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En esta página se desarrollará un control de leds dispuestos en serie, de manera tal que se pueda disponer de una corriente fija regulable y además que permita el encendido y apagado de los mismos admitiendo la regulación en frecuencia del tiempo de encendido/apagado.

Primer paso: Alimentación de leds

Como primer paso, se debe elegir el método a utilizar para alimentar los leds. Éstos dispositivos son, en su esencia, diodos y como tales deben polarizarse (encontrar un punto de trabajo adecuado = fijar la tensión y corriente que circulan por ellos). Si bien se puede utilizar una fuente de tensión constante, ésto no es recomendable ya que una pequeña variación de tensión puede provocar un gran cambio en la corriente que circule por ellos, pudiendo llevarlos a la destrucción. Lo más recomendable es utilizar las llamadas fuentes de corriente, asegurando una corriente constante de circulación por el dispositivo. Es así que surgen distintas alternativas como los resistores en serie con los leds, limitando la corriente que vaya a circular por ellos. Dicho esto, se debería decidir entonces el método a utilizar para poder alimentarlos asegurando la corriente de circulación. En la siguiente figura puede apreciarse un esquemático indicando el principio básico de alimentación.

Alimentación LEDS

Alimentación LEDS

Fuente de corriente constante

Para lograr una fuente de corriente constante (asegurar la circulación de cierta corriente en el circuito) se puede utilizar el regulador de voltaje variable  LM317. Este integrado ofrece varias ventajas a nivel “diseñador” ya que con sólo un resistor externo puede lograrse la fuente de corriente constante. Si bien puede no ser la opción “óptima” en cuanto a la relación costo-beneficio, para un diseño personalizado y único (sin producción en serie), esta es la mejor opción.

La siguiente figura muestra la asignación de pines del LM317 en su encapsulado TO-220. Cabe destacar que la tensión de salida se encuentra presente en la parte posterior del integrado, además del pin central, lo que debe tenerse en cuenta al momento de agregar un disipador, de ser necesario, ya que el disipador tendrá una tensión positiva en caso de contacto directo con el integrado, una vez montado.

lm317_1

El diagrama de conexiones se muestra a continuación, en la siguiente figura.

Fuente de corriente con LM317

Fuente de corriente con LM317

Segundo paso: Control de intermitencia de leds

Una vez que se logró una alimentación de los leds adecuada, se procede a analizar las alternativas para su debido control. En este caso, se utilizara la técnica de switching en transistores debido a su simple aplicación y economía de los componentes. Para aplicar esta técnica, se utiliza al transistor como llave de encendido y apagado, llevándolo al corte y la saturación. Es necesario crear primero una señal pulsada que permita un nivel de tensión suficiente para saturar la base del transistor. El primer paso entonces será analizar los requerimientos del transistor a utilizar.

Transistor de encendido y apagado

Como los leds estarán dispuestos de manera serie, la corriente que circule por el transistor será la misma que circulará por cada led. Suponiendo que se utilizan leds de alto brillo (este valor debe corroborarse con la hoja de datos del fabricante), la corriente deberá ser de aproximadamente 20 mA. En la siguiente figura pueden apreciarse los datos de los transistores BC54X, que son transistores de uso general, muy utilizados en la mayor parte de los diseños electrónicos (esto significa que se pueden conseguir fácilmente).  Además, debe de tenerse en cuenta que la intermitencia de los leds será a una frecuencia menor a 1Hz (500ms on-off para ciclo de trabajo del 50%) ya que de lo contrario el ojo humano no podrá detectarlo con facilidad y el efecto que se logre en los leds será similar a la disminución del brillo o intensidad lumínica más que intermitencia.

Extracción hoja de datos del transistor BC54X

Extracto de la hoja de datos del transistor BC54X

Como la corriente circulará desde la fuente hacia la masa, el transistor a utilizar es NPN y hará que la “masa” del circuito se “conecte y desconecte” a los leds. El resultado será el encendido y apagado de los leds. En caso de que la corriente sea myaor a 100mA, el transistor deberá ser reemplazado por uno de mayor corriente de colector.

