suddivideresti "il riscaldamento" per 3 e quindi sarebbe già meglio.

Se usi i pin di Arduino che mandano fuori 5 volt attenzione perché non riesci a chiedere molto bene "il rubinetto", servirebbero 12 volt per chiuderlo bene quindi sarà difficile raggiungere la luminosità massima.

La cosa migliore è utilizzare 3 transistor MOSFET, che scaldano un pò di meno perché sono rubinetti "con meno buchi" e ripartendo "il riscaldamento" su 3 transistor con dei dissipatori modesti si dovrebbe riuscire a risolvere

Ciao

Ok, quindi se uso 3 IRF540N va bene? la cosa che non capisco....questo mosfet supporta correnti fino a 33 A e quindi mi chiedo 12V x 33A = 396 W e io devo gestire 2.5 A giusto? 30 W / 12V = 2.5 A che è molto al di sotto alla sua capacità e comunque c'è il problema del riscaldamento

per i collegamenti invece come devo fare?

Nulla si crea nulla si distrugge (al limite si trasforma in energia dalla relazione di einstein ma tralasciamo :D) quindi la potenza in ingresso deve finire tutta da qualche parte.

L'alimentazione se fornisce 12V e 2.5A fornisce una potenza di 30W, questa potenza un pò andrà sul MOSFET un pò sulla lampadina, non tutta su entrambi!

Per capire come questa potenza viene ripartita è essenziale capire dove casca la tensione perché la corrente circolante sia sulla lampadina sia sul mosfet sarà sempre la stessa. La corrente deve passare per forza da li, non può scappare da altre parti!

Quindi se abbiamo dall'alimentazione 12*2.5=30W verranno ripartiti ad esempio 11.8*2.5=29.5W sulla lampadina e 0.2*2.5=0.5W sul MOSFET se questo è acceso e ha quindi una caduta di tensione di 0.2V.

La somma 11.8 + 0.2 deve fare per forza di cose 12 Volt, per il momento diciamo che 0.2V è calcolato tramite un dato del datasheet, dopo approfondiamo magari. Partendo dal fatto che il calo di tensione sul MOSFET è di 0.2 Volt la lampadina si ritrova solamente 11.8V rimasti e usa quelli.

La lampadina trasformerà questa potenza in gran parte in energia luminosa mentre il MOSFET.. in calore!

Il datasheet del MOSFET dice che supporta correnti fino a 33A, però dice anche che il suo case (forma del transistor) è un TO-220 e che ha determinati parametri di resistenza termica, da quei parametri si riesce a calcolare, data una certa temperatura ambiente, quanta potenza riesce a dissipare, sui 0.5W. Se uno volesse far scorrere 33A sul transistor, cosa non consigliata, è sempre meglio tenersi un buon margine di sicurezza, dovrebbe raffreddare moltissimo il transistor con dissipatori e ventole oltre che ad utilizzarlo tipo al polo nord se lo si utilizza "mezzo accesso" e non completamente accesso. In pratica quindi non si fa mai scorrere una corrente così elevata.

Ciao Fammi sapere se hai capito questi concetti che poi provo a spiegarti i calcoli per capire quanto dissipa

Chiarissimo! :) qundi per poter dissipare il calore prodotto da quei 0.5 W, devo controllare la temperatura ambiente che deve essere al di sotto di una certa soglia.

Per i calcoli sulla dissipazione termica “passo la palla” ad altri utenti del forum, se comunque per sicurezza aggiungi un dissipatore per raggiungere una dissipazione di 1W dovresti avere un minimo di margine di sicurezza.

E’ importante col PWM non usare una frequenza troppo elevata, perché al salire della frequenza il MOSFET inizia ad assorbire corrente dal Gate in quanto è come un condensatore che si carica/scarica e quindi i 40mA di Arduino sul pin potrebbero non bastare… al limite bisogna aggiungere un transistorino npn, se la frequenza sale ricorda però il MOSFET inizia a scaldarsi di più, senza entrare troppo nei dettagli diciamo che diventa un rubinetto sempre più bucato e per aprire e chiudere un rubinetto ci vuole un pochino di tempo, durante il quale l’attrito sarà maggiore.

Ciao

Nickb84: Ok, quindi se uso 3 IRF540N va bene? la cosa che non capisco....questo mosfet supporta correnti fino a 33 A e quindi mi chiedo 12V x 33A = 396 W e io devo gestire 2.5 A giusto? 30 W / 12V = 2.5 A che è molto al di sotto alla sua capacità e comunque c'è il problema del riscaldamento per i collegamenti invece come devo fare?

Sono 3 fareti da 10 W ciascuno o 3 volte 3 faretti? Ciao Uwe

Sono 3 faretti da 10 w ciascuno

Alla luce di quanto discusso nei post precedenti....avrei bisogno per cortesia di 2 ultimi chiarimenti... In definitiva la mia decisione è quella di dimmerare un solo faretto da 12v 10 w con un IRF540n utilizzando un pin PWM. Quello che mi manca...è sapere quale resistenza mettere tra il pin PWM e la base dell'IRF540 e i collegamenti dei cavi + e - sia dell'arduino che del faretto

Grazie :)

Datasheet IRF540: http://www.robot-italy.net/downloads/irf540n.pdf

Aspetta, se non sai come collegare + e - ti consiglio di aspettare un attimino prima di fare prove coi transistor.. In che senso come collegare + e - ?

Ad ogni modo usando il PWM di arduino che è di soli 500 Hz non servirebbe neanche una resistenza, prova a metterne una da 1K per sicurezza ad ogni modo.. la resistenza serve quando si accende e spegne molto più velocemente il transistor per evitare di dannegiare il pin di arduino con una richiesta di corrente eccessiva, il Gate del MOSFET alle alte frequenze diventa come una capacità significante da caricare e scaricare e questo vai e vieni di elettroni qualcuno lo deve pagare, in questo caso il pin di arduino che deve fornire corrente

Ciao

Allora precisando... Il + dell'arduino è il pin pwm che va collegato al gate del transistor e il GND dove lo collego? Mentre i cavi del faretto come li collego al transistor?

Devi collegare, SOLO se ti sei accertato che la lampada è 12V DC e non AC, altrimenti friggi Arduino:

pin arduino -> gate MOSFET (eventualmente tramite resistenza 1K) drain MOSFET -> negativo lampada source MOSFET -> GND arduino positivo lampada -> positivo trasformatore GND trasformatore -> GND arduino

Fai i collegamenti solo se sei convinto di quello che fai, assicurati prima con un tester che l'uscita del trasformatore sia 12V DC, controlla all'inizio che il MOSFET non inizia a scaldare, se così fosse scollega immediatamente tutto.

Ciao