Cálculos LEDs

¿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.