Timer 555

El timer 555 es un circuito de fácil utilización y configuración, altamente utilizado en muchos proyectos. En este caso se utilizará en modo astable, lo que significa que producirá una onda pulsada a la frecuencia que se desee. Mediante un simple potenciómetro o preset es posible regular la frecuencia de la señal pulsada, lo que lo hace un elemento ideal para el control de leds.

555 en modo astable

555 en modo astable

Tercer paso: Armado, verificación y puesta en marcha del circuito

En el siguiente link aparecerá el video que muestra el circuito en funcionamiento con 3 leds en serie (para no complicar la demostración). En caso de requerir varios leds adicionales,  se deberá analizar la caída de voltaje total sumando la caida de voltaje en cada led y así cclcular la fuente necesaria. En el cuarto paso se explicará como.

Video leds intermitentes

Video leds intermitentes

Cuarto paso: Esquemático y cálculos para la reproducción y ajuste del circuito

Como primer paso, se debe tener en cuenta que existe en  este caso un compromiso entre tensión y corriente, es decir: al crear una fuente de corriente, a medida que dicha corriente circule por los leds, hará que la tensión entre el primer led y masa (conexión serie) sea más alta. En el caso de los llamados leds de alto brillo la tensión promedio es de 3,5V con 20mA de corriente. Esto nos permite utilizar una fuente de 15V para 4 leds (3,5 x 4 = 14) con 1V adicional de caída en la fuente de corriente hecha con el LM317 (dato que queda pendiente a verificación). En caso de que se deseen 10 leds en serie, la tensión en la fuente deberá ser de 35V como mínimo. Al ser la corriente tan baja, la potencia de la fuente es también baja (menor costo).  Una posibilidad que puede realizarse utilizando solamente una fuente (transformador + rectificador o fuente de switching)  es poner en paralelo una serie de 10 leds con fuentes de corriente individuales (repetir el circuito realizado y ponerlo en paralelo bajo la misma tensión de fuente). Esto hará que la corriente en cada “rama” de 10 leds sea constante gracias al LM317 y que la fuente entrege la suma de todas las corrientes en paralelo (20mA x cantidad de “ramas”). Por ejemplo, con una fuente de 35V y 100mA se podrá armar un conjunto de 5 “ramas” de 10 leds cada una, lo que alimentará a 50 leds de manera constante. Queda por probar la utilización de una resistencia de control del circuito de la fuente de corriente con LM317 común para todos los LM317. El transistor de encendido/apagado deberá soportar una corriente de colector suficiente para soportar la corriente total (el BC54X soporta hasta 100mA, puede reemplazarse por otro transistor como el 2N2222 que soporta una corriente mayor a 800mA).

Un aspecto importante que no debe pasarse por alto es la tensión diferencia entre entrada y salida del LM317 que no debe superar los 40V (observar hoja de datos). Para el caso de una cantidad de leds importante, como por ejemplo 85, la tensión necesaria será de unos 298V (85 x 3.5). Para estos casos existe una manera de utilizar la tensión de línea (220Vrms) para realizar una fuente que no utiliza transformador para reducir la tensión, sino directamente la tensión de línea. Si bien es posible lograr un circuito con estas características, sólo deben llevarlo a la práctica personas que sepan manejarse con tensiones elevadas sin ningún tipo de protección de la tensión de línea, ya que el mínimo error puede llevar a una catástrofe en la cual no deseo tener responsabilidad. En caso de que quieran investigar más sobre el tema, realizar una búsqueda con las palabras clave “fuente sin transformador”.

EN CONSTRUCCIÓN

7 Comments

  1. intresante página la que nos presentan comentaré con lgunos amigos interesados en estos temas

    gracias

  2. agradeceré me envien más información

    gracias

    • Lo único que falta en este tema es el esquemático final del circuito que se probó con los leds, ¿es eso lo que necesitas o tienes alguna otra pregunta que yo no haya tenido en cuenta? El esquemático lo voy a armar en el transcurso de la semana. Espero tu respuesta. Gracias.

  3. Hola, me parece muy bueno el proyecto, pero el compañero tiene razon. para entenderlo mejor debe tener un diagrama del circuito completo…
    gracias

    • Estoy analizando la manera de transportar todo a un sitio que pueda mantener offline. Paciencia…

  4. ta wena man me ayudo mucho

  5. Excelente!! muchas gracias por la info.


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