Driver para LEDs de potencia

En este post describiré un regulador de corriente que permite de conectar una gran variedad de leds de alta potencia. El proyecto es realmente simple y está pensado para ser usado en modo autónomo o conectado a un sistema de control variable del tipo PWM que describiré en un próximo artículo. Los reguladores de corriente se pueden hacer de diferentes maneras: con transistores, con mosfet de potencia o con reguladores lineales de tensión conectados en modo particular. Todos usan el mismo principio de funcionamiento: una resistencia de bajo valor en serie con el led (generalmente llamada shunt) que “mide” la corriente que pasa por ella y controla el circuito que regula la corriente. El modelo que les propongo usa un mosfet de canal N como regulador porque lo considero el más eficiente y al mismo tiempo simple de hacer. Para los que no tienen disponible en el cajón de componentes un mosfet de canal N de potencia, se puede usar también un transistor NPN de potencia manteniendo el mismo circuito impreso. Aunque si el resultado es menos eficiente nos puede sacar de apuros. El circuito es una típica fuente de corriente constante y es realmente simple de hacer. La potencia disipada en el mosfet depende de la tensión que cae sobre este y de la corriente que hacemos pasar para alimentar al led. Por lo tanto, podemos mejorar la eficiencia del circuito disminuyendo la tensión de alimentación. Hagamos un ejemplo sobre este punto. Si conectáramos un led de 3V y 600mA (2 Watt) a nuestro circuito alimentado por 12V, el mosfet disipará: Pfet = (Vpower – Vled – Vres) * Iled = (12V – 3V – 0,6V) * 0,6A = 5 Watt Si usáramos en vez una alimentación de 9V: Pfet = (Vpower – Vled – Vres) * Iled = (9V – 3V – 0,6V) * 0,6A = 3,24 Watt Como podemos ver, la potencia disipada por el mosfet en el segundo caso se reduce bastante. Además, en el primer caso con 12V, el rendimiento del circuito es muy bajo porque de los 7,3 Watt que consume, 5 Watt se pierden en forma de calor sobre el mosfet. De cualquier manera, no siempre se dispone de la tensión justa para reducir la potencia disipada por el mosfet. Si tenemos disponibles solamente 12V podemos mejorar el sistema conectando 2 o 3 leds en serie (dependiendo de la tensión de cada uno). Por ejemplo, usando 3 leds de 3V y 600mA: Pfet = (Vpower – Vled1-Vled2-Vled3-Vres) * Iled = (12V-3V-3V-3V-0,6V) * 0,6A = 1,44 Watt Es decir, casi todo el consumo del circuito es usado por los leds mientras que una mínima parte se pierde en el mosfet. La conclusión es simple: conviene alimentar el circuito con una tensión poco superior a la suma de las tensiones de umbral de los leds conectados. La pregunta surge natural: ¿Cuanto poco superior? Bien, si la tensión de alimentación fuera igual a la suma de las tensiones de umbral de los leds conectados el circuito dejaría de funcionar porque el mosfet no es un componente ideal y un mínimo de tensión cae sobre él. A esto se le suma la tensión de 0,6V que cae sobre la resistencia en serie y que permite de regular la corriente. He hecho pruebas directamente con el circuito propuesto y la tensión mínima necesaria para que funcione correctamente es de 2,5V por encima de la tensión del led (o de los leds conectados en serie). Para mayor seguridad aconsejo 3V. Como hemos dicho, la corriente que obtenemos para alimentar el led depende solamente del valor de la resistencia en serie y su valor se puede calcular a través de esta sencilla fórmula: R = 0,6V / Iled Si por ejemplo, quisiéramos hacer pasar una corriente por nuestro led (o leds) de 0,3A (o 300mA) : R = 0,6V / 0,3A = 2 ohm Si quisiéramos hacer pasar una corriente por nuestro led (o leds) de 0,6A (o 600mA) : R = 0,6V / 0,6A = 1 ohm Debido a las pequeñas tolerancias de los componentes, la corriente real puede ser ligeramente diferente. Por ejemplo, en el prototipo, para obtener la corriente de 0,3A he debido conectar una resistencia de 1,8 ohm en lugar de una de 2 ohm. Por el hecho que en comercio muchos valores intermedios de resistencia no existen, puede ser necesario aproximar el valor manualmente conectando resistencias en serie y en paralelo. La resistencia en serie disipa bastante poco. Por ejemplo en nuestro caso de 0,6A: Pres = I * Vres = 0,6A * 0,6V = 0,36 Watt Para tener un buen margen de trabajo con distintos valores de corriente yo sugiero de conectar una resistencia de 1Watt (o menor en el caso de 2 o más resistencias conectadas para aproximar el valor justo de corriente). En realidad, nuestro circuito puede trabajar con corrientes mucho más elevadas de los ejemplos que hemos presentado (5A o más) aunque si será necesario considerar algunos aspectos: 1. reducir al mínimo indispensable la tensión de alimentación del circuito (solamente 3V por encima de Vled) 2. usar una resistencia en serie de potencia adecuada 3. agregar al mosfet un disipador que sea en grado de mantener la temperatura “bajo control” Una cosa bastante interesante del circuito propuesto consiste en la posibilidad de controlar la intensidad luminosa a través de la entrada de control indicada en los diseños. El control debe ser del tipo PWM (modulación por ancho de impulso), bastante simple de hacer con un micro y con un adaptador de niveles como por ejemplo un transistor. En un próximo artículo explicaré como construir uno. Una versión mucho más larga de este artículo la pueden ver en mi blog al siguiente link: http://www.inventable.eu/2012/08/06/driver-para-leds-de-alta-potencia/ Algunos posts que he hecho sobre leds http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/13696624/Leds-220V-con-capacitor.html http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/13479966/Tiras-de-LEDs-con-220V.html http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/10925100/LED-muy-facil.html Fuente (mi blog): www.inventable.eu