¿No se desperdicia mucha energía usando resistencias en serie con los LEDs todo el tiempo?

Question

Llevaba tiempo preguntándome por qué en los esquemas que utilizan LEDs para la iluminación es muy común poner una resistencia que acompañe al LED, y finalmente parece que la respuesta en esta pregunta explica por qué. (Es la forma más fácil de controlar la corriente que pasa por el LED para evitar que se queme).

Pero aún así, ¿no es un gran problema? ¿No se desperdicia mucha energía con esas resistencias y no hay ninguna otra solución práctica?

¿Existe algún cálculo razonable que pueda proporcionar algunas cifras que muestren la cantidad de energía que se pierde por el calor de las resistencias en una aplicación típica de iluminación? Según las respuestas, parece que la pérdida de energía es tan pequeña que no importa. ¿Cómo se puede demostrar esto con números reales?

Answer 1

Sí, gasta energía, pero la mayoría de las veces no es suficiente para que importe.

En los casos en que la eficacia es importante, se utilizan otros medios más complicados. Por ejemplo, echa un vistazo a la esquema para mi KnurdLight proyecto de ejemplo. Esto funciona con pilas y casi toda la energía va a los LEDs. En este caso he utilizado un convertidor boost que regula directamente la corriente de los LEDs en lugar de una fuente de alimentación normal que regula la tensión. No hay resistencias en serie para hacer que un suministro de voltaje fijo parezca al menos parcialmente una fuente de corriente porque la fuente de alimentación es una fuente de corriente en primer lugar. R6 está en serie con la cadena de LEDs, pero es sólo de 30 Ω y sirve para detectar la corriente para que el convertidor boost pueda regularla.

Answer 2

¿Por qué las resistencias?

La razón por la que usamos resistencias para ajustar la corriente del LED es que un LED es un diodo, y como la mayoría de los diodos, sólo parece una caída de tensión cuando está polarizado hacia delante. Hay muy poco para controlar la corriente si se conecta a una fuente de voltaje; la pendiente del gráfico V/I es tan pronunciada que un cambio de 0,1 V en el voltaje del diodo podría significar un cambio 10 veces mayor en la corriente. Por lo tanto, una conexión directa a una fuente de alimentación sin un mecanismo de limitación de corriente que funcione, probablemente destruirá el LED. Así que pusimos una resistencia para que la pendiente fuera lo suficientemente baja como para controlar la corriente.

Normalmente, se calcula la cantidad de corriente que se desea en el LED basándose en alguna medida de luminosidad de la hoja de datos, o se compra uno y se adivina. Para los LEDs indicadores típicos, empiezo con 2 mA para los normales o 0,5 mA para los de alta eficiencia, y normalmente tengo que reducir más la corriente.

Una vez que elijas una corriente, toma eso, el voltaje de tu fuente (VS), y el voltaje delantero de tu LED en tu corriente (VF, trata de obtener esto de la gráfica en la hoja de datos en lugar de la tabla, que típicamente se caracteriza a 10 mA o más), e introdúcelos en la siguiente ecuación para obtener tu resistencia:

R = (VS - VF) / I

Derivación: Dado que la caída de tensión a través de la resistencia es VR = I * R (Ley de Ohm), que la corriente en la espira es constante (Ley de la corriente de Kirchoff), y que la tensión de la fuente es igual a VF + VR (Ley de la tensión de Kirchoff):

VS = VF + VR = VF + I * R; VS - VF = I * R; R = (VS - VF) / I

LEDs de alta potencia

Para las aplicaciones en las que el derroche de energía es un problema, como en las aplicaciones de iluminación a gran escala, no se utiliza una resistencia, sino un regulador de corriente para ajustar la corriente del LED.

Estos reguladores de corriente funcionan como los reguladores de tensión de conmutación, salvo que en lugar de dividir la tensión de salida y compararla con una referencia y ajustar la salida, utilizan un elemento de detección de corriente (transformador de detección de corriente o resistencia de bajo valor) para generar la tensión que se compara con la referencia. Esto puede conseguir mucha eficiencia, dependiendo de la pérdida del elemento de conmutación y de la frecuencia de conmutación. (Las frecuencias más altas reaccionan más rápido y utilizan componentes más pequeños, pero son menos eficientes).

Answer 3

Cuando se acciona un LED con una resistencia, es necesario que la tensión de alimentación sea superior a la caída de avance del LED; la corriente extraída de la alimentación será igual a la corriente que pasa por el LED. El porcentaje de potencia de alimentación que va al LED corresponderá a la relación entre la tensión de avance del LED y la tensión de alimentación.

Existen otras formas de controlar los LEDs que funcionan con tensiones de alimentación inferiores a la caída de avance del LED, o que consumen menos corriente de la que hacen pasar al LED. Estas técnicas pueden, por ejemplo, reducir a la mitad la corriente extraída de una fuente de 5 voltios para alimentar 20mA a través de un LED de 2 voltios, pero el circuito requerido será casi seguro más caro que una resistencia. En muchas situaciones, incluso cuando funciona con baterías, la energía consumida por un LED representará una pequeña fracción del uso total de energía; incluso si se pudiera reducir el consumo de energía relacionado con el LED en un 99% utilizando sólo 0,05 dólares de circuitos adicionales, el ahorro no valdría la pena si se compara con el simple uso de una resistencia y la aceptación de la eficiencia subóptima.

Answer 4

Querías un cálculo. Aquí está la forma básica del cálculo.

Un LED rojo típico tiene una caída de tensión directa de 1.8 V y una corriente continua máxima de alrededor de 20 mA .

¿Cuál es nuestro voltaje? Digamos que queremos usar una fuente de 3 V.

Así que tendremos una caída de tensión de 3.0 V - 1.8 V = 1.2 V sobre nuestra resistencia. La corriente a través de la resistencia será 20 mA , por lo que nuestro poder es 1.2 V * 20 mA = 24 mW . Eso no es realmente mucha energía, aunque es una fracción significativa del consumo de energía del LED. El propio LED utiliza 1.8V * 20mA = 36 mW.

Answer 5

Sí, desperdicia energía. Por otro lado, en la producción en serie, una resistencia costará una fracción de céntimo (0,01 dólares para nuestra gente internacional). Cuando se hace el análisis de coste/beneficio/dificultad, una simple resistencia empieza a ser realmente bonita.