Introducción

En este post publico todos mis artículos anteriores sobre los LEDs. Agrego también una parte nueva llamada "Variaciones sobre el tema" que he publicado recientemente en mi blog.

El tema LED es apasionante y me quedan en el tintero muchas cosas para decir que publicaré en futuros posts. Naturalmente se agradecen vuestros comentarios.


Conceptos básicos

Uno de los problemas clásicos cuando se conecta un LED es calcular el valor de la resistencia. Sin resistencia el LED se quema por exceso de corriente. Hoy en día, los LEDs comunes son muy eficientes y por lo tanto la corriente necesaria para encenderlos es bastante baja: 5mA o menos para los LEDs indicadores y 20mA para los LEDs de alta luminosidad. Los LEDs son relativamente tolerantes en materia de corriente por lo que se puede variar entre 5mA y 15mA para los indicadores y entre 15mA y 30mA para los de alta luminosidad (entre estos últimos los blancos y los azules).


Como se usan los LEDs


La formula para calcular la resistencia se obtiene de la ley de Ohm y es la siguiente:

R = (V - Vled) / I

donde:

R = resistencia
V = tensión de alimentación
Vled = tensión típica del LED (cambia según el modelo)
I: corriente que pasa por el LED


Por ejemplo, si tenemos un LED rojo alimentado con 12V y hacemos pasar una corriente de 5mA:

R = (12V - 1,2V) / 5mA = 2.160 ohm
(usando valores estándar de las resistencias: 2.200 ohm)

Para simplificar los cálculos, he preparado dos tablas donde podemos encontrar los valores de resistencia necesarios con distintos tipos de LEDs y distintas tensiones de alimentación.


tecnología


Como podemos observar en las dos tablas no obstante la caída de tensión típica de los LEDs es distinta para los verdes, amarillos y rojos, esta variación es poco significativa y por lo tanto podemos usar los mismos valores de resistencia. Esto no es así con los LEDs blancos y los azules de alta luminosidad ya que en estos últimos la caída de tensión es bastante alta (3,7V).


Electrónica


La relativa tolerancia de corriente de los LEDs nos permite usar valores genéricos de resistencia (ad excepción de los LEDs rojos de alta luminosidad alimentados con 5V) :

Para los indicadores:

5V => 680 ohm, 12V => 2K2

Para los LEDs de alta luminosidad (incluidos los rojos):

12V => 390 ohm, 5V = 68 ohm (led azules y blancos) y 5V = 180 ohm (rojos)



Conectemos un LED a 220V

led
Ahora explico como conectar un LED directamente a la red eléctrica. La tensión de red de 220V AC tiene dos características que se deben considerar cuando usamos LEDs: la primera es la elevada tensión, la segunda es el cambio de polaridad 50 veces por segundo (en algunos países 60 veces por segundo). El problema es que los LEDs funcionan solo con una polaridad, es mas, si aplicamos una tensión elevada con la polaridad opuesta, estos se rompen.


leds


En la figura muestro una parte de hoja técnica (datasheet) de un clásico LED rojo de 5mm de diámetro donde podemos observar claramente la máxima tensión inversa (reverse voltage) que el LED resiste: 5V, realmente muy baja. Por lo tanto, en el semiciclo de la tensión alternada en el cual el led se encuentra polarizado en directa este último conduce y se enciende mientras en el semiciclo siguiente el LED se polariza en inversa y como consecuencia se rompe.

La solución mas simple para evitar este problema consiste en conectar en paralelo con el LED un diodo común. Este último conduce cuando el LED no lo hace, manteniendo la tensión en las patitas del led muy baja (cuando un diodo normal de silicio conduce la tensión entre sus patitas es de 0,6V). Por lo tanto en un semiciclo conduce el LED mientras que en el otro conduce el diodo. Una cosa interesante de esta configuración es que los dos componentes se ayudan entre si porque el diodo “protege al LED” per también el LED protege al diodo (cuando este último no conduce). Esto nos permite de usar un diodo rectificador de cualquier tipo (inclusive diodos con tensión inversa menor de 220V).


proyectos


Un defecto de la configuración propuesta es que el LED se enciende la mitad del tiempo y por lo tanto la luminosidad no será máxima pero suficiente para aplicaciones de señalación.

La formula para calcular le resistencia es:

R = V / I
R = (Vac - Vled) / I



En nuestro caso, debido a que la tensión de alimentación (Vac = 220V) es mucho mayor que la tensión característica del LED (Vled entre 1,2V y 3,7V) esta ultima podemos no considerarla en nuestra fórmula porque despreciable. La ventaja de esto (mas allá de simplificar la fórmula) e que nos permite conectar cualquier tipo de led sin deber modificar el valor de la resistencia. Por lo tanto, con una corriente de LED de 10mA obtenemos:

R = Vac / I
R = 220V / 0,01Amp
R = 22.000 ohm (22K)


La potencia disipada por la resistencia es elevada por lo tanto es oportuno calcularla:

P = I * I * R
P = 10mA * 10mA * 22.000 ohms
P = 2,2 Watt


Nos conviene usar una de 3 Watt para estar tranquilos.


diy


No obstante el consumo de nuestro circuito es relativamente bajo (2,2W), casi la totalidad de la potencia se disipa en la resistencia en forma di calor y una parte casi insignificante como luz en el LED.


