[Guia] Cálculos LEDs

Bueno, creo que este tema les va interesar a muchos, aunque hice un copy&paste, el tema es

original mio, debajo dejo la fuente original.

Trataré de explicarlo lo menos técnicamente posible así es mas entendible para todos.

trataré temas como el cálculos, formas de conexión, tipos de leds, caracteristicas, etc

Espero les sea de gran ayuda y sobre todo pasen a leerlo cuando lo necesiten jeje.

¿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.

Bueno hasta aquí llego esta guía, aunque tengo que hacer algunas correciones en unas

imagenes, todos los calculos estan correctos.

Cualquier duda me consultan acá o por mp.

Espero les sea de mucha ayuda.

Saludos

Siguiendo la serie de artículos sobre LEDs, esta vez propongo como argumento las tiras

de LEDs de un solo color (monocolor). En otro artículo hablaré de las tiras multicolor o

RGB (rojo, verde y azul).

Existen en comercio una infinidad de modelos de tiras monocolor pero la mayoría

poseen características comunes como por ejemplo la tensión de alimentación de 12V

DC y el consumo de aproximadamente 5 Watt por metro.

Características principales de una tira monocolor genérica

tensión de alimentación: 12V DC

largo de la tira: 5 metros

potencia total: 4,8 Watt por metro

cantidad de LEDs: 60 led por metro

ángulo de luz de los LEDs: 120 grados

colores disponibles: blanco, rojo, verde, amarillo o azul

características de uso: tiras flexibles, autoadhesivas y cortables cada 3 LEDs

En la figura podemos ver el circuito eléctrico de una tira monocolor donde se observa

que los LEDs están conectados en grupos de tres en serie y una resistencia hacia

positivo. Cada grupo después, se conecta en paralelo con la línea de alimentación. Esto

permite de poder cortar las tiras en cualquier punto (pero siempre cada tres led).

El fabricante, para facilitar el corte y la conexión, ha agregado un grupo de islas de

cobre y una línea dibujada de corte cada tres led como se pude observar en la parte baja,

a la derecha de la foto siguiente.

La razón de estos grupos de tres LEDs se debe a que las tiras nacieron especialmente

para su uso en iluminación con LEDs blancos. Como explicado en mis artículos

anteriores, los LEDs blancos necesitan de una tensión de 3,6V entre sus patitas para

funcionar. En el caso de las tiras, los LEDs usados tienen una tensión ligeramente

inferior: 3V. Por lo tanto tres LEDs conectados en serie suman una tensión de:

VtotalLed = Vled * 3 ==> VtotalLed = 3 * 3 = 9V

Por lo tanto, si alimentamos estos tres led en serie con 12V necesitamos una resistencia

en la cual tendría que caer:

Vres = 12V – 9V = 3V

Una caída de tensión en la resistencia tan baja permite de aprovechar al máximo la

potencia que sirve para alimentar la tira (se pierde solamente un 20% de potencia en la

resistencia).

Si se conectaran los led en paralelo y se usase una resistencia para cada uno, la potencia

útil en vez del 80% sería menor del 25% (el resto del 75% se perdería en forma de calor

en las resistencias).

Nuestro razonamiento es válido para los led de alta luminosidad con caída de tensión de

3V. En el caso de led con caídas de tensión entre 1,2V y 1,8V la potencia útil será por el

contrario entre el 30% y el 50%. Por suerte, la mayor parte de los LEDs usados para las

tiras tienen tensiones características entorno a los 3V.

Mas allá de la cuestión ecológica, aprovechar bien la potencia es importante porque las

tiras de led se usan generalmente para iluminar, por lo tanto los consumos son elevados

y a 12V requiere fuentes de alimentación bastante potentes (y costosas).

Como se observa en la fotografía anterior, las resistencias que ha usado el fabricante son

de 150 ohm (151 = 15 + 1 cero = 150 ohm) y por lo tanto la corriente en esta es de:

Ires = Vres / Res ==> Ires = 3V / 150 = 20 mA

Por el hecho que los tres led se encuentran conectados en serie, la corriente en ellos será

igual a la corriente en la resistencia es decir de 20 mA ( 0,02 Amp).

