guia calculo led
TRANSCRIPT
[Guia] Cálculos LEDs
Bueno, creo que este tema les va interesar a muchos, aunque hice un copy&paste, el tema es
original mio, debajo dejo la fuente original.
Trataré de explicarlo lo menos técnicamente posible así es mas entendible para todos.
trataré temas como el cálculos, formas de conexión, tipos de leds, caracteristicas, etc
Espero les sea de gran ayuda y sobre todo pasen a leerlo cuando lo necesiten jeje.
¿Que es un LED?
El diodo LED como su nombre lo dice es un diodo pero a diferencia de otros tipo de de diodos,
este emite luz al ser polarizado en forma directa. Hay gran variedad de diodos leds, colores,
formas y tamaño.
El diodo
El diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite el paso de la corriente en
un solo sentido.
Ahora definamos algunos términos que se usarán de acá en adelante:
Polarizar: Se le dice así a la forma en como se aplica corriente al diodo.
Polarización directa: Se dice así cuando se aplica voltaje positivo al terminal positivo del diodo.
Polarización inversa: Se dice así cuando se aplica voltaje positivo al terminal negativo del
diodo.
Anodo: Terminal positivo del diodo
Catodo: Terminal negativo del diodo
Caida de tensión: se dice así a la diferencia de voltaje que hay entre los dos terminales del
diodo. (esto es aplicable a muchas cosas en electrónica)
Bueno, no me voy a extender mucho más en esta parte por ahora, después la completo.
Valores de tensión y corriente de los LEDs.
Los valores expresados en la tabla son los recomendados por el fabricante.
Simbolo electrónico del diodo LED
Ya definido los valores recomendados para la utilización de los LED pasaré a describir las dos
maneras de conectar
los LED y su circuito esquematico.
Resistencia limitadora de corriente: Es la encargada de acondicionar el voltaje y corriente de
una determinada fuente de corriente continua
a los valores necesarios para el correcto funcionamiento del o los LED.
Conexión de un LED
Esta es la forma de conexión comunmente utilizada para conectar pocos LED y se conforma de
un LED y su respectiva resistencia limitadora de corriente.
Conexión en paralelo
Consiste en conectar dos o mas LEDs positivo con positivo y negativo con negativo utilizando
una resistencia limitdora.
Conexión en serie
Esta manera de conectar los LED es la más utilizada en la actualidad devido al crecimiento de
las luminarias de LED. Consiste en conectar un LED a continuación del otro y utilizar la
correspondiente resistencia limitadora de corriente.
Ley de ohm:
La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente
proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su
temperatura se mantenga constante.
I=V/R
Donde
I: Intensidad de la corriente expresada en Amperios.
V: Voltaje expresado en voltios
R: resistencia expresada en ohm
Potencia eléctrica:
Es la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.
P=V*I
Donde
P: Potencia expresada en Watts.
V: Voltaje expresado en voltios
I: Intensidad expresado en amperios
NOTA: No podia omitir estas dos dos cosas ya que son dos de las leyes básicas de la
electrónica y la base para nuestros cálculos.
Bueno ya tenemos todo lo necesario para poder calcular la resistencia limitadora de tensíon
para uno o varios LEDs y para el voltaje que deseemos.
Primero calcularemos el circuito con un diodo led y su resistencia correspondiente,
utilizaremos el LED de alto brillo azul redondo que esta en la table de arriba.
Definamos los datos:
Tensión de alimentación: 12v
Voltaje del LED: 3,1v
Corriente del LED: 20mA
Cantidad de leds: 1
Calculamos la caida de tensión que debe provocar la resistencia para asi tener los 3,1v
necesarios para el led:
Caida de Tensión=Voltaje de la fuente - Voltaje del led => CT= 12v-3,1v
Esto nos da que en la resistencia deben caer 8,9v
Ahora teniendo este dato y utilizanso la ley de ohm calculamos la resistencia necesaria:
R=V/I => R=8,9v/0,020A => R=445ohm
Como este valor de resistencia no se encuentra comercialmente utilizaremos el valor comercial
superior mas cercano,
en este caso usaremos una resistencia de 470ohm. Para terminar esta sección resumiremos la
fórmula de cálculo a:
R=(Vf-Vl) / I
R:resistencia
Vf: Voltaje de la fuente
Vl: Voltaje del led
I: Intensidad del led
Aunque con una resistencia de 1/4w es suficiente igualmente calcularemos cunta potencia va
disipar en forma de calor la resistencia que acabamos de calcular para nuestro LED utilizando
la ecuación de potencia.
