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Led ad alta luminosità: il circuito per pilotare i led di potenza Parte 2

Led ad alta luminosità

Nella prima parte di questo argomento dedicato ai LED ad alta luminosità;, è stata presentata una tabella di riferimento sui dati prestazionali dei LED di potenza ed è stata fatta una panoramica sui LED ad alta luminosità. È stata osservata la modalità di alimentazione diretta con l’analisi dei vantaggi e dei relativi svantaggi. Ora ci andremo ad addentrare più a fondo nell’argomento con l’osservazione di alcuni circuiti e la loro analisi (pro e contro).

La funzione del resistore

Connettere il resistore in serie con uno o più LED è di certo uno dei metodi più utilizzati per alimentare i LED. Vediamo però i pro e i contro.
Pro:

    - Questo è il metodo più semplice che funziona in maniera affidabile
    - é costituito di una sola parte.
    - Costa veramente poco, giusto qualche euro.

Contro:

    - Non molto efficiente; si deve controbilanciare l’energia dispersa con una luminosità del LED affidabile e constante.
    - C’è bisogno di cambiare il resistore per modificare la luminosità del LED.
    - Se vengono cambiate, in modo significativo, l’alimentazione elettrica o la tensione della batteria, il resistore deve essere cambiato di nuovo.

Come utilizzare un resistore con LED

Ci sono diversi modi e diverse spiegazioni per eseguire questo tipo di operazione. Le cose da sapere sempre e da tenere in considerazione sono:

    - Quale valore di resistenza utilizzare.
    - Come collegare i LED in serie e in parallelo.

In rete ci sono un paio di interessanti ed utili calcolatori che, una volta inserite le specifiche riguardo il LED utilizzato e l’alimentazione, sono in grado di disegnare il circuito completo (sia in serie che in parallelo) e il tipo di resistenza.
http://led.linear1.org/led.wiz
http://metku.net/index.html?sect=view&n=1&path=mods/ledcalc/index_eng
Potrebbe tornarvi utile anche dare un’occhiata qui: LED per principianti - 1/3

I regolatori switching

I regolatori switching, o DC - DC, convertitori “boost” o “buck”, sono in pratica un modo ottimale per alimentare un LED. Fanno tutto loro, ma sono piuttosto costosi. I regolatori switching possono sia ridurre (convertitore buck) che aumentare (convertitore boost) la tensione in ingresso al punto esatto di tensione necessaria ad alimentare il LED. In modo diverso da un resistore, il regolatore monitora di continuo la corrente del LED e fa in modo che resti costante.

Pro:

    - Prestazione del LED costante per ampia gamma di LED e di alimentatori.
    - Alta efficienza, di solito intorno all’ 80 - 90% per i convertitori boost e e 90 – 95% per i convertitori buck.
    - Possono fornire energia al LED da alimentatori con tensione più alta o più bassa (step-up e step-down).
    - Alcune unità possono regolare la luminosità del LED.
    - I pacchetti progettati per i LED di potenza sono disponibili e facili da usare.

Contro:

    - Complessi e costosi.
    - Necessitano di buone doti di ingegneria elettronica.

Generatore di corrente costante

Il primo set di circuiti è costituito da piccole varianti di un generatore di corrente costante.

Pro:

    - Prestazione del LED costante per ampia gamma di LED e di alimentatori.
    - Costo davvero basso.
    - Solo 4 parti da collegare
    - L’efficienza può essere superiore al 90% (con un LED ed una alimentazione appropriati)
    - Può gestire un gran quantitativo di potenza, 20 AMP o anche di più.
    - Dropout basso, la tensione input può essere anche 0.6 volt maggiore rispetto alla tensione in uscita.
    - Il range operazionale molto ampio: è compreso tra 3V e 60V.

Contro:

    - Si deve cambiare il resistore per modificare la luminosità del LED.
    - Se non configurato in maniera opportuna può disperdere molto più energia rispetto al metodo con il resistore.
    - Bisogna costruirselo da soli (ma questo potrebbe anche essere un pro)
    - Il limite di corrente varia un po’ con la temperatura dell’ambiente.

Vediamo prima la versione più semplice.

