Lavorando di recente su un progetto ho riscontrato un problema solo con la mancanza di parti a disposizione e con il desiderio di semplificare il progetto per evitare di cercare parti di montaggio complesse.
Il progetto a cui mi sto dedicando è piuttosto semplice, una lampada USB da 5 V da utilizzare con un accumulatore USB che chiunque può trasportare al giorno d'oggi o basato su una fonte di alimentazione USB come Artesyn DCH5. So di poter utilizzare facilmente un solo LED fintantoché la caduta di tensione diretta rimane nell'intervallo di 5 V, ma volevo aggiungere un po' di sfida e volevo aggiungere abbastanza luce da poter leggere un libro o montare una tenda in campeggio, quindi ho impostato i progetti per quattro LED.
Di solito, quando si aggiungono più LED in un sistema e si vuole che funzionino in serie, questo permette una corrente coerente in ogni LED in maniera che abbiano un'illuminazione più uniforme e impedisce che un LED monopolizzi la corrente e si bruci, ma questa impostazione è anche la causa del fatto che la caduta di tensione diretta dei LED raggiunge e supera rapidamente la fonte di 5 V che ho a disposizione. Possono essere utilizzati LED con una tensione diretta inferiore (qualcosa come 1,2 Vf), ma è molto difficile trovare una tensione diretta simile in un LED dello spettro visibile, tanto meno in uno bianco. I LED che ho a disposizione hanno una tensione diretta di circa 3,2 Vf, il che significa che se ne utilizzo quattro, come pensavo, non funzioneranno in serie
Puoi utilizzare una tensione diretta superiore a quella supportata dalla fonte se utilizzi un driver boost LED come il Linear Tech LT3491. Ce ne sono davvero pochi che prendono una fonte da 5 V e la spingono a più di 20 V, ma speravo di evitare di aggiungere un circuito integrato a questo semplicissimo progetto. I LED che utilizzo sono molto simili alla famiglia di parti CREE C513A ma ho una variante dal diametro di 3 mm.
Confronto tra in parallelo e in serie
Non volendo utilizzare un driver boost, non mi restava che collegare i LED in parallelo. Collegare i LED in parallelo permette di mantenere una tensione diretta inferiore, perché i voltaggi non si sommano in parallelo, ma si aumenta l'assorbimento della fonte di corrente per mantenere una potenza generale simile. Quando colleghi i LED in parallelo possono capitare situazioni in cui le resistenze interne dei LED non sono abbinate. Una resistenza interna non abbinata comporterà che un LED monopolizzi la corrente della fonte di alimentazione, perché la potenza andrà verso la resistenza minore. Monopolizzando l'energia, il LED avrà una durata inferiore e potrebbe fondere molto rapidamente o immediatamente.
Un modo per evitarlo è quello di controllare i LED prima di utilizzarli e abbinarli per valori interni. Per abbinare le parti o farle corrispondere a quelle più simili a loro, utilizza una fonte di alimentazione a corrente continua e un buon multimetro. Per i LED a disposizione sapevo di aver programmato di utilizzarli ai loro 20 mA nominali, quindi ho fissato la mia fonte di corrente a quella soglia e ho impostato un limite di tensione a 3,6 V perché le parti non dovevano superarlo. Aggancia il multimetro agli stessi punti positivi e negativi del led dell'alimentatore per misurare la tensione con precisione e risoluzione. Una volta acceso l'alimentatore a corrente continua, il LED dovrebbe illuminarsi e l'alimentatore regolerà la tensione del LED in base a quella richiesta. Il LED è un diodo, il che significa che le sue caratteristiche impiegheranno un po' a riscaldarsi, quindi ho atteso che la tensione d'uscita si stabilizzasse in un valore coerente. Ho scritto su un foglio le parti che ho testato e i valori risultanti dai test. Ho selezionato i 4 LED con le tensioni stabili più vicine ai 20 mA. Per semplificare l'intero processo, alcuni fornitori, come Cree ad esempio, offrono di abbinare le parti per tensione diretta e temperatura del colore, in modo da farti ottenere i risultati più coerenti possibili.
Esecuzione di un rapido test.
Dalle misurazioni ho scoperto qualche dettaglio interessante. Stavo utilizzando un gruppo di LED dello stesso produttore e della stessa scatola, potevano provenire da diversi cicli di produzione, ma non è facile distinguerli da quelli che avevo a disposizione. Dopo aver misurato i LED le cui specifiche’erano di una caduta di tensione diretta di 3,2 V, ho finito con un intervallo che andava da 2,991 V a 3,127 V a 20 mA, il che significa che avevo una variazione tra le parti di più di un decimo di volt e che nessuna di esse aveva la caduta di 3,2 volt attesa a 20 mA. Se avessi incrementato la corrente a 30 mA avrei osservato cadute più vicine ai valori attesi, il che vuol dire che forse potrei sfruttarli più del previsto, ma per il momento il progetto non ne aveva bisogno. Con questo intervallo di cadute di tensioni ho visto una variazione delle resistenze interne tra 156 e 149 ohm. L'intervallo è piuttosto piccolo, ma al crescere della corrente le differenze sono più pronunciate e possono causare problemi al sistema.
Documentazione altamente scientifica messa in pratica.
Quando utilizzi i LED in progetti e sistemi assicurati di caratterizzarli nel miglior modo possibile, specialmente quando li colleghi in parallelo senza nessun tipo di driver IC intelligente. Abbinando le parti, puoi creare sistemi di qualità superiore, più duraturi e più stabili.