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LED Economici ad Alta Luminosità

LED Economici ad Alta Luminosità

Led alta luminosità: i LED (anche economici) ad alta luminosità sono emersi come sostituzioni dignitose per le lampadine a causa della loro elevata efficienza di conversione energetica.

I LED sono andati molto lontani dal loro primo debutto e oggi sono usati in ogni sorta e applicazioni, ponendo nuove sfide di progettazione e di fabbricazione. I LED ad alta luminosità sono emersi come sostituzioni dignitose per le lampadine a causa della loro elevata efficienza di conversione energetica. Tuttavia, essi non sono così semplici da usare come i vecchi e comuni tipi LED di 3 millimetri e 5 millimetri, che hanno bisogno anche meno di un semplice microcontroller per essere controllati. I LED ad alta luminosità richiedono dispositivi speciali, in grado di fornire elevate correnti costanti in una vasta gamma di tensioni di ingresso e a temperatura ambiente. Il concetto di un LED ad alta luminosità è relativamente semplice:

Driver led alta luminosità
Figure 1

È fondamentale che venga usato come fonte un dispositivo a corrente costante al posto di uno a voltaggio costante. Se fosse possibile utilizzare una fonte costante di tensione, poi è opportuno utilizzare un qualsiasi regolatore di tensione in una simile applicazione.

Purtroppo, i LED ad altà luminosità hanno una caratteristica tensione-corrente che è altamente dipendente dalla temperatura. Se, oltre a questa, si aggiunge il fatto che un LED di potenza 1W o 3W dissipa una notevole quantità di calore, ci si rende conto che in questo caso una tensione costante non sarà sufficiente. La prima volta che si accende il LED alta luminosità, essendo "freddo", la tensione costante fa scorrere una specifica corrente attraverso il LED. In un secondo momento, il LED alta luminosità diventa più caldo e per la stessa tensione applicata impiegherà una diversa quantità di corrente. Di conseguenza la sua luminosità cambia. E questo è solo sotto l'effetto della sua variazione di calore interna, senza neppure prendere in considerazione la variazione della temperatura ambiente!

Questi ben noti problemi hanno innescato la necessità di fonti ad alta corrente costante, e ci sono molti produttori di semiconduttori sul mercato che ora fabbricazione integrati specifici per il controllo dei LED alta luminosità. National Semiconductors e Linear Technologies sono solo due di questi, e fanno un buon lavoro con questi dispositivi.

Lo svantaggio principale di questi prodotti tuttavia è il loro costo (in particolare con LT). Naturalmente, non importa quando la quantità di produzione di un prodotto finale è ridotta, o quando si affronta un progetto per hobby. Ma i LED hanno fatto il loro ingresso in una vasta gamma di prodotti industriali e anche automotivi. Come risultato, il costo di tale dispositivo a corrente costante è venuto a dettare i criteri di progettazione di tali applicazioni.

Nella battaglia per il costo, uno dei vincitori è il commutatore di alimentazione NCP3063 fornito da OnSemi che è stato inizialmente concepito per essere usato come un regolatore di tensione. Per fortuna, ha anche una modalità a corrente costante, che le permette di essere utilizzato come un dispositivo per un LED alta luminosità. Il suo migliore parametro "elettrico" è, di sicuro, il suo prezzo: si può andare anche da un minimo di 0,70 $ (sui 0,55 €) per piccole quantità (0,30 $, 0,25 € per grandi quantità), rispetto ad almeno 1 $ (0,70 €), il prezzo dei suoi concorrenti. Essa ha anche un piccolo pacchetto, che le consente di essere incorporata in applicazioni miniaturizzate ed è valutato automotivamente, il che porta tutti i vantaggi noti: funzionamento da -40 a +85 gradi Celsius, alta tensione di ingresso, basso tasso di fallimento.

