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| Figura 1. Los transistores limitadores de corriente y los diodos encaminan adecuadamente en cada semiciclo de red la corriente a la cadena de LEDs en serie. (Clic en la imagen para ampliarla). |
Pequeña colección de lámparas de iluminación realizadas con diodos LEDs, de alimentación directa a la corriente de red o mediante tensión reducida con un transformador adaptador de red eléctrica. Para conseguir buenas iluminaciones empleando LEDs, se emplean LEDs blancos de alto brillo y alta eficiencia, resultando lámparas de bajo consumo eléctrico.
Los LEDs blancos de alto brillo tienen una caída de tensión típica de unos 3 V, y proporcionan una buena fuente de luz con corrientes en torno a unos 20 mA. Pueden funcionar con corrientes más altas, pero ello perjudica la vida del LED.
01- Proyecto de lámpara de iluminación LED para 220 V, alimentada con un puente en H
02- Circuito de luz nocturna para la habitación de los niños
03- Bombilla LED inalámbrica, de carácter puramente experimental
04- Controlador de cadena de LEDs de potencia con componentes discretos fácilmente adquiribles en el mercado, con cálculos matemáticos.
05- Iluminación led para exteriores, idea de diseño para sustituir lámparas de incandescencia para el jardín
06- Fuente de luz LED con respaldo de emergencia, en caso de corte del suministro eléctrico
07- Protección de cadenas de LED de potencia frente a sobrecorrientes, para dos cadenas de LEDs en paralelo
08- Luz nocturna de jardín alimentada por el Sol, con batería recargable por el Sol
09- Regulador dimmer para cadenas de LEDs, para 12-24 voltios, correspondiente a un regulador comercial
El puente H es un circuito clásico utilizado para el control de motores de corriente continua de una manera definida por el usuario, como por ejemplo para el control de la dirección de avance/retroceso o para el control de revoluciones de giro mediante PWM (modulación de ancho de impulso), asistidos con la ayuda de cuatro interruptores discretos o integrados o con relés electromecánicos. Es ampliamente utilizado en robótica y en electrónica de potencia.
Esta idea del diseño es una aplicación novedosa de esta técnica para el control de matrices de LED blancos conectadas directamente a la red eléctrica y con la corriente limitada en modo onda completa para conseguir una excelente lámpara de estado sólido eficiente energéticamente y sin parpadeo apreciable. Los controles de circuito mantienen la corriente de excitación de los LEDs constante tanto para los semiciclos positivos como para los negativos de la tensión alterna de red eléctrica, mediante el uso de interruptores electrónicos que operan alternativamente durante las excursiones positiva y negativa de la tensión de excitación. Este enfoque facilita la rectificación de corriente controlada de la tensión de CA para obtener una tensión continua necesaria para alimentar los LED conectados en serie con una corriente continua limpia con ondulación insignificante y con una gran mejora del factor de potencia del circuito.
Como se muestra en la Figura 1, los transistores Q1, Q3 y Q5 y el diodo D4 por un lado, así como los transistores Q2, Q4 ,Q6 y el diodo D3 por otro, están configurados como conmutadores de corriente controlados por tensión conectados en serie con la carga (los LEDs) para formar dos brazos de puente en H; los diodos D1 y D2 forman los otros dos brazos del puente. La cadena de LEDs está conectada entre los puntos medios del puente designados como VLED+ y VLED GND , respectivamente. La corriente alterna de red eléctrica se aplica al circuito a través de una resistencia limitadora de corriente R5 de tipo PTC, los condensadores conectados en serie C4 y C5 (configurados en conjunto como un condensador no polarizado, CEFF), y la inductancia L1. Del mismo modo, el polo neutro de la red eléctrica está conectado a la tierra del circuito a través de un inductor, L2.
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| Figura 1. Los transistores limitadores de corriente y los diodos encaminan adecuadamente en cada semiciclo de red la corriente a la cadena de LEDs en serie. (Clic en la imagen para ampliarla). |
Durante cada semiciclo positivo, el bus de alimentación de CA (AC power bus) se hace positivo con respecto al bus de tierra (Ground), y el transistor Q1 adquiere la polarización de base adecuada a través de la resistencia R1. Q1 entra en conducción y la corriente fluye a través del diodo D4, el transistor Q1, y la resistencia R3, como se ilustra por la flecha A1, y luego pasa a través de la cadena de LEDs constituida por 12 LEDs de media potencia (LED1 a LED 12, de 0,5 W de potencia nominal) derivándose a tierra a través del diodo D2, como se ilustra por la flecha A2. De una manera similar, durante cada semiciclo negativo el bus de alimentación del circuito se hace negativo con respecto a tierra, y el transistor Q2 adquiere la polarización de base adecuada a través de la resistencia R2. La corriente ahora circula por el diodo D3, el transistor Q2, y la resistencia R4, como se ilustra por la flecha A3, y luego a través de la cadena de LEDs al bus de alimentación a través del diodo D1, como se ilustra por la flecha A4. De esta manera, durante cualquier ciclo completo de red eléctrica, la corriente ILED fluye a través de la cadena de LEDs siempre en la misma dirección, como es de esperar para un puente rectificador de onda completa, pero aquí además el valor de la corriente ILED permanece constante ya que es regulada por los respectivos circuitos interruptores, que funcionan como fuentes de corriente controladas por tensión.
