Corriente constante para un LED de 20 W

¿Alguien puede explicar los circuitos de "corriente constante"?

1. ¿Cuándo son necesarios?
2. ¿Qué pasa sin uno?
3. ¿Cuál es la versión más simple de tal circuito?

Compré unos LED de 20 W en eBay con la intención de hacer una luz de bicicleta. "Simple", pensé, "el LED y la batería de mi computadora portátil son de 11 V CC, así que los conectaré".

Realmente no he intentado esto, pero un amigo de EE sugirió que si lo hago, extraerá demasiada corriente y se agotará, pero no sabía por qué; él no hace electrónica de potencia.

La mayoría de los circuitos de control LED solo tienen una resistencia en serie para controlar la corriente del LED. Esto está bien si el voltaje de suministro es más o menos constante, pero si el voltaje varía, también lo hará la corriente y la luminosidad del LED. Si desea una luminosidad constante , también desea una corriente constante . Esto significa que la resistencia en serie debe variar con la tensión de alimentación. Este es el circuito más simple para ello:

Esta es una fuente de corriente constante dimensionada para 1 mA, que es demasiado pequeña para su aplicación, pero el principio sigue siendo el mismo. El voltaje del emisor base del transistor es de 0.6V, por lo tanto, dado que el zener crea una caída de entre y la base del transistor, permanece 5V para la resistencia. . $V_+$$\dfrac{5V}{5k\Omega} = 1mA$

Si su LED es de 20W a 11V, entonces necesita 1.8A de corriente, así que calcularé los otros componentes para este valor. Reemplace el zener por 3 x 1N4148, esto le da una caída de 0.6V sobre R1 (tres diodos porque usaremos un darlington, que tiene 2 x 0.6V entre la base y el emisor). . El transistor Darlington TIP125 tiene un de 1000, R2 debe ser . Como para el transistor es de 2V, y tiene una caída de voltaje adicional sobre R1 de 0.6V, ¡necesitará una fuente de alimentación de 14V para asegurarse de que haya suficiente para el LED! El Darlington se disipará$R1 = \dfrac{0.6V}{1.8A} = 0.33\Omega / 1W$
$H_{FE}$$\dfrac{10V}{1.8A / 1000} = 5k\Omega$
$V_{CE(SAT)}$
$2V \times 1.8A = 3.6W$, así que tendrás que montarlo en un disipador de calor.

una nota sobre las fuentes de corriente: las fuentes de
corriente son el doble de las fuentes de voltaje, que son más comunes; los usamos todo el tiempo en fuentes de alimentación. Esta dualidad significa que ciertos parámetros son opuestos entre sí.
Mientras que una fuente de voltaje intentará mantener el voltaje en su salida constante independientemente de la carga, una fuente de corriente mantendrá la corriente de salida constante independientemente de la carga. Eso significa que para una fuente de corriente el voltaje de salida variará, como para una fuente de voltaje, la corriente será variable.
Una fuente de voltaje ideal tendrá una impedancia de salida cero, una fuente de corriente ideal tendrá una impedancia de salida infinita. Y mientras que una fuente de voltaje ideal nunca debe estar en cortocircuito porque la corriente irá al infinito, una fuente de corriente ideal nunca debe dejarse abierta, porque el voltaje que determina la corriente establecida irá al infinito.

P = V * I. En su caso para el LED, P = 20 W, V = 11 V y por lo tanto I = 1.82 A.

Para conducir el LED correctamente, deberá limitar la corriente a 1.82 A. (¡también necesitará proporcionar un disipador de calor adecuado ya que 20 W es una gran cantidad de energía para disipar y la mayor parte estará en forma de calor! ! .... Pero eso es otro asunto)

Los diodos, que usan una unión PN, tienen una caída de voltaje directa, en su caso esa caída es de 11 V. Cuando se refieren a la hoja de datos del diodo, incluirán una curva VI, esto relacionará la cantidad de corriente que fluye para un voltaje dado. Cuando examine esta curva, notará que la corriente se dirige hacia el infinito para la caída de voltaje dada. Si permite que esto suceda, su diodo simplemente se quemará.

El método más simple para limitar la corriente es usar una resistencia. V = I * R. Para una caída de voltaje dada, una resistencia fija limitará la corriente a una cantidad fija.

Suponiendo que tiene una batería de 18 V y un LED de 11 V, la diferencia será que 7 V deberán caer a través de la resistencia. Esto está arreglado. También se fija la corriente deseada, de 1.82 A. Al reorganizar la ecuación se obtiene R = V / I => R = 3.8 ohm. Esta resistencia tendrá que ser clasificada a un mínimo de 12 W. ¡Esa es una resistencia grande que se calentará!

Trae el segundo problema: el calor. Con un total de 32 W para disipar, necesitará un disipador de calor serio.

Probablemente pueda eliminar la resistencia y reemplazarla con un circuito de corriente controlado basado en un transistor o mosfets, pero se lo dejaré a otra persona para que responda. ¡El mismo problema de disipación de calor aún puede estar presente dependiendo del diseño del circuito!

Sé que mencionaste que tienes una batería de 11 V y un LED de 11 V. A menos que el LED haya incorporado un circuito limitador de corriente, o la batería lo tenga, será difícil conducirlo al mismo voltaje (dependiendo de la curva VI del diodo) sin un convertidor de refuerzo.

1. Cuando utiliza un dispositivo de alimentación no lineal, como un LED. Otro ejemplo notable son las lámparas de descarga de gas y los láseres.

2. Algo arde o explota. LED o fuente de alimentación. O ambos :-)

3. Para 20W, la única solución razonable es el circuito DC-DC de corriente constante, pero no es simple. La solución más simple es un regulador lineal con un potente transistor BJT, pero esto disipará al menos 10 W de calor. La resistencia simple no le dará corriente lineal, pero es aceptable en casos de baja potencia (digamos para 0.1W).

Si desea un controlador LED de corriente constante simple, en All About Circuits hemos estado diseñando uno .

Sin embargo, solo tiene una potencia de 1W. Probablemente necesite actualizar el fet y el controlador para que funcione a 20W, el fet también necesitará disipador de calor y probablemente necesitará un inductor más grande.

anuncio. 1) Siempre que uses leds de potencia y no quieras que se quemen.

anuncio. 2) La clave es la interdependencia calor-corriente. En resumen, cuando los diodos se calientan, su resistencia dinámica disminuye, lo que conduce a un mayor aumento de la corriente. Una especie de reacción en cadena. Entonces, si no disipa todo el calor, su LED puede quemarse fácilmente.

Otra cosa, desde la perspectiva del usuario final, es que la cantidad de luz emitida por el LED es proporcional a la corriente y la dependencia del voltaje actual es altamente no lineal. Por lo tanto, es mucho más difícil controlar con precisión el brillo controlando el voltaje.

anuncio. 3) La forma más simple, aunque ineficiente de hacerlo es conectar una resistencia en serie que compensará parte de la dependencia negativa de la corriente de calor del LED. Eso es porque para las resistencias, esa dependencia es opuesta en dirección (pero no en forma). Por lo tanto, realmente no tendrá una corriente constante, pero su LED será más seguro. Para pruebas básicas, también puede simplemente agregar un fusible para proteger su LED.