Consumos y tipos de fuentes de alimentación

En el elenco siguiente podemos ver los consumos y la fuentes de alimentación

necesarias para tiras de distintos tamaños.

largo de la tira: 0,5 m

cantidad de led: 30

corriente: 200mA

potencia: 2,4 Watt

fuente de alimentación: 12V 300mA DC

largo de la tira: 1 m

cantidad de led: 60

corriente: 400mA

potencia: 4,8 Watt

fuente de alimentación: 12V 500mA DC

largo de la tira: 2 m

cantidad de led: 120

corriente: 0,8 Amp

potencia: 9,6 Watt

fuente de alimentación: 12V 1 Amp DC

Aunque si es mejor usar un fuente de alimentación estabilizada, una fuente regulada con

una variación de tensión entre 11V y 15V (en base a la carga) funciona bastante bien

porque variaciones de tensión de este orden no dañan los LEDs y no cambian la

luminosidad en modo significativo.

Como medir la tensión característica de un led

Los leds son un invento extraordinario, y más aún cuando, gracias al descubrimiento de

nuevos materiales para su realización, se logró construir los leds azules, los blancos y

toda la nueva gama de alta luminosidad, ideales en un nuevo campo de aplicación: la

iluminación. Como consecuencia de esto, todo el mundo desea usarlos. El problema es

que, mas allá de su extraordinaria difusión, los leds no dejan de ser componentes

electrónicos bastante delicados si no usados correctamente. Este artículo nos explica

como medir la tensión característica de un led sin el riesgo de romperlo, para poder

calcular sucesivamente la resistencia necesaria para su funcionamiento.

La tensión característica de un led depende del tipo y del modelo y puede variar entre

1,2V y 4,5V. Aclaro que la tensión característica de un led no es un valor absoluto

porque varía un poco según la corriente que hacemos pasar por él (como sucede también

con los diodos normales). Por ejemplo, un led blanco con tensión característica de 3,6V

puede bajar hasta 3,4V o aún más si la corriente es elevada. De cualquier manera,

podemos observar que esta variación no es muy grande y por lo tanto podemos

ignorarla cuando hacemos los cálculos de la resistencia.

Para poder medir le tensión característica de un led necesitamos:

el led que queremos medir un tester (analógico o digital) una fuente de alimentación (de 6V o 9V) o una batería de 9V una resistencia de 1000 ohm

En primer lugar debemos identificar cual es el ánodo (positivo) y el cátodo (negativo)

del led, esto es importante porque con una tensión elevada, un led conectado al contrario

puede romperse. En las hojas técnicas del led (datasheet) el valor de tensión inversa

máxima se llama “max. reverse voltage” y podemos observar que en muchos modelos

es realmente bajo. Yo poseo muchos led de alta luminosidad con una tensión inversa

máxima de 5V. Esto quiere decir que si conectamos una pila de 9V a un led polarizada

al contrario, probablemente el led se romperá porque se superaría la tensión inversa

máxima de 5V. Por lo tanto, aconsejo de cuidar este aspecto. Existen dos signos

bastante claros para identificar el cátodo (negativo) de los led que son: la pata negativa

es mas corta y en segundo lugar, en el cuerpo del led el negativo tiene una marca

derecha (ver figura).

Para medir la tensión característica de un led, conectemos provisoriamente la resistencia

de 1000 ohms (1K) al ánodo del led mientras el cátodo lo conectamos al negativo del

alimentador (o batería). Por último conectamos el terminal libre de la resistencia al

positivo del alimentador (o batería). El led debería encenderse. Por último, colocando el

selector del tester en la posición VDC medimos con él la tensión sobre el led.

El valor de 1000 ohm con una alimentación de 6V o 9V nos garantiza que la corriente

que pasará por el led no será nunca excesiva no importa el modelo que usemos. Por

ejemplo, en el peor caso, con un led rojo de 1,2V de tensión y una alimentación de 9V

pasará una corriente de: I = (V-Vled) / R => I = (9V-1,2V) / 1000 = 7,8 mA que es

bastante baja para cualquier tipo de led.

En el pasado, disponer de las hojas técnicas de un componente electrónico era un

privilegio reservado a pocos técnicos mientras que hoy, gracias a Internet, en pocos

segundos podemos encontrarlas y consultarlas directamente online. Por eso, si

conocemos la sigla del led que queremos usar, aconsejo de mirar la información técnica,

especialmente la corriente máxima que el led soporta y la tensión característica