Nuestros datos para el cálculo son:
R=470ohm
V= 8,9v
I= 20mA
Notarán que con V y con I ya se puede cálcular la potencia, pero nosotros necesitamos
calcularlo
referente a la resistencia.Sin incursionar en muchos cálculos les dejo la fórmula para calcular
dicha potencia directamente:
P=V2 / R
P: Potencia que disipa nuestra resistencia
V2: Caida de tensión en la resistencia elevado al cuadrado (en el ejemplo es 8,9v)
R: Valor de nuestra resistencia (en el ejemplo es 470ohm)
Ya aclarado esto hacemos el cálculo:
P= (8,9)2 / 470OHM
P= 0,168W (168mW)
Como verán con una resistencia de 1/4W (250mW) nos va comodamente.
Cálculo de LEDs en Paralelo:
Cálcularemos el circuito con 2 diodo led y su resistencia correspondiente,
utilizaremos el LED de alto brillo azul redondo que esta en la table de arriba.
Definamos los datos:
Tensión de alimentación: 12v
Voltaje del LED: 3,1v
Corriente del LED: 20mA
Cantidad de leds: 2
En este tipo de circuito el voltaje que circula por los LEDs es igual para todos, es decir un LED
necesita 3,1v, entonces 2, 4 o 6 conectados en paralelo usaranel mismo voltaje proveido por la
fuente, 3,1v, no así la corriente ya que se necesitara tanta corriente como cantidad de LEDs
agregemos al circuito, en nuestro caso usamos 2 LED y cada uno requiere 20mA, por lo tanto
en el circuito necesitamos 40mA.
Calculamos la caida de tensión que debe provocar la resistencia para asi obtener los 3,1v
necesarios para los led:
Caida de Tensión=Voltaje de la fuente - Voltaje del led => CT= 12v-3,1v
Esto nos da que en la resistencia deben caer 8,9v
Ahora teniendo este dato y utilizanso la ley de ohm calculamos la resistencia necesaria:
R=V/(Il1+Il2) => R=8,9v/0,040A => R=222,5ohm
Donde Il1 y Il2 son las corrientes que necesita cad led (Il1+Il2=20mA+20mA)
Como este valor de resistencia no se encuentra comercialmente utilizaremos el valor comercial
superior mas cercano,
en este caso usaremos una resistencia de 220ohm. Para terminar esta sección resumiremos la
fórmula de cálculo a:
R=(Vf-Vl) / I
R:resistencia
Vf: Voltaje de la fuente
Vl: Voltaje del led
I: Intensidad del led
Aunque con una resistencia de 1/2w es suficiente igualmente calcularemos cunta potencia va
disipar en forma de calor la resistencia que acabamos de calcular para nuestro LED utilizando
la ecuación de potencia.
Nuestros datos para el cálculo son:
R=220ohm
V= 8,9v
I= 40mA
Notarán que con V y con I ya se puede cálcular la potencia, pero nosotros necesitamos
calcularlo
referente a la resistencia.Sin incursionar en muchos cálculos les dejo la fórmula para calcular
dicha potencia directamente:
P=V2 / R
P: Potencia que disipa nuestra resistencia
V2: Caida de tensión en la resistencia elevado al cuadrado (en el ejemplo es 8,9v)
R: Valor de nuestra resistencia (en el ejemplo es 220ohm)
Ya aclarado esto hacemos el cálculo:
P= (8,9)2 / 220OHM
P= 0,360W (360mW)
Como verán con una resistencia de 1/2W (500mW) nos va comodamente, aunque sí debo
aclarar que calienta bastante, esta es una de las razones por la cual se utiliza poco esta
configuración de interconexión de LEDs.
Cálculo de LEDs en serie:
Nada mejor que un ejemplo, así que utilizaremos 2 led redonzos azules de alto brillo.
Datos para armar el circuito y cálcular su correspondiente resistencia limitadora:
Voltaje de alimentación (Va): 12v
Voltaje de cada LED (Vl): 3,1v
Corriente de cada led (Il): 20mA (0,020A)
Cantidad de LEDs: 2
En este tipo de circuito la corriente que circula en los 2 leds conectados en serie es igual,
pero en caso del voltaje no, cuando se conectar LEDs en serie se deben sumar los voltajes de
cada LED para realizar el cálculo, en nuestro caso son 2 led y cada uno se alimenta con 3,1v,
por lo tanto los dos conectados consumiran 6,2v.
Entonces el cálculo de la resistencia nos queda de la siguiente manera:
R= VA-(Vl1+Vl2) / Il => R= 12v-(3,1v+3,1v) / 0,020A
R= 290 ohm (Aunque este no es un valor comercial, seguiré el calculo utilizandolo, el valor
comercial mas cercano es 300 ohm)
Donde Vl1= voltaje del led 1 y Vl2= voltaje del led 2
Procedemos a cálcular la potencia que va disipar nuestra resistencia.