Leggi il datasheet dell'NCP3063. Il datasheet è ben documentato (come ci si aspetta da una società seria come OnSemi) e fornisce i motivi per utilizzare l'integrato come fonte di corrente costante, adeguata per la guida di un LED ad alta luminosità.
Lo schema che uso è piuttosto semplice, con la corrente che attraversa il LED facilmente regolabile tramite un semplice resistenza R1.

schematico per led alta luminosità Luxteon LED
Figure 2 – Schematico per Led Alta Luminosità Luxteon LED

Una breve descrizione:

         * D1 - diodo di protezione contro l'inversione di tensione di alimentazione ("fool's diode")
         * C1, C2 - condensatori di energia e di filtraggio
         * R1 - resistenza di regolazione della corrente
         * L1, D2, C4 - componenti necessari per il funzionamento come convertitore DC - DC
         * C3 - condensatore di tempo
         * C5 - condensatore di filtraggio
         * D3 - LED
         * U1 - dispositivo di corrente costante

Lo schema ha molto più senso quando lo si guarda dopo aver conosciuto il diagramma a blocchi dell'NCP3063.

Block diagram of the NCP 3063

Teoria di funzionamento drive led alta luminosità
L'integrato integra molte funzioni ma non tutte sono usate qui. La più importante, che noi sfrutteremo, è il comparatore di limitazione della corrente all'interno dell' NCP3063. Come si può vedere dal diagramma a blocchi, il comparatore ha l' ingresso invertente collegato al piedino 7, e l'ingresso non invertente collegato a VCC-0.2V (questa tensione di 0.2V è generata internamente). Lo scopo del comparatore è quello di disattivare l'interruttore di alta alimentazione all'interno dell' integrato nel caso in cui la differenza di tensione tra i due piedini interni diventa superiore a questi 0.2V. Nel modo in cui lo schema è costruito, questa differenza è a carico di due parametri:

        1. La corrente che fluisce attraverso l'interruttore interno
        2. La resistenza R1 connessa tra i piedini 6 e 7 dell'integrato

Come tale, questo comparatore ci da la possibilità di stabilire la corrente massima che deve fluire attraverso il LED semplicemente scegliendo il valore appropriato per la R1. La corrente che fluisce attraverso R1, in aggiunta fluisce nell' NCP3063 attraverso il piedino 1 e fluisce poi fuori attraverso il piedino 2, per poi finire attraverso il LED. Quando questa corrente aumenta, anche la caduta di tensione su R1 aumenta, e quando questa caduta di tensione raggiunge i 0.2 V, il comparazione della corrente interna è attivato e spegne l'interruttore tra i piedini 1 e 2, quindi taglia la corrente attraverso il LED. L'interruttore è riacceso dall'oscillatore interno dell' NCP3063, alla fine di ogni periodo di oscillazione. La frequenza di oscillazione interna è data dal valore del condensatore C3, che si chiama condensatore di tempo. Il valore che ho scelto, di 2,2nF, offre una frequenza di oscillazione di circa 150kHz.

Lo schema dato lavorerà su una considerevole gamma di LED ad alta luminosità. Esso fornirà circa 200 mA attraverso il LED, che garantisce la luminosità dipendente dal LED da voi scelto. Io ho scelto un LUXEON Rebel LED con le seguenti caratteristiche corrente-tensione:

Current voltage characteristic

La corrente che ho scelto sembra piuttosto piccola per questo tipo di LED, tuttavia, attenzione: maggiore è la corrente attraverso il LED, maggiore è la dissipazione di calore! Al momento, sulla base di 200 mA con 3.1V, si ottiene appena 0.6W. Anche così la luminosità è impressionante. Se, tuttavia, è necessario di più, è possibile passare oltre 1W di potenza dissipata, e impiegherai metodi più intelligenti per dissipare il calore.

Naturalmente sono disponibili diverse opzioni: dissipatore di calore o base PCB in metallo, ma entrambi questi metodi sono costosi e in un progetto dove il prezzo finale è importante, si potrebbe trovare più utile perdere un po' di luce per qualche dollaro.