Come funziona:

    - Q2 ( transistor di potenza NFET, Negative Field Effect Transistor) viene utilizzato come un resistore variabile. Q2 viene attivato da R1.
    - Q1 (transistor NPN) viene utilizzato come un interruttore di rilevazione di sovraccarico e R3 “spinge” Q1 in presenza di un flusso troppo elevato di corrente.
    - Il flusso di corrente principale passa attraverso il LED, attraverso Q2 e attraverso R3. Quando troppa corrente passa attraverso R3, Q1 si attiverà e si disattiverà Q2.
    - R1 ha un’alta resistenza, per cui quando Q1 comincia ad attivarsi, sovrasta facilmente R1.
    - Il risultato è che Q2 agisce come un resistore, e la sua resistenza è sempre perfettamente impostata per mantenere la corrente del LED costante.

Tutta l’energia in eccesso viene assorbita in Q2. Così per la massima efficienza, è opportuno configurare la stringa di LED in modo che sia avvicini alla tensione dell’alimentazione elettrica. Funziona bene anche senza fare questo, ci sarà solo dispersione di energia, che poi è l’unico difetto di questo circuito. Per impostare la corrente, prendiamo il valore di R3 e facciamo un paio di calcoli:

    - La corrente del LED è approssimativamente uguale a 0,5 / R3
    - Potenza di R3: la potenza dissipata dal resistore è approssimativamente uguale a 0.25/ R3. Si consiglia di scegliere un valore di resistenza che sia almeno due volte la potenza calcolata in modo che il resistori non si surriscaldi.

Quindi, per 700mA di corrente di un LED avremo:
R3= 0.5 /.07= 0.71 ohm. La resistenza standard più vicina è pari 0.75 ohm.
Potenza di R3 = 0.25 / 0.71= 0.35 watt. Ci sarà bisogno di una resistore che supporti un carico di almeno ½ watt.
Parti usate:
R1: resistore piccolo (1/4 watt) di circa 100k-ohm come la serie Yageo CFR-25JB.
R3: Resistore stabilizzatore di corrente grande (1 watt o maggiore); una buona scelta sarebbe la serie Panasonic ERX-2SJR.
Q1: Un transistor NPN, ad esempio Fairchild 2N5088BU
Q2: Un transistor N-FET, ad esempio FQP50N06L.
L’unico limite di un circuito del genere è rappresentato da Q2 (NTEF). Q2 limita il circuito in due modi:
1) Dissipazione di potenza. Q2 agisce come un resistore variabile , riducendo la tensione dall’alimentatore di energia per farla combaciare con il fabbisogno del LED. Quindi Q2 avrà bisogno di un dissipatore termico in presenza di un’alta corrente del LED o nel caso in cui la tensione della sorgente di energia sia molto più alta della tensione della stringa di LED. Q2 può soltanto gestire 2/3 di watt prima che ci sia bisogno di un qualche tipo di dissipatore termico, con il quale (se abbastanza grande) il circuito può gestire molta più corrente e potenza, probabilmente 20 Amp e 50 watt. In alternativa si possono mettere più transistor in parallelo per maggiore potenza.
2)La tensione. Lo spinotto (pin) “G” su Q2 è in grado di supportare solo 20V, limitando questo circuito ad una tensione di entrata pari a 20V, o meglio 18V, per stare sicuri.
Sensibilità termica: il setpoint di corrente è in qualche modo sensibile alla temperatura perché Q1, che rappresenta l’innesco, risulta sensibile alla temperatura.

 

 

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ritratto di boggy

led

Sarei veramente grato se almeno voi riusciste ad aiutarmi!!!
Vorrei costruire una piccola plafoniera a led ma ne capisco davvero poco....ho acquistato per farla gia' un dissipatore ed un alimentatore in corrente costante con queste caratteristiche: DC 3-60V 700mA 42watt ora io vorrei collegare led da 1 o 3 watt in serie ma non trovo nessuno che mi aiuti a acpire QUALI LED SONO MIGLIORI DA 1 O DA 3 WATT?? QUANTI NE POSSO COLLEGARE???? Spero in una risposta che mi aiuti

 

 

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