Como las uniones base-emisor de los transistores Q3 y Q4 están conectados a través de las resistencias sensoras de corriente R3 y R4 respectivamente, estos transistores se activan (entran en conducción) cuando la caída de tensión en R3 y R4 aumenta por encima del valor de la tensión base-emisor de Q3 y Q4 respectivamente. En este punto, la tensión de base de Q1 y Q2 cae, despolarizando a Q1 y Q2 respectivamente e interrumpiendo con ello el flujo de corriente a través de dichos transistores durante los respectivos semiciclos de la red de corriente alterna. De esta manera, la corriente que fluye a través de los transistores se mantiene constante y nunca permite que aumente por encima de un valor umbral, valor que se establece eligiendo apropiadamente los valores de R3 y R4. Los transistores Q5 y Q6 limitan la corriente de base de Q1 y Q2 a un valor seguro (alrededor de 150 µA) para asegurar que nunca serán saturados. Parte sustancial de las corrientes de base de Q1 y Q2 se desvían a R3 y R4 por medio de Q5 y Q6 cuando sus respectivas tensiones base-emisor exceden la caída de tensión a través de R6 y R8, conectadas en serie con R1 y R2 respectivamente.
La magnitud de la corriente que fluye en el bus de alimentación del circuito está limitada por la reactancia CEFF (1/2pifCEFF) a la frecuencia de la red y puede ser alterada por la elección apropiada de C4 y C5, los cuales están configurados como un condensador no polar. La reactancia CEFF puede ser sustituida por una resistencia adecuada de alta potencia, de 50 a 200 ohm. Esto último permite mejorar mucho el factor de potencia del circuito, pero a costa de altas pérdidas de potencia en la resistencia de limitación de corriente. R3 y R4 se deben elegir apropiadamente para el valor requerido de corriente constante. D5 protege la cadena de LED de altas tensiones inversas y R5 limita la irrupción de corriente en el encendido del circuito. Los inductores L1 y L2 y el condensador C1 ayudan en la reducción de ruidos electromagnéticos y de radiofrecuencia (EMI/RFI) además de mejorar el factor de potencia. También se puede insertar un varistor de óxido de metal en paralelo con la toma de red eléctrica para proteger el circuito contra transitorios de picos de tensión elevados.
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| Figura 2. VLED+ sin el condensador C2 tiene ondulación (a) ; VLED + con el condensador C2 tiene una ondulación mucho más reducida (b). (Haz clic en la imagen para ampliar). |
En el circuito se emplean 12 LEDs de 0,5 W de potencia nominal que operan con una corriente continua de 120 mA de corriente continua (135 mA RMS), establecida por las resistencias sensoras de corriente R3 y R4, seleccionadas de 1 ohm. Puede, sin embargo, aumentar el número de LEDs a 18, siempre y cuando la tensión que se aplique a través de la cadena de los LEDs sea la suma de las tensiones directas de cada uno de los LEDs (La tensión directa de los LED blancos varía desde 3,3 hasta 4 V). La tensión que aparece a través de la cadena es auto-limitante (en este caso es de alrededor de 42 V) y no requiere ninguna regulación adicional, ya que los LEDs conectados en serie se comportan como diodos Zener de alta potencia cuando funcionan polarizados directamente.
El circuito consume 11,5 W de potencia a 230 V AC rms y muestra un factor de potencia de 0,93 , y sin ningún parpadeo perceptible en los LEDs. Usted puede conectar un condensador opcional de 220 µF, C2, entre VLED+ y VLED GND para suprimir aún más el rizado de la corriente de alimentación de los LEDs, como se muestra en la Figura 2. Como alternativa, usted puede sustituir la cadena de LEDs de media potencia por por seis cadenas conectadas en paralelo de 12-18 LEDs de baja potencia (de 20 mA) y alto brillo. Deberá montar los transistores Q1 y Q2 en disipadores de calor para evitar derivas térmicas.
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Circuito original de Subodh Johri y Prateek Johri (India) |
Ilumine la habitación de su hijo y ayude a desterrar sus temores nocturnos con esta solución de iluminación nocturna simple pero eficiente. Se presenta aquí un interesante circuito de una pequeña lámpara nocturna azul automática alimentada por batería, realizada con un puñado de componentes de bajo costo. El pack de batería compacto dentro de la lámpara de noche se puede recargar con la ayuda de un panel solar pequeño, o utilizando un cargador estándard de viaje para teléfono móvil.
En el circuito de luz nocturna, una célula solar con una tensión pico de salida de aproximadamente 5 V se utiliza para recargar la célula de Li-ion con una tensión de 3,7 V. Cuando se expone a la luz externa diurna, la tensión suministrada por la célula solar alcanza el valor pico típico de alrededor de 5 voltios, por lo que la batería de Li-ion se carga con una corriente segura a través de la resistencia R1 y el diodo D1 conectado en serie. Incluso si el interruptor de encendido/apagado S1 está cerrado, LED1 permanece apagado debido al circuito detector crepuscular realizado con la LDR y T1.
Cuando el nivel de luz ambiental interna cae (si la luz nocturna está en el interior de la habitación por la noche) se abre el transistor T1, y en consecuencia el transistor T2 se cierra (entra en conducción) y conecta el LED de la luz nocturna a la batería a través de la resistencia R3, que establece la corriente que circulará por el LED a un valor seguro. Usted es libre para seleccionar el color de la luz, en el prototipo se empleó un LED azul de 5 mm. La corriente de carga de la batería, así como la corriente del LED se pueden ajustar mediante la adaptación de los valores de R1 y R3 respectivamente. El diodo Zener ZD1 de 1W evita que el valor del nivel de tensión de carga de la batería pueda ser excesivo. Cuando se abre el interruptor S1 evita que la batería se descargue cuando el circuito está en modo de carga, o no está en uso por alguna razón.
