Selección de controladores LED para iluminación de alta potencia

Este panel LED de alta potencia necesita un circuito controlador de LED para proporcionar una salida de energía estable.

Siempre recuerdo jugar con LEDs y alimentarlos con una fuente de alimentación de protoboard o una batería. Con LEDs pequeños alimentados a baja tensión/corriente, puedes manejarlos con cualquier fuente de energía. Para LEDs de alta potencia, incluidos los LEDs blancos, tu sistema de iluminación necesita tener una regulación más sofisticada para asegurar que la corriente y la tensión estables se distribuyan en cada LED del sistema.

Aunque podrías construir manualmente un regulador con retroalimentación de varios componentes, es mucho más fácil usar un controlador de LED para controlar tu sistema. Estos componentes están específicamente diseñados para suministrar energía de CC para LEDs con alta eficiencia. Aquí hay algunos consejos para seleccionar controladores de LED para tu próximo sistema de iluminación de alta potencia y algunos componentes de ejemplo que encontrarás en el mercado.

¿Por qué usar un controlador de LED?

Piensa en un controlador de LED como un regulador de potencia integrado específicamente diseñado para suministrar voltaje constante (corriente) con corriente ajustable (voltaje). Para sistemas de iluminación de alta potencia, puedes integrar un controlador de LED para controlar la salida de energía del LED como parte de tu estrategia de regulación. Las etapas reguladoras previas convierten un alto voltaje de entrada (típicamente de la red AC o un alto voltaje de CC) a un nivel de CC más bajo.

Ajustando la salida de energía del controlador de LED, puedes ajustar el brillo de tus LEDs. Los controladores de LED de alta potencia suelen estar disponibles como componentes de montaje superficial con una almohadilla expuesta para la disipación de calor en tu sustrato. Para el control de atenuación, algunos controladores de LED son programables internamente con un puerto de E/S, mientras que otros usan atenuación PWM en un controlador MOSFET para controlar la salida de energía (similar a un regulador conmutado).

Atenuación PWM

Un método popular para ajustar el brillo en una cadena de LEDs es usar una señal PWM. El diagrama a continuación muestra cómo usar un MCU para la atenuación PWM. En este ejemplo, la resistencia de 50 kOhm en el MOSFET de salida crea un bucle de retroalimentación para proporcionar una salida de alto voltaje/corriente para los LEDs aguas abajo. Nota que, en esta disposición, estamos viendo LEDs blancos en paralelo, aunque la implementación en serie es común. Usar un MCU permite al usuario controlar la salida de energía ajustando el ciclo de trabajo del PWM. Esto se puede hacer basado en una lectura de sensor (por ejemplo, un sensor de temperatura) o usando alguna entrada del usuario.

Ejemplo de conducción de cadenas de LED en paralelo con una señal PWM de un MCU.

En este ejemplo, el controlador de LED actúa como un regulador de corriente en paralelo, mientras que la señal PWM y el MOSFET encienden y apagan los LEDs cerca del voltaje directo a la frecuencia de conmutación. La potencia media es entonces proporcional linealmente al ciclo de trabajo de la señal PWM. También puedes añadir una resistencia limitadora de corriente de alta potencia en cada pata (algunos módulos de LED ya incluyen esto) para prevenir la sobrealimentación durante la conmutación.

El ejemplo anterior es muy útil ya que el diseñador puede programar múltiples configuraciones de potencia en el MCU. Tampoco necesitas un MCU costoso para esta aplicación. Recientemente utilicé un simple MCU ATTiny de 8 bits y almacené múltiples configuraciones de PWM en la EEPROM, las cuales podrían ser alternadas por el usuario con un botón de presión.

Una vez que hayas decidido la mejor manera de regular la potencia de salida y proporcionar atenuación (si se desea), es hora de elegir un controlador que suministre la potencia que tu sistema de iluminación necesita.

Consejos para Elegir Controladores de LED

Los controladores de LED tienen una gama de topologías que imitan a los reguladores de potencia estándar, pero pueden incluir otras funciones como programabilidad, retroalimentación de sensado de corriente para regulación y detección de temperatura. Para los controladores de LED de alta potencia, aquí están las especificaciones importantes a considerar.