Nuestros datos para el cálculo son:
R=290ohm
V= 5,8v
I= 20mA
Este cálculo es igual para todo los casos, entonces:
P=V2 / R
P: Potencia que disipa nuestra resistencia
V2: Caida de tensión en la resistencia elevado al cuadrado (en el ejemplo es 8,9v)
R: Valor de nuestra resistencia (en el ejemplo es 220ohm)
P= (5,8)2 / 290OHM
P= 0,116W (116mW)
Como verán con una resistencia de 1/4W (250mW) nos re alcanza.
Bueno hasta aquí llego esta guía, aunque tengo que hacer algunas correciones en unas
imagenes, todos los calculos estan correctos.
Cualquier duda me consultan acá o por mp.
Espero les sea de mucha ayuda.
Saludos
Siguiendo la serie de artículos sobre LEDs, esta vez propongo como argumento las tiras
de LEDs de un solo color (monocolor). En otro artículo hablaré de las tiras multicolor o
RGB (rojo, verde y azul).
Existen en comercio una infinidad de modelos de tiras monocolor pero la mayoría
poseen características comunes como por ejemplo la tensión de alimentación de 12V
DC y el consumo de aproximadamente 5 Watt por metro.
Características principales de una tira monocolor genérica
tensión de alimentación: 12V DC
largo de la tira: 5 metros
potencia total: 4,8 Watt por metro
cantidad de LEDs: 60 led por metro
ángulo de luz de los LEDs: 120 grados
colores disponibles: blanco, rojo, verde, amarillo o azul
características de uso: tiras flexibles, autoadhesivas y cortables cada 3 LEDs
En la figura podemos ver el circuito eléctrico de una tira monocolor donde se observa
que los LEDs están conectados en grupos de tres en serie y una resistencia hacia
positivo. Cada grupo después, se conecta en paralelo con la línea de alimentación. Esto
permite de poder cortar las tiras en cualquier punto (pero siempre cada tres led).
El fabricante, para facilitar el corte y la conexión, ha agregado un grupo de islas de
cobre y una línea dibujada de corte cada tres led como se pude observar en la parte baja,
a la derecha de la foto siguiente.
La razón de estos grupos de tres LEDs se debe a que las tiras nacieron especialmente
para su uso en iluminación con LEDs blancos. Como explicado en mis artículos
anteriores, los LEDs blancos necesitan de una tensión de 3,6V entre sus patitas para
funcionar. En el caso de las tiras, los LEDs usados tienen una tensión ligeramente
inferior: 3V. Por lo tanto tres LEDs conectados en serie suman una tensión de:
VtotalLed = Vled * 3 ==> VtotalLed = 3 * 3 = 9V
Por lo tanto, si alimentamos estos tres led en serie con 12V necesitamos una resistencia
en la cual tendría que caer:
Vres = 12V – 9V = 3V
Una caída de tensión en la resistencia tan baja permite de aprovechar al máximo la
potencia que sirve para alimentar la tira (se pierde solamente un 20% de potencia en la
resistencia).
Si se conectaran los led en paralelo y se usase una resistencia para cada uno, la potencia
útil en vez del 80% sería menor del 25% (el resto del 75% se perdería en forma de calor
en las resistencias).
Nuestro razonamiento es válido para los led de alta luminosidad con caída de tensión de
3V. En el caso de led con caídas de tensión entre 1,2V y 1,8V la potencia útil será por el
contrario entre el 30% y el 50%. Por suerte, la mayor parte de los LEDs usados para las
tiras tienen tensiones características entorno a los 3V.
Mas allá de la cuestión ecológica, aprovechar bien la potencia es importante porque las
tiras de led se usan generalmente para iluminar, por lo tanto los consumos son elevados
y a 12V requiere fuentes de alimentación bastante potentes (y costosas).
Como se observa en la fotografía anterior, las resistencias que ha usado el fabricante son
de 150 ohm (151 = 15 + 1 cero = 150 ohm) y por lo tanto la corriente en esta es de:
Ires = Vres / Res ==> Ires = 3V / 150 = 20 mA
Por el hecho que los tres led se encuentran conectados en serie, la corriente en ellos será
igual a la corriente en la resistencia es decir de 20 mA ( 0,02 Amp).