En este circuito un MOSFET de canal N (Transistor de Efecto de Campo de Metal-óxido semiconductor) BS170 se utiliza para gobernar LED1. La ventaja de usar un MOSFET es porque tiene muy alta impedancia de entrada en su terminal de puerta (G, gate), lo que significa que requiere una corriente de control muy baja para que actúe, y que tiene en estado de conducción en saturación una muy baja resistencia entre sus terminales drenajor (D, Drain) y fuente (S, Source) denominada "RDS (on)", especialmente cuando funcionan con tensiones de alimentación altas, en comparación con un transistor bipolar ordinario. Mediante la aplicación de una tensión superior a la tensión de umbral Vgs (tensión aplicada entre el terminal de puerta y el de fuente), que es de unos 2 voltios en el caso del BS170, podríamos llevar el MOSFET a su estado de conducción en saturación, y este nivel de tensión puede ser fácilmente proporcionado por el circuito sensor de luz ambiental.
Dado que las baterías de iones de litio deben cargarse siguiendo un régimen cuidadosamente controlado de corriente constante/tensión constante que es única para este tipo de células, la sobrecarga de una célula Li-ion puede causar un daño permanente a la batería o, peor aún, su inestabilidad y un peligro potencial de explosión. En la práctica, se emplean circuitos integrados de gestión de carga lineal de las baterías de Li-Ion para aplicaciones electrónicas portátiles compactas y costosas. No obstante, el sencillo cargador utilizado aquí es suficiente para este pequeño trabajo, y el prototipo está trabajando bien desde hace unas semanas. Los lectores interesados pueden descargar los archivos Gerber (KIDS_LT_GERBER.ZIP) para la placa de circuito impreso de este circuito desde este enlace de descarga (enlace local).
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Circuito publicado por Popescu Marian (Rumanía) en |
Los investigadores predicen que la energía inalámbrica tendrá una importante contribución en el suministro de energía en un futuro próximo. El término "energía inalámbrica" describe el proceso de la transmisión de energía desde una fuente de energía a una carga eléctrica, sin conectores, a través del aire.
La base de un sistema de energía inalámbrica implica dos bobinas: una bobina transmisora y una bobina receptora. La bobina transmisora es activada por una corriente alterna para generar un campo magnético, el cual, a su vez, induce una corriente alterna en la bobina receptora. Para lograr esto, la corriente suministrada por una fuente de corriente continua se convierte en corriente alterna de alta frecuencia gracias a la electrónica incorporada en el transmisor. La corriente alterna energiza una bobina de hilo de cobre en el transmisor, que genera un campo magnético alterno. Una vez que una bobina receptora se coloca dentro del campo magnético generado por la bobina transmisora, éste inducirá una corriente alterna en la bobina receptora.
A continuación, la electrónica del receptor convierte la corriente alterna de nuevo a una corriente continua utilizable. Mucha gente me ha estado preguntando por un proyecto sencillo de transferencia de energía inalámbrica, así que aquí está. Sin embargo, éste no es un diseño eficiente, pero es bueno para pequeñas demostraciones.
El módulo de demostración transmisor es un sencillo circuito analógico autooscilante que convierte la corriente continua en una onda cuadrada de alta frecuencia, la cual conforma la energía que puede ser acoplada a una bobina receptora próxima. El circuito prototipo fue realizado con componentes que tenía por ahí. Las siguientes imágenes muestran el esquema del circuito comprobado, la construcción de las bobinas, y el prototipo del circuito básico. Es cierto que el circuito básico (transmisor) es una mejora del concepto bien conocido por efecto 'Ladrón de Julios' (efecto que permite extraer el máximo de energía de una pila incluso cuando ésta ya está muy descargada), y le permite construir su propio módulo de demostración utilizando piezas baratas y fácilmente disponibles.
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| Datos de las bobinas transmisora (arriba) y receptora (debajo). Realizadas arrolladas al aire 30 espiras de hilo de cobre esmaltado de calibre 30 SWG (Ø = 0,3 mm), la transmisora con toma media, y 6 cm de diámetro del arrollamiento. Encintar los arrollamientos para mantener la integridad de los arrollamientos. |
Después de que usted complete y compruebe su propio prototipo, usted puede realizar una bombilla LED inalámbrica alojando el circuito receptor en una ampolla de bombilla adecuada para un LED, como se muestra a continuación. Tenga en cuenta que también es posible rectificar la salida disponible de la bobina receptora con la ayuda de un puente rectificador constituido por cuatro diodos Schottky de baja corriente (diodos de muy baja caída de tensión en conducción) antes de aplicarla al LED. Está claro que todavía hay mucho trabajo por hacer antes de que este circuito encuentre una verdadera aplicación.
Nota de laboratorio: El máximo alcance de la transferencia inalámbrica de energía del prototipo es de aproximadamente 3 pulgadas (7,5-8 cm) cuando se probó con una pila virgen Duracell de 1,5 V.
