Sistemas de LED con resistencias limitadoras y fuentes de alimentación con tensión equivalente

Creado: September 19, 2021
 Worried man at his laptop

La mayoría de mis amigos ingenieros disfrutan de un estilo de vida equilibrado. Sin embargo, algunos de ellos son adictos al trabajo, no ponen límites a su jornada laboral, por lo que son más propensos a sufrir estrés. Sus tipos de vida se asemejan a los de un LED que está conectado directamente a una fuente de alimentación sin resistencia limitadora o a un LED cuya resistencia tiene el valor equivocado. Comienzan muy bien, pero llega un punto en el que comienzan a fallar y, lamentablemente, terminan por quemarse.

En el sector arquitectura es habitual que se utilicen Diodos Emisores de Luz, más conocidos como LED (del inglés Light Emitting Diode) en los modelos arquitectónicos. Curiosamente he detectado que cada vez son más las personas que conectan sus LED directamente a la fuente de alimentación sin una resistencia limitadora. Si bien esto funciona al principio, no es una práctica recomendada debido a que la tensión de la fuente de alimentación coincide con la de los LED. Esta manera de utilizarlos reduce la vida útil de los mismos.

¿Cómo funciona un LED?

Un LED es un dispositivo semiconductor que se fabrica empleando una unión entre silicio tipo P y silicio tipo N, similar a un diodo. Los semiconductores tipo P tienen una mayor concentración de huecos positivos que de electrones. Los semiconductores tipo N, por su parte, tienen una mayor concentración de electrones.

Un diodo estándar solo permite que el flujo de la corriente vaya en una dirección. Al LED se le aplica una polarización directa conectando el silicio tipo P a la terminal positiva de la fuente de alimentación, mientras que el silicio tipo N se conecta a tierra la corriente comienza a fluir cuando el voltaje directo supera la tensión del umbral de la unión P-N. La caída de tensión en un LED siempre es equivalente al voltaje de polarización del LED. Puede variar entre los 1,8 V y los 3,3 V dependiendo del color y del tipo de LED.

Cuando el LED se conecta a una fuente de alimentación con una tensión mayor a su tensión de polarización, se conecta una resistencia limitadora en serie con el LED. Como su propio nombre sugiere, la resistencia limitadora acota la corriente para el LED y regula la diferencia en las caídas de tensión entre el LED y la fuente de alimentación. Por supuesto, es necesario calcular cuál es la resistencia limitadora que se necesita para la placa de circuitos.

¿Cómo elegir la fuente de alimentación adecuada para los LED?

Si bien las fuentes conmutadas normales pueden alimentar con facilidad un sistema de resistencias limitadoras para LED, existen fuentes de alimentación diseñadas específicamente para las aplicaciones con LED. Estas fuentes de alimentación se conocen como excitadores o drivers para los LED y pueden ser de dos tipos: excitadores para los LED de corriente constante y excitadores para los LED de caída de tensión constante.

Un excitador para los LED de corriente constante altera la tensión dentro de cierto rango que garantiza que la salida de corriente se mantiene conforme al valor especificado. Por ejemplo, usted podría utilizar un excitador (driver) de los LED de corriente constante para 100 LED conectados en paralelo con un voltaje directo de 3,3 V y una corriente directa de 10 mA. El excitador debe ser capaz de mantener 1A de manera estable junto con un rango de tensión operativa que coincida con la tensión de polarización del LED. En este caso, no haría falta disponer de una resistencia limitadora.

Un excitador para los LED de caída de tensión constante funciona regulando la caída de voltaje y la ganancia de un valor y relación específicos dentro de un límite de corriente. En el caso de las tiras de LED para iluminación comercial, se instalan resistencias limitantes para minimizar los efectos de la variación en la fuente de tensión. Estas luces LED suelen especificar la tensión a la que operan y también el número de excitadores para los LED de tensión constante que precisan.

LED strips
Elegir la fuente de alimentación correcta para su configuración de LED.

Omitir la resistencia limitadora: ¿vale la pena el riesgo?

Con la gama de excitadores para LED que hay en el mercado muchas empresas optan por usar una fuente conmutada común y corriente. No toman en cuenta los valores de las resistencias en sus instalaciones de LED. Esto se debe a que, soldar manualmente las resistencias a los LED, requiere de trabajo adicional y las fuentes conmutadas son más baratas que los excitadores para LED.

En teoría, puede parecer coherente conectar una tensión de alimentación de 3,3 voltios a cientos de LED con la misma tensión de polarización. Este enfoque puede causar que los LED fallen mucho antes del periodo especificado en sus ciclos de vida. Como resultado, no es de extrañar que estos LED comiencen a parpadear o se quemen a las pocas semanas de haber sido instalados. Esto se debe a que las fuentes conmutadas tienden a tener problemas cuando se trata de lidiar con los picos de tensión de entrada, que es lo que ocurre cuando se encienden. Con el tiempo, esto puede dañar a los LED si no están protegidos por resistencias limitadoras. Alternativamente, los excitadores avanzados para LED tienen funcionalidades que eliminan los problemas de los picos de tensión de entrada y ayudan a evitar el proceso de soldadura manual.

LEDs of different colors
Si se opta por ahorrar costes en vez de seguir las buenas prácticas, algunos de estos preciosos LED comenzarán a parpadear apenas semanas después de su instalación.

Como ingenieros o proveedores de equipos electrónicos que somos, lo mejor que podemos hacer es brindar buenos consejos acerca de cómo entender y gestionar estas situaciones. Sin embargo, al diseñar nuestras propias aplicaciones de LED, ya no hay excusa para no seguir buenas prácticas para alimentar los LED. Cuando le haga falta una buena herramienta de disposición de PCB que incluya todo lo necesario para crear placas de circuitos de alta calidad y de fácil fabricación, la mejor es CircuitMaker. Además de ser un software de diseño de PCB fácil de usar, todos los usuarios de CircuitMaker tienen acceso a un espacio personal de trabajo en la plataforma Altium 365. Usted puede cargar y almacenar sus datos de diseño en la nube y también puede ver fácilmente sus proyectos desde su navegador web en una plataforma segura.

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