Compra Regolatore di tensione NCP3063 da Farnell

 

 

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ritratto di AlckO

Modifica circuito

E' possibile utilizzare questo integrato per pilotare 10 led da 100mA ciascuno disposti in parallelo?
Come andrebbe modificato il circuito?
Grazie

ritratto di syaochan

Collegare led in parallelo

Collegare led in parallelo non è una buona idea, perché ognuno assorbirà una diversa corrente a seconda delle sue caratteristiche, quindi alcuni potrebbero essere poco luminosi e altri vedere la loro vita accorciata di parecchio.
Se hai problemi di tensione bassa, potresti usare un regolatore boost tipo il MAX16834 con i led in serie. Sul datasheet trovi esempi di circuiti.

ritratto di Anonimo

Led alta luminosità ormai

Led alta luminosità ormai esistono in larga scala e si trova molta documentazione, ma è difficile trovare led economici ad alta luminosita. I led ad alta luminosità costano cosi tanto che spesso conviene usare tanti led normali (a costi bassissimi) evitando cosi anche problemi di pilotaggio (altri costi)

ritratto di Emanuele

Led alta luminosità

Concordo, c'è una relazione diretta tra l'efficienza del driver led e la qualità del led, quindi il costo. Tra l'altro è inutile spendere soldi per led ad alta luminosità costosi (e costano parecchio) se poi ci si perde nel pilotaggio.

ritratto di Jonny1977

Alimentare P7 Seoul

Cosa mi consigli per alimentare 3 P7 della Seoul (3,6V 2800mA) con tensione che varia tra 12,50V a 14,0V.(variazione del generatore di una moto/auto)
Attualmente li alimento in serie da 3 con un regolatore lineare ( e scalda anche lui)autocosruito ma non sono riuscito a trovare niente di switching (per abbassare le perdite e temperatura) che faccia al caso, forse tu hai la soluzione per me?
I led sono dissipati da un dissipatore per CPU comprensivo di ventola,se vuoi ti mando anche alcune foto della realizzazione.
Grazie.

ritratto di Emanuele

Alimentare 3 led ad alta luminosità

Potresti sicuramente usare un convertitore switching. Puoi trovarlo pronto e già incapsulato tipo Traco, oppure trovare un integrato che faccia al tuo caso.

Un integrato per pilotare i led è motlo piu specifico, ed intorno realizzare l'elettronica che ti serve. Puoi dare un occhiata in Linear Technology, ci sono anche varie applicazioni. Oppure National semiconductor, Onsemi e TI.

La sfida è tutta li, pilotare un led ad alta luminosità senza dissipare troppo calore, quindi evitare ingombranti dissipatori migliorando l'efficienza.

ritratto di Denis d.

Stabilizzatore di tens

Ciao.
Tanto per iniziare complimenti per le risposte molto professionali,io ho un problema mi sto costruendo una lampada frontale con 3 led "Luxeon K2 Star LXK2-PWC4-0220" ed un drivers "BuckPuck: 3021-D-E-1000,1000mA" a corrente constante di 1A, il mio problema è che per pilotarli mi serve una tensione costante di 3,65V però ho un accumulatore al litio da 7V secondo te come posso abbasare la tensione senza compromettere la corrente?
ciao e grazie

ritratto di mingoweb

Puoi utilizzare un LM317!

Puoi utilizzare un LM317! Con questo limitatore puoi ottenere tutte le tensioni che desideri semplicemente dimensionando le resistenze R1 e R2. LM317 ti fornisce in uscita una corrente massima di 1,5 A
VEDI: http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf

ritratto di GiuseppeN.