Consumos y tipos de fuentes de alimentación
En el elenco siguiente podemos ver los consumos y la fuentes de alimentación
necesarias para tiras de distintos tamaños.
largo de la tira: 0,5 m
cantidad de led: 30
corriente: 200mA
potencia: 2,4 Watt
fuente de alimentación: 12V 300mA DC
largo de la tira: 1 m
cantidad de led: 60
corriente: 400mA
potencia: 4,8 Watt
fuente de alimentación: 12V 500mA DC
largo de la tira: 2 m
cantidad de led: 120
corriente: 0,8 Amp
potencia: 9,6 Watt
fuente de alimentación: 12V 1 Amp DC
Aunque si es mejor usar un fuente de alimentación estabilizada, una fuente regulada con
una variación de tensión entre 11V y 15V (en base a la carga) funciona bastante bien
porque variaciones de tensión de este orden no dañan los LEDs y no cambian la
luminosidad en modo significativo.
Como medir la tensión característica de un led
Los leds son un invento extraordinario, y más aún cuando, gracias al descubrimiento de
nuevos materiales para su realización, se logró construir los leds azules, los blancos y
toda la nueva gama de alta luminosidad, ideales en un nuevo campo de aplicación: la
iluminación. Como consecuencia de esto, todo el mundo desea usarlos. El problema es
que, mas allá de su extraordinaria difusión, los leds no dejan de ser componentes
electrónicos bastante delicados si no usados correctamente. Este artículo nos explica
como medir la tensión característica de un led sin el riesgo de romperlo, para poder
calcular sucesivamente la resistencia necesaria para su funcionamiento.
La tensión característica de un led depende del tipo y del modelo y puede variar entre
1,2V y 4,5V. Aclaro que la tensión característica de un led no es un valor absoluto
porque varía un poco según la corriente que hacemos pasar por él (como sucede también
con los diodos normales). Por ejemplo, un led blanco con tensión característica de 3,6V
puede bajar hasta 3,4V o aún más si la corriente es elevada. De cualquier manera,
podemos observar que esta variación no es muy grande y por lo tanto podemos
ignorarla cuando hacemos los cálculos de la resistencia.
Para poder medir le tensión característica de un led necesitamos:
el led que queremos medir un tester (analógico o digital) una fuente de alimentación (de 6V o 9V) o una batería de 9V una resistencia de 1000 ohm
En primer lugar debemos identificar cual es el ánodo (positivo) y el cátodo (negativo)
del led, esto es importante porque con una tensión elevada, un led conectado al contrario
puede romperse. En las hojas técnicas del led (datasheet) el valor de tensión inversa
máxima se llama “max. reverse voltage” y podemos observar que en muchos modelos
es realmente bajo. Yo poseo muchos led de alta luminosidad con una tensión inversa
máxima de 5V. Esto quiere decir que si conectamos una pila de 9V a un led polarizada
al contrario, probablemente el led se romperá porque se superaría la tensión inversa
máxima de 5V. Por lo tanto, aconsejo de cuidar este aspecto. Existen dos signos
bastante claros para identificar el cátodo (negativo) de los led que son: la pata negativa
es mas corta y en segundo lugar, en el cuerpo del led el negativo tiene una marca
derecha (ver figura).
Para medir la tensión característica de un led, conectemos provisoriamente la resistencia
de 1000 ohms (1K) al ánodo del led mientras el cátodo lo conectamos al negativo del
alimentador (o batería). Por último conectamos el terminal libre de la resistencia al
positivo del alimentador (o batería). El led debería encenderse. Por último, colocando el
selector del tester en la posición VDC medimos con él la tensión sobre el led.
El valor de 1000 ohm con una alimentación de 6V o 9V nos garantiza que la corriente
que pasará por el led no será nunca excesiva no importa el modelo que usemos. Por
ejemplo, en el peor caso, con un led rojo de 1,2V de tensión y una alimentación de 9V
pasará una corriente de: I = (V-Vled) / R => I = (9V-1,2V) / 1000 = 7,8 mA que es
bastante baja para cualquier tipo de led.
En el pasado, disponer de las hojas técnicas de un componente electrónico era un
privilegio reservado a pocos técnicos mientras que hoy, gracias a Internet, en pocos
segundos podemos encontrarlas y consultarlas directamente online. Por eso, si
conocemos la sigla del led que queremos usar, aconsejo de mirar la información técnica,
especialmente la corriente máxima que el led soporta y la tensión característica. Con
estos dos datos podemos calcular sin problemas la resistencia necesaria.
Después de obtener la tensión característica del led que queremos usar, podemos
calcular el valor de resistencia con la siguiente formula:
R = (V-Vled) / I
Una ultima cosa, aunque si los led no se queman como las lamparitas con filamento, su
rendimiento decae con el tiempo. Un led que funciona en condiciones límites (corriente
y variaciones de temperatura excesivas, etc.) envejecerá mucho mas rápidamente que un
led “relajado”.