048 - Driver LED cu putere mare inventabilă
În acest articol descriu în detaliu cum să construiți un driver pentru LED-uri de mare putere, analizând multe întrebări legate de acest tip de dispozitiv.
Toate articolele pe care le-am publicat până acum pe tema LED-urilor se referă la LED-urile comune cu luminozitate ridicată, adică cele care funcționează cu curenți de 20mA și cu puteri destul de mici, între 0,03 și 0,08 Watt (în funcție de tensiunea caracteristică a fiecăruia model).
După descoperirea materialelor care au făcut posibilă dezvoltarea LED-urilor albe, posibilitatea utilizării lor în iluminat i-a determinat pe producători să dezvolte modele din ce în ce mai puternice în fiecare zi. Deși LED-urile nu sunt încă capabile să înlocuiască lămpile obișnuite în toate cazurile, acest obiectiv este foarte apropiat.
Spot 12V cu un singur led de 5 wați
Din păcate, aceste rezultate obținute nu sunt nedureroase: LED-urile sunt componente foarte delicate și nu sunt foarte rezistente la condiții de lucru neprietenoase. Dorința producătorilor de LED-uri de a oferi o alternativă convenabilă lămpilor cu incandescență îi determină să producă modele care funcționează la limita posibilităților lor.
Prin urmare, atunci când lucrăm cu ei, acordați o atenție deosebită „tratamentului” pe care îl oferim. Există două condiții fundamentale care trebuie luate în considerare: curentul care trece prin led și temperatura pe care o disipează. Spre deosebire de lămpile cu filament care nu suferă în special de temperatură ridicată (filamentul pentru a da lumină trebuie încălzit), în LED-uri, lumina este produsă direct prin trecerea electricității și, prin urmare, căldura este un fenomen secundar și nedorit (ca în cazul tuturor semiconductoarelor ). Temperatura reduce eficiența ledului, îl face să îmbătrânească și un exces al acestuia îl poate deteriora sau reduce viața sa utilă. Amintesc cititorilor că LED-urile nu sunt veșnice, în timp, eficiența lor luminoasă scade progresiv și, în general, este considerat un LED la sfârșitul vieții sale utile atunci când lumina pe care o emite este cu 50% mai mică decât lumina produsă atunci când este nouă. Din fericire, acest lucru se întâmplă după mii de ore de utilizare (în unele cazuri mai mult de 50.000 de ore).
Led de 5 wați
Revenind la subiectul curentului, cu LED-uri comune cu luminozitate ridicată de 20 mA, cel mai simplu și mai ieftin mod de a regla curentul este de a utiliza un rezistor așa cum am văzut în majoritatea articolelor anterioare. Cu LED-uri de putere mai mare, deși dacă în linia teoretică este posibilă continuarea utilizării rezistențelor, există două probleme: prima este puterea în exces (și căldura) care se dezvoltă în rezistențe, a doua problemă se datorează toleranței componentelor și tensiunea de alimentare poate aduce curentul la valori care pot deteriora sau îmbătrâni prematur LED-urile.
Peisajul LED-urilor de mare putere este foarte complex și variabil. Pentru a crește puterea, de multe ori producătorii construiesc LED-uri formate din mai multe LED-uri mai simple plasate pe același substrat (conectate în serie și în paralel). Oricum, cu LED-uri de alimentare simple și tensiune prag între 3V și 3,6V, există două valori de curent utilizate pe scară largă: 300mA și 600mA, vorbim despre LED-uri de 1 Watt și respectiv 2 Watt.
Fără a fi nevoie să știm cum sunt construite, este suficient pentru noi să cunoaștem curentul de care au nevoie și într-un mod mai puțin precis, tensiunea de prag în așa fel încât să folosim o tensiune mai mare, astfel încât ledul să se aprindă.
1 Watt Luxeon Led
În general, există două modalități de a alimenta LED-urile de mare putere: reglarea curentului de serie sau prin utilizarea convertoarelor DC-DC („convertor buck” sau „boost converter” în funcție de configurație). Deși convertoarele DC-DC sunt mult mai eficiente din punct de vedere al performanței (90% sau mai mult), implementarea lor este mai complexă și necesită multe componente care nu sunt atât de ușor de găsit, cum ar fi bobinele care servesc la generarea tensiunii de ieșire. Un alt defect al convertoarelor DC-DC este durata lor de viață utilă, care este adesea mai scurtă în comparație cu LED-urile pe care le furnizează.
Privilegiind pentru moment cea mai ușoară soluție de făcut, în acest articol voi descrie un sistem de primul tip, adică un regulator de curent de serie. Proiectul este foarte simplu și este destinat să fie utilizat în modul independent sau conectat la un sistem de control variabil de tip PWM pe care îl voi descrie într-un articol viitor.
Modelul propus
Regulatoarele de curent pot fi realizate în diferite moduri: cu tranzistoare, cu mosfete de putere sau cu regulatoare de tensiune liniare conectate într-un mod special. Toți folosesc același principiu de funcționare: un rezistor de valoare mică în serie cu ledul (denumit în general șunt) care „măsoară” curentul care trece prin el și controlează circuitul care reglează curentul.
Modelul pe care îl propun folosește un mosfet cu canal N ca regulator, deoarece îl consider cel mai eficient și, în același timp, simplu de făcut. Pentru cei care nu au un mosfet de alimentare cu canal N disponibil în sertarul de componente, poate fi utilizat și un tranzistor de putere NPN, menținând același circuit imprimat. Deși dacă rezultatul este mai puțin eficient, ne poate scoate din necazuri. Circuitul este o sursă tipică de curent constant și este foarte simplu de realizat.