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Circuito publicado por T.K. Hareendran (India) en |
Los LED de alta potencia desafían a los ingenieros electrónicos para el diseño de circuitos controladores precisos y eficientes, pero sencillos. Convencionalmente, controlar cadenas de LEDs de alta potencia con una corriente precisa requiere reguladores conmutados dedicados. Realizar un circuito controlador discreto requiere una comprensión de la iluminación LED para obtener un buen controlador no comercial. Esta idea de diseño describe una manera más sencilla e igualmente buena de emplear el omnipresente chip temporizador 555.
En el circuito del convertidor de la Figura 1, los pines 2 y 6 de IC1 se conectan entre sí, lo que permite que el dispositivo se dispare cíclicamente. Por lo tanto, funciona como un oscilador de funcionamiento libre. Durante cada ciclo, el condensador C2 se carga a través de la resistencia de temporización R1 y se descarga a través de la resistencia R2 (a través de IC1). El condensador se carga hasta dos tercios de la tensión de alimentación, el límite superior del comparador interno de IC1, en un tiempo dado por 0,693(R1C2), y se descarga hasta un tercio de la tensión de alimentación, el límite inferior del comparador interno de IC1, en un tiempo dado por 0,693(R2C2). El período de tiempo total de cada ciclo, T, es 0,693(R1+ R2)C2.
Durante el tiempo de encendido, el transistor Q1 conduce y el inductor L1 almacena energía eléctrica de la corriente que circula por él en forma de campo magnético. Cuando se detiene la conducción de Q1, la energía almacenada en L1 se transfiere al condensador C3 a través del diodo Schottky D1.
Puede usar las siguientes ecuaciones para calcular el valor del inductor. La selección de un inductor depende del voltaje de entrada, voltaje de salida, corriente máxima, frecuencia de conmutación y disponibilidad de valores estándar para inductores. Una vez que conozca la inductancia, puede elegir el diodo y el condensador.
El transistor MOSFET Q1 (tipo IRFZ44) determina el ciclo de trabajo (D), de acuerdo con la siguiente ecuación:
donde VINMIN es el voltaje de entrada mínimo, VOUT es el voltaje de salida deseado, y η es la eficiencia del convertidor, estimada en 80%.
La corriente promedio del inductor es:
donde ILAVG es la corriente promedio del inductor e IO es la corriente de salida.
La corriente máxima (de pico) del inductor es:
donde ILPEAK es la corriente máxima del inductor y ΔIL es la variación en la corriente del inductor.
Supongamos que la variación en la corriente del inductor es del 25% sobre la corriente promedio. Puede calcular el inductor L1 con la fórmula:
donde FOSC es la frecuencia del oscilador. La corriente de saturación nominal del inductor debe ser mayor que la corriente máxima ILPEAK.
Para garantizar una iluminación constante, debe monitorear la corriente que circula a través de la cadena de LEDs. La resistencia R3 detecta la corriente de salida de la cadena de LEDs. Si la caída de tensión a través de esta resistencia alcanza el umbral base-emisor del transistor Q2, éste comienza a conducir, y esta conducción reduce el tiempo de encendido del temporizador 555.
La siguiente ecuación establece la corriente de la cadena de LEDs:
donde ILED es la corriente a través de los LEDs y RSENSE es la resistencia de detección (R3).
Para este circuito, los voltajes mínimo y máximo de entrada y salida son 10,5 y 15 V, respectivamente. La tensión y la corriente de la cadena de 6 LEDs de potencia son 21 V y 350 mA, respectivamente.
Este controlador LED de 6 W puede encontrar numerosas aplicaciones, que incluyen iluminación portátil operada por batería, iluminación de jardín accionada por energía solar, iluminación automotriz, faros de bicicleta y luces subacuáticas. El gobierno de cadenas de LED de alta potencia con componentes estándares listos para su uso simplifica su diseño sin sacrificar el rendimiento.
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Idea de diseño de T. A. Babu (profesional de la electrónica desde 1987, Dubai), publicado en: |
Se trata este circuito de una idea de diseño del autor para sustituir una luz de jardín con antiguas bombillas de incandescencia de baja tensión por iluminación LED (actualmente, las bombillas de incandescencia ya casi no se fabrican ni se comercializan). Como "idea de diseño", es un circuito experimental y por tanto sujeto a mejoras.
Mantener luces exteriores de baja tensión iluminadas requiere cierto mantenimiento. Con el tiempo, las bombillas (de incandescencia) se queman y las conexiones se corroen. Los LED HB (Diodos Emisores de Luz de alto brillo) parecen reemplazos aceptables, pero la mayoría solo están disponibles en encapsulados para montaje superficial, que no son propicios para un proyecto para iluminación de un patio trasero. Además, debe construirse un reflector para iluminación escalonada. Los LED de bajo consumo, de encapsulado ordinario, son más atractivos, pero se necesita alguna manera de controlarlos. Hay disponibles numerosos circuitos integrados controladores, pero también suelen estar disponibles para LEDs de montaje superficial. Además, el costo de los componentes puede encarecer el proyecto. El sencillo circuito de dos transistores y dos resistencias mostrado en la Figura 1 proporciona un mejor compromiso para esta aplicación.
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| Figura 1. Un circuito sencillo de dos transistores y dos resistencias es ideal para aplicaciones de iluminación en exteriores. (Clic en la imagen para ampliarla). |
Los dos transistores y las dos resistencias actúan como una sencilla fuente de corriente. La tensión base-emisor de Q1 (o Q3), VBE, se combina con la resistencia R2 (o R4) para ajustar la corriente del LED a aproximadamente 20 mA. En esta aplicación, incluso una tolerancia de ±10% no afecta significativamente el rendimiento del LED. Por lo tanto, solo el valor de R2 es algo crítico.