• Voltaje y corriente de salida. Para que el LED se encienda, la potencia de salida necesita estar en o por encima del voltaje directo y la corriente directa del diodo. Algunos controladores de LED actuarán como convertidores reductores o elevadores que salen en o por encima del voltaje DC directo con una corriente específica, proporcionando así la potencia de salida deseada.

• Salida en serie vs. paralelo. Los controladores de LED más pequeños pueden tener solo una salida a alto voltaje y corriente fija, lo que permite que una cadena de LEDs sea conducida en serie. Los controladores de LED con múltiples salidas (ver arriba) generalmente están destinados para uso en paralelo.

• PWM integrado vs. externo. Algunos controladores de LED incluirán un generador de PWM y suministrarán la señal directamente a un MOSFET.

• Eficiencia de potencia. Para sistemas de alta potencia, este es un punto importante ya que determina cuánta potencia se pierde como calor.

Con respecto al segundo punto mencionado arriba, siempre podrías sacar múltiples cadenas de LED en paralelo, donde cada cadena contiene múltiples cadenas de LED en serie. Presta atención al voltaje directo total y la corriente que se emite ya que esto determinará cuántas cadenas en serie/paralelo puedes usar en tu sistema de iluminación.

Aquí hay algunos ejemplos de controladores de LED que puedes usar en tu sistema de iluminación de alta potencia.

NXP Semiconductors, SSL5015TE

El controlador de LED SSL5015TE de NXP Semiconductors es uno de los controladores de LED de alta tensión/baja corriente más nuevos en el mercado para sistemas de iluminación que requieren conexión a la red de CA rectificada. Este componente incluye un regulador interno y un JFET para una salida de alta tensión de hasta 300 V y 2 A. También incluye un pin para un termistor NTC para protección térmica, o este pin puede ser utilizado con una señal PWM externa para alternar la corriente de salida y proporcionar atenuación. Debido a que el voltaje de salida es tan alto, es mejor usar este controlador para una cadena de LEDs que requiere baja corriente directa en serie. El diagrama de aplicación a continuación muestra un circuito típico de controlador de LED que involucra este componente.

Diagrama de aplicación de ejemplo, del datasheet de SSL5015TE.

Diodes Inc., AL8843QSP

El controlador LED AL8843QSP de Diodes Inc. es un controlador LED en modo buck de CC-CC clasificado para iluminación automotriz. Este componente puede aceptar entradas que van de 4.5 a 40 V y ofrece salidas de hasta 3 A (97% de eficiencia) con un MOSFET integrado. El atenuado puede ser controlado con una señal de CC externa o una señal PWM (hasta 1 MHz) en el pin CTRL. Este componente también incluye protección contra cortocircuitos para LEDs de alta potencia.

Circuito de aplicación para LEDs en serie, del datasheet de AL8843QSP.

Analog Devices, LT3744

El controlador LED LT3744 de Analog Devices (Linear Technology) proporciona un voltaje moderado (36 V) y una salida de alta corriente (20 A DC, 40 A en pulsos). Estos niveles de salida hacen de este componente una opción para cadenas mixtas de LEDs de alta potencia en serie/paralelo. El atenuado se controla mediante una combinación de 3 señales PWM externas, que luego se alimentan a un MOSFET de alta potencia externo. También acepta un amplio rango de voltaje de entrada (3.3 V a 36 V), lo que lo hace flexible para sistemas de iluminación pequeños y grandes.

Circuito de aplicación de controlador LED para un proyector con gráfico mostrando el control de atenuación PWM, del datasheet de LT3744.

Ya sea que estés diseñando un sistema de iluminación de alta potencia, necesitas seleccionar controladores LED, FETs y pasivos que aseguren una salida de potencia estable y seguridad. Cuando busques componentes para tu próximo sistema de iluminación de alta potencia, intenta usar la búsqueda de componentes y filtros de Octopart.

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