Serie led bianchi

Ho necessita' di alimentare un faro a led bianchi con una tensione di 48vcc, ho pensato di mettere tutti i venti led del faro in serie, e alimentare il tutto attraverso un generatore di corrente costante (lm317) regolando la corrente a circa 50mA. Il problema e' che i led si bruciavano un po' alla volta andando in cortocircuito.
Dove ho sbagliato?
Grazie

ritratto di giacomobarresi

generatore di corrente

I diodi led sono dei componenti di vista tensione-corrente.Progettare un circuito elettronico significa far funzionare il circuito anche in determinate condizioni.
I led vanno posti in serie e alimentati con un generatore di corrente.
Questo eviterà di far bruciare a catena tutti i ledi quando uno di questi va in cortocircuito.
Infatti supponendo che a 48 volt i 20 led in serie assorbono 50 milliamper quando uno andrà in corto si avranno sempre 48 volt su 19 led e la corrente aumentera' facendo probabilmente andare in corto altri led e cosi' via fino al danneggiamento di tutti i led.
se non si vogliono utilizzare circuiti integrati e' possibile realizzare con pochi componenti discreti degli ottimi generatori di corrente costante.
Saluti Giacomo Barresi

ritratto di Emanuele

LM317 come led driver

Dai dati che segnali, penso che il problema sia il regolatore LM317. Credo che 48Vdc sono un po troppi, non è lui che si rompe?
Prova magari dimezzando il numero di led e la tensione di alimentazione (24Vdc), se tutto funziona allora il problema è identificato.
Se non hai i 24V puoi tirarli fuori da un partitore con R di potenza calcolate sui 50mA.
Quanto sopra dando per scontato che nella realizzazione hai tenuto conto del datasheet dei led.

ritratto di Vittorio Crapella

Corrente costante per led

Altri circuiti che possono alimentare un led a corrente costante
http://digilander.libero.it/i2viu/led.html
e se serve maggior corrente si potrebbe speriemntare questo
http://www.webalice.it/crapellavittorio/schemivari/led_2576_cost.gif

ritratto di Marco.b

faretti.

vorrei costruire dei faretti con led seul p7.
so che servono dei dissipatori e una corrente costante,
mi dite che tipo di dissipatore e tutto quello che serve per far funzionare al meglio questi led?
ringrazio anticipatamente.
Marco.

ritratto di Vittorio Crapella

Led seoul p7

Hai già letto le specifiche sul sito SEOUL
http://www.acriche.com/en/product/prd/zpowerLEDp7.asp

da una rapida lettura mi pare di aver capito che lavorano con una corrente 350 mA e fa una caduta di tensione di 4 V

ritratto di stefano stefani

led altissima luminosità

anche se sono in grado di assemblare a stagno, sono un profano in elettronica, ma vorrei sostituire la costosissima, caduca (il manuale dice che puo' rompersi subito anche trattandola bene), mungicorrente e inquinante lampada a mercurio da 250 W del mio videoproiettore con un led alta luminosita.
i rivenditori da me interpellati mi hanno detto che occorre fare appositamente uno studio di progetto per pilotaggio e raffreddamento
non esiste ancora nessuno che abbia fatto dei kit led-driver-dissipatore per le diverse necessità? tieni conto che nel videoproiettore c'è gia una ottima ventilazione.
come faccio a capire da una foto su internet l'effettiva dimensione del fascio luminoso di un led? (mi serve il piu puntiforme possibile)
sai se in italia, a parità di prestazioni i led costino ancora (come mi e' sembrato) 5-10 di più che all'estero? es. germania
ciao
grazie in advans :)

ritratto di rich

salve! complimenti per

salve! complimenti per l'articolo!
volevo cimentarmi nella costruzione di un driver per 6 led da 3w
a lavorano a 700ma e 2 a 750
mi chiedevo se l'integrato qui utilizzato fosse in grado di gestire correnti di quell'ordine?

ritratto di geppe

Salve a tutti volevo acquistare un integrato per provarlo ma gia

Salve a tutti volevo acquistare un integrato per provarlo ma gia su ebay( dalla cina) due costano 9€ dove potrei acquistarli a i prezzi sopra indicati?

ritratto di Emanuele

Da Farnell gli NCP3063 costano 0.99 euro ;)

Da Farnell gli NCP3063 costano 0.99 euro ;)

 

 

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