Las bombillas incandescentes exteriores de 7 y 11 W en esta configuración reciben su alimentación de un temporizador fotoeléctrico que proporciona 12 Vac. El rectificador de puente y el condensador de filtro producen aproximadamente 15 V de CC, suficiente para controlar cuatro LED blancos de alto brillo, cada uno con una caída de tensión en conducción de aproximadamente 3,2 V. Puede ser necesaria una resistencia de valor pequeño, R5 (R6), para descargar parte de la disipación de potencia del transistor de paso principal. Sin embargo, en esta configuración, Q2 (Q4) sólo disipa alrededor de 50 mW, por lo que puede usar solo un hilo de puente para R5 (R6); por lo tanto, en el esquema se muestra con un valor de 0 ohmios. Dos circuitos idénticos en una PCB (placa de circuito impreso) redonda puede gobernar ocho LED, produciendo una salida de luz relativamente consistente usando los LED de 110° de ángulo de apertura de la serie Cree C535A-WJN (Figura 2).
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| Figura 2. Dos circuitos idénticos en una PCB redonda pueden gobernar ocho LED HB, produciendo una salida de luz relativamente constante. |
La red de iluminación (del autor) utiliza dos transformadores de 12 V - 144 W, que probablemente consuma mucha más energía que las nuevas lámparas LED. Una vez que reemplace todas las bombillas con LEDs HB, el consumo de energía debería descender de aproximadamente 200 W a aproximadamente 20 W. Luego, conecte usted las dos cadenas de LEDs y elimine uno de los transformadores. También podría construir una fuente de alimentación eficiente de 120 VCA a 15 VCC en la carcasa del transformador y envíe la corriente continua rectificada (unos 17 V) por el cable en lugar de los 12 VCA.
Deberá utilizar un aerosol de capa transparente para automóviles para sellar todo, para protegerlo de la humedad. Este circuito debería proporcionar más de 10 años de vida útil. La corrosión de los contactos causa problemas de confiabilidad. La corrosión tiende a producirse en el conector al cable principal (de alimentación) y en los casquillos de las bombillas. En lugar de conectar el circuito de LEDs mediante conexión enchufable, puede soldar los cables de alimentación directamente al circuito impreso, dejando el potencial de corrosión en la conexión al cable principal. Eliminando un poco de aislamiento del extremo del cable y soldando los hilos al circuito impreso hace que las conexiones sean más confiables. Recuerde recubrir cada empalme con un poco de sellador RTV (room-temperature-vulcanizing, vulcanizante a temperatura ambiente).
Parece que esta configuración es utilizada por alguna lámpara LED comercial de 1,5 W de potencia.
Esta configuración es más eficaz que emplear una única resistencia limitadora de corriente en cada cadena de LEDs (una única resistencia sólo limita la corriente, pero no la regula), y no se ve casi afectada por variaciones en las caídas de tensión directa en los LEDs con los cambios de temperatura. Además, la función reguladora de los componentes del circuito compensa en buena medida la variación en el brillo de los LEDs debido a la caída de tensión en el cable de alimentación, si éste es largo, hasta el transformador de alimentación de 12 V.
Otro usuario sugiere simplificar el circuito suprimiendo los transistores Q1 y Q3, conectar las bases de Q2 y Q4 entre sí, y polarizarlas con un sencillo circuito de polarización. Otro usuario sugiere suprimir R3 y Q3, y conectar la base de Q4 a la de Q2. En este caso, el valor de R1 deberá reducirse. En este caso, se pierde la realimentación para la regulación de la corriente que circula por la cadena de LEDs controlada por Q4.
Otro usuario indica la necesidad de polarizar las bases de los transistores Q1 y Q3 con una resistencia serie de unos cientos de ohmios, para evitar que, en caso de aumentos de las corrientes (a causa de alguna sobretensión, por ejemplo), la corrientes que circulan por los LEDs encuentren mejor camino a masa a través de la unión B-E de ambos transistores en lugar de las resistencias de 33 ohmios, además de que se perdería el efecto limitador de corriente de los LEDs.
El uso de un sellador RTV típico no parece el más adecuado para una larga duración del circuito electrónico ya que muchos de ellos contienen ácido acético que al evaporarse dentro del recinto cerrado, puede afectar al circuito por corrosión química (hay documentados fallos de circuitos electrónicos causados por este motivo). Es mejor utilizar siliconas típicamente usadas para sellar conexiones y empalmes.
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Idea de diseño de Eliot Johnston, publicado en: |
Esta lámpara LED fue pensada por su autor para prevenir apagones inesperados debido a fallos de la red eléctrica, en según que situaciones. Como le ocurrió con un invitado en su domicilio, cuando a medianoche, estando en el cuarto de baño, sobrevino un apagón de la red eléctrica. Por ello se decidió a reemplazar la bombilla del baño con una fuente de luz LED inteligente, que dispusiera de una fuente de luz de respaldo en caso de corte de red eléctrica. El autor comenta:
El diseño presentado aquí no es nada espectacular, aparte de la idea única. A continuación muestro el esquema de mi primera versión del circuito (v1.0) realizado alrededor de un par de componentes electrónicos económicos.