Variaciones sobre el tema

Hemos visto que para proteger el led contra la tensión inversa se usa un diodo rectificador polarizado inversamente respecto al LED. De esta manera, durante el semiciclo negativo, la corriente pasa por el diodo en vez que por el LED. Por lo tanto, non obstante, el led se enciende solo la mitad del tiempo, la corriente pasa por la resistencia en ambos semiciclos. Propongo dos variaciones al circuito original: la primera consiste en reemplazar el diodo rectificador por otro led para aprovechar el semiciclo negativo que no usábamos.


circuito


La segunda variación, partiendo del circuito con un led original consiste en agregar un segundo diodo rectificador en serie para interrumpir la corriente en el semiciclo negativo y por lo tanto lograr disminuir la potencia de la resistencia.


Como se usan los LEDs


Recuerdo que el diodo en paralelo con el led es necesario para evitar que la tensión inversa dañe el LED. Esto vale también si agregamos el segundo led en serie. Con esta solución, la potencia sobre la resistencia serà de 1,1 Watt por lo tanto podemos usar una de 2 Watt para estar tranquilos.


Conectemos muchos LEDs a 220V


tecnología


El ejemplo que propongo es el de 30 LEDs blancos conectados en serie. Cambiando solamente el valor de la resistencia podemos poner mas o menos LEDs. Este proyecto es útil por ejemplo para aplicaciones de iluminación.

Una cosa curiosa es que si aumentamos la cantidad de leds conectados al circuito, este consume lo mismo, porque el aumento de potencia en los leds agregados se compensa con la disminución de la potencia disipada por la resistencia. Por lo tanto, mas LEDs conectados, mas eficiente es el circuito.
Como nuestro objetivo es usar los leds para iluminar, nos conviene que estos se enciendan en los dos semiciclos, por lo tanto es necesario rectificar la tensión de red a través de un puente rectificador de diodos. Podemos usar uno ya hecho o construirlo nosotros con 4 diodos rectificadores comunes (tipo 1N4007 o equivalentes).


Electrónica


A diferencia de los ejemplos anteriores (que usaban un solo LED) en este caso, la caída de tensión en los LEDs es muy importante para el cálculo del valor de la resistencia. Y como la caída de tensión en los leds depende del tipo usado, es necesario primero elegir el tipo de LED y después obtener el valor de tensión del mismo a través de las hojas técnica del fabricante o midiéndolo directamente como explicado en mi artículo "como medir la tensión de un led". En nuestro ejemplo tenemos 30 LEDs blancos de 3,6V de caída en cada uno. Para obtener una buena luz optamos por una corriente aproximada de 20mA. La formula resultante será:

R = (Vac - (Vled * NumLEDs)) / I
R = (220V - (3,6V * 30)) / 20mA
R= 5.600 ohm (5,6K)


Como la caída de tensión en los diodos rectificadores es muy baja respecto a la de los leds, podemos no considerarla para simplificar la formula. Ahora calculamos la potencia de la resistencia:

P = I * I * R
P = 20mA * 20mA * 5.600 ohm
P = 2,24 Watt


Podemos observar que la potencia disipada en la resistencia es elevada y por lo tanto, esta debe ser de por lo menos 3 Watt para estar tranquilos.

Lógicamente, existe un límite en la cantidad de led en serie que podemos conectar. En al caso del los led blancos de nuestro ejemplo es aproximadamente de 50 LEDs. Si conectáramos muchos mas, la suma de la tensiones de cada LED superarían la tensión de red y los LEDs no se encenderían.

Por otro lado se presenta un problema cuando los leds son numerosos y es que la tolerancia en la caída de tensión de los led crea un error acumulativo en la fórmula y la corriente real del circuito podría ser distinta de la calculada. Si tenemos necesidad de conectar muchos LED (mas de 30) aconsejo de conectar un valor de resistencia mas elevado respecto al calculado, medir con un tester la tensión en la resistencia para verificar que la corriente real sea como la calculada usando la fórmula:

Ires = Vres / Res

In base al resultado podemos bajar o subir el valore de resistencia para obtener la corriente deseada.

¡Atención!: trabajar directamente con 220V es muy peligroso. No tocar ninguna parte del circuito cuando este se encuentra conectado a la red eléctrica.

Fuente (mi blog): www.inventable.eu

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