Lista de componentes
C1: 105 J (100 nF 5%) / 400 V (CBB22)
C2: 47 µF / 63 V
R1, R2: 470 K
R3, R4: 56 ohm
R5: 330 ohm
R6: 10 K
R7: 100 ohm
R8 – R16: 2,2 ohm
PC1: optoacoplador PC817 o equivalente
T1: S8550 o similar (Transistor PNP de baja tensión y pequeña potencia)
B1: Puente rectificador MB10S
BAT: Pila de 9 V (6F22)
S1: Interruptor DPDT (para red eléctrica de CA con mando o palanca no metálica)
LED1 – LED27: LEDs SMD blancos (5630) o LEDs genéricos 5 mm blancos - ver texto
Como puede ver en el esquema de circuito anterior, el frontal del circuito son nueve LED blancos (LED1 – LED9) controlados por la alimentación de red eléctrica alterna de 230 V. Hay varias formas de convertir la tensión CA en la tensión de CC requerida por los LED, incluidas las soluciones de fuente de alimentación de modo conmutado compacto. Sin embargo, aquí se usa una fuente de alimentación sin transformador (capacitiva) porque ofrece una alternativa de bajo costo a los módulos de fuente de alimentación que son algo caros.
Si hay suministro de red disponible, al encender el interruptor de luz se encenderá este grupo de 9 LEDs, como es de esperar. Una parte de la CC de bajo voltaje extraída de la cadena de LED alimenta el fotoacoplador PC817 (PC1), y esto, a su vez, bloquea el siguiente grupo de 18 LED blancos (LED10 – LED27), respaldado por la batería no recargable de 9 V (BAT). En caso de un fallo en la red eléctrica, este segundo grupo de LED se activa e ilumina instantáneamente extrayendo la alimentación de la batería de 9 V a través del transistor controlador S8550 (T1). Tenga en cuenta que el interruptor de encendido/apagado (S1) es común a ambas fuentes de luz LED; es decir, es el interruptor principal de encendido/apagado de la lámpara.
¡Advertencia! Existe peligro de electrocución durante la experimentación con circuitos de suministro de energía capacitivos que se conectan directamente a la red eléctrica. Aunque algunas partes de este circuito están aisladas de la alimentación de red eléctrica de CA, el experimentador/usuario final debe tener mucho cuidado no solo al realizar pruebas, sino también cuando reemplace la batería.
Naturalmente, aquí se prefiere un cajetín no metálico (y resistente al agua) bien aislado para alojar el circuito. Aunque el autor realizó el circuito con componentes convencionales, se recomienda construir su diseño final con componentes SMD en su totalidad. La instalación de la bombilla LED inteligente no debe presentar dificultades indebidas si se siguen las siguientes pautas:
Después de la construcción y comprobación exitosa del circuito, monte en la pared el cajetín con el circuito (vea la idea del gabinete que se muestra a continuación) dentro del cuarto de baño en una ubicación conveniente.
Retire la bombilla de baño existente para reencaminar el suministro de red disponible a la entrada de la lámpara LED inteligente (Puede sustituir el casquillo de la bombilla por un soporte adaptador).
Encienda o conecte la luz del baño existente de manera permanente para que la energía de red eléctrica aparezca en la entrada de la lámpara LED inteligente de forma permanente.
Eso es todo. Ahora puede usar el interruptor de encendido de la lámpara LED inteligente (dispuesto en el cajetín de la lámpara) para controlar la luz de su baño. Tenga cuidado, no use reguladores de luz comunes con esta lámpara.
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| Idea de gabinete para la lámpara, con las dos ventanas para los LEDs y el interruptor de encendido/apagado.. |
El condensador CBB22 (C1) es, de hecho, un condensador de película de polipropileno metalizado (MPF), fabricado con una película de polipropileno metalizado no inductivo con recubrimiento de epoxi azul o rojo. En este circuito deberá utilizar el tipo con sello de resina epoxy roja retardante de llama. La “J” denota su tolerancia ±5%.
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Circuito publicado por T.K. Hareendran (India) en electroschematics.com |
Un método común para gobernar múltiples LEDs de potencia es disponiéndolos en dos cadenas de LEDs paralelas. El circuito de alimentación, un generador de corriente constante, puede proporcionar una tensión de alimentación más baja, pero debe entregar el doble de la corriente que otros métodos de control (para cadenas de LEDs únicas), y adicionalmente se necesita un circuito que reduzca a la mitad la corriente en las dos cadenas, independientemente de los voltajes directos (de conducción directa) de los LEDs. La tolerancia del voltaje directo de los LEDs es tan alta como 20%, y estos voltajes cambian con la temperatura y el envejecimiento de los LEDs.
Un espejo de corriente realiza bien esta tarea. Si un LED se daña, puede provocar una sobrecorriente destructiva. Sin embargo, el espejo de corriente puede proteger parcialmente y de forma segura dos cadenas conectadas en paralelo de cualquier número de LED de potencia de 350 mA frente a estas sobrecorrientes destructivas (Figura 1).
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| Figura 1. Utilizando un espejo de corriente, puede proteger con seguridad dos cadenas conectadas en paralelo de cualquier número de LED de potencia de 350 mA frente a sobrecorrientes destructivas. (Clic en la imagen para ampliarla). |
El circuito puede equilibrar las corrientes entre las cadenas con un error entre ellas de aproximadamente el 2% debido a los voltajes iguales de 0,5 V desarrollados en las resistencias de emisor R1 y R2 de 1,5 ohmios con una tolerancia del 1%. La caída de tensión en la resistencia R3 compensa la diferencia de corriente debido a las caídas de tensión directa de los LEDs y mantiene tanto a Q1 como a Q2 en la región lineal. La caída de tensión total en las cadenas depende de cuántos LEDs forman las dos cadenas.
Sin embargo, si un LED de la cadena 2 falla, no circulará corriente de base en los transistores Q1 y Q2, y dejarán de conducir. Todos los LED en la Cadena 1 tienen protección automática contra sobrecorriente. El circuito no realiza la misma función si falla un LED en la Cadena 1 porque toda la corriente del controlador de 700 mA fluye hacia la Cadena 2, que necesitará algún tipo de protección. Puede resolver este problema añadiendo sólo tres componentes (D1, D2 y Q3, ver Figura 2).
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| Figura 2. Un LED en la Cadena 1 puede fallar porque toda la corriente de 700 mA del controlador de corriente circular por la Cadena 2, por lo que esta necesitará algún tipo de protección. Usted puede resolver este problema añadiendo sólo tres componentes. (Clic en la imagen para ampliarla). |
En operación normal, el transistor Q3 opera en su región lineal con una tensión de colector-emisor de 0,7 V porque los dos diodos D1 y D2 están polarizados en forma directa. La disipación de potencia de Q3 es solo de aproximadamente 0,5 W, y por lo tanto no necesita disipador de calor. La corriente del controlador de 700 mA presente en el colector de Q3 se divide equitativamente entre las dos cadenas de LEDs a través del diodo de gobierno D2, según lo dicta el espejo de corriente. Si un LED en la Cadena 1 falla, el diodo D2 bloquea la corriente de base de Q3, dejando este de conducir. Con ello, la corriente del controlador ya no puede fluir a través de la Cadena 2, protegiendo sus LEDs.
Se debe compensar la caída de tensión de 0,7 V del diodo D2, para ello se aumentará ligeramente el valor de la resistencia R3. Puede adaptar el espejo de corriente para controlar cualquier tipo de LED sin exceder la corriente máxima absoluta tipificada de colector de los tres transistores, que es de 1,5 A para los tipos indicados.
Puede probar el espejo de corriente con cualquier controlador de LEDs de corriente constante de 700 mA, o incluso un regulador de tensión configurado como fuente de corriente, como el regulador LM317 de Texas Instruments. El circuito se sometió a pruebas con un LM317 configurado como fuente de corriente constante de 700 mA y dos cadenas de cinco LEDs cada una.
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Diseño de Luca Bruno (ITIS Hensemberger Monza, Lissone, Italia), publicado en: |
Esta lámpara LED fue pensada por el autor como un proyecto de una pequeña lámpara de luz de jardín/césped que proporcionara una iluminación decente pero sin radiación luminosa hacia el cielo, para contribuir a disminuir la denominada “Contaminación lumínica” del cielo nocturno oscuro. La lamparita debería estar alojada en algún blindaje dispuesto de modo que no permita la emisión de luz hacia el cielo nocturno e incluso hacia los vecinos, es decir, la lámpara ha de emitir su luz hacia el suelo (puede usarse un gabinete de “luz de granero” o un tazón metálico mediano similar para alojar en su interior los LEDs emisores).
Se trata de una lampara realizada con diodos LEDs y unos cuantos componentes baratos, alimentada por una batería que se recarga durante el día gracias a un panel solar, encendiéndose sólo por la noche, cuando la luz solar comienza a apagarse.
El diseño de la lámpara está optimizado para funcionar con un panel solar de 6 V - 3 W ya que el requisito de alimentación de entrada del circuito es una tensión continua no inferior a 5,5 V. Un LED rojo (LED4) es el indicador de entrada de CC (corriente continua) de alimentación mientras que los dos LEDs blancos (LED1 y LED2) funcionan como fuente de luz. La combinación de los transistores T1 y T2 funciona como un interruptor que actúa y controla esos LED blancos cuando la entrada de CC procedente del panel solar no está disponible o cae por debajo de cierto nivel (<3 V), suministrando entonces la batería de 3,7 V de litio-ión (BAT) la alimentación a dichos LEDs.
El LED blanco adicional (LED3) entre T1 y T2 está cableado deliberadamente para evitar la descarga profunda de la batería de ión-litio (BAT). Esta inclusión aquí también permite el uso de baterías de Li-ion baratas y sin protección. De manera similar, el diodo Zener (ZD1) de 4,3 V protege la batería de LI-ion de sobretensiones en la tensión de carga (suministrada por el panel solar) que pudieran producirse en ciertas situaciones.
Tenga en cuenta que hay que considerar dos voltajes al elegir el panel solar: el voltaje de circuito abierto (Voc), que es el voltaje máximo que el panel producirá en vacío (cuando no alimente ninguna carga, sin consumo de corriente eléctrica), y el voltaje del punto de alimentación (Vpp), que es la tensión a la que el panel proporciona la potencia máxima a la carga. Similarmente al voltaje, hay dos valores importantes para la corriente suministrada por el panel. El primero es la corriente de cortocircuito (Isc), que es la cantidad máxima de corriente que puede suministrar un panel (ocurre cuando su salida está en cortocircuito y la tensión de salida del panel cae a cero por el cortocircuito). El segundo es la corriente de punto de potencia (Ipp), que es la corriente suministrada a la tensión del punto de alimentación Vpp, y que corresponde a la potencia máxima del panel entregada a la carga.
Según la International Dark-Sky Association (IDA, Asociación Internacional del Cielo Oscuro), la elección de los LEDs para aplicaciones de iluminación exterior implica una serie de consideraciones y compensaciones. Por ejemplo, IDA recomienda LEDs de color blanco cálido (o blanco filtrado) para minimizar la emisión de luz azul, ya que se sabe que las fuentes de luz de LEDs blancos ricos en radiación azul aumentan el deslumbramiento y comprometen la visión humana, especialmente en lo referido al envejecimiento de los ojos. Y además es probable que la iluminación exterior con fuerte contenido azul empeore la contaminación lumínica del cielo ya que tiene un alcance geográfico significativamente mayor que la iluminación con menor contenido de componente azul.
Además, un accesorio que protege la fuente de luz para minimizar el resplandor es obligatorio para la luz amigable del cielo oscuro. Lo que más me gusta es un gabinete de "luz de granero" totalmente blindado (ver la siguiente figura) para este proyecto.
T1 S8050, BC547 T2 S8550 T3 S8050, BC547 D1 1N4007 D2 1N4007 LED1 8 mm, blanco cálido, 80–100 mA / 3,1-3,3 V LED2 8 mm, blanco cálido, 80–100 mA / 3,1-3,3 V LED3 3 mm, blanco, 20 mA / 3,1-3,3 V (ver texto) LED4 3 mm, rojo , 10 mA / 1,6–1,8 V ZD1 1N4734A , Zéner 4V3 - 1 W R1 15K , 1/4 W (limitadora de brillo de LED1 y LED2) R2 1K5 , 1/4 W C1 100 µF / 16 V SWJ Jumper soldado o interruptor (control on/off del sistema) BAT Batería recargable 3,7-V Li-ion (Nokia BL-5J o similar) DC+ Terminal de conexión positivo DC– Terminal de conexión negativo
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Circuito original de T.K. Hareendran (India), |
Se trata de un regulador de luminosidad para cadenas de LEDs de iluminación, alimentado a tensiones continuas de de 12 o 24 V, y con una capacidad de carga máxima de 8 amperios. Corresponde a un modelo de regulador comercial, y no provoca parpadeo de los LEDs, ni al máximo brillo ni al mínimo brillo.
El circuito regulador usa un chip temporizador 555, un operacional LM358, un regulador de tensión de 5 V y un transistor MOSFET de potencia. El esquema del dimmer es el siguiente:
La alimentación (12 o 24 V) se coenctará a las tomas 1 y 4 de la regleta de conexión X1 (ver esquema), y las cadenas de LEDs a las tomas 2 y 3 de X1.
Como se puede deducir del circuito, el control de la corriente por la cadena de LEDs es regulada mediante modulación PWM (Modulación por ancho de impulso) por el transistor MOSFET (T1), el cual está gobernado por el chip temporizador 555 (IC2), el cual genera la frecuencia para la modulación PWM. Esta frecuencia, inferior a 1 kHz, está determinada por el condensador C2 conectado a las patillas 2 y 6 del 555. La siguiente figura muestra la forma de onda que aparece en la patilla 2 del 555 (medida en el punto de pruebas TP1).
La señal generada es de tipo diente de sierra, y es aplicada a la entrada no inversora del amplificador operacional LM358 (IC3), el cual actúa como comparador de tensión. La señal de diente de sierra es comparada con la tensión de referencia aplicada a la entrada no inversora, regulada mediante el potenciómetro P1. Con esto se consigue a la salida del operacional un tren de impulsos a la frecuencia de la señal generada por el 555, y cuyo cuyo ciclo de trabajo (ancho de impulso respecto al periodo de impulso) es regulado por el potenciómetro P1.
En la siguiente figura se muestra la forma de onda en la patilla 1 del operacional LM358 (IC3) (o en el punto de pruebas TP2), para un ciclo de trabajo (“duty cycle”) del 50%.
Esta señal de ancho de impulso regulable es aplicada al transistor MOSFET de potencia, el cual controla la cadena de LEDs conectada al dimmer. Los LEDs se encenderán y apagarán muy rápidamente, y la intensidad luminosa promedio dependerá del ciclo de trabajo de la señal entregada por IC3. Y como su frecuencia es muy alta, comparada con la frecuencia de red eléctrica, el ojo no notará parpadeo en la luminosidad de los LEDs, incluso en condiciones de mínimo brillo de los LEDs.
En el circuito original se ha empleado un transistor MOSFET de potencia de canal N y nivel lógico, el IPB09N03LA de la firma Infineon Technologies. Según sus hojas de características (“datasheets”), es un transistor MOSFET de muy bajo RDS(on) (8,9 miliohmios en su versión SMD), y valores máximos de VDS = 25 V , e ID = 50 A. Incluye un diodo interno entre drenador y fuente para protección frente a picos de tensión inversa. Cualquier otro transistor MOSFET de canal N que tenga valores de RDS(on), VDS y ID similares, o compatibles con los valores de tensión (24 V máximo) y de carga (8 A máximo) del dimmer, sirve perfectamente.
Dado que el transistor MOSFET puede operar hasta tensiones de 25 V, y que la máxima tensión de entrada del regulador de +5 V (78L05) es de 30 V, este regulador dimmer puede trabajar con tensiones de hasta 24 V, como indica el fabricante del dimmer comercial.
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Circuito original de T.K. Hareendran (India), |
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Circuitos recopilados por Fernando Fernández de Villegas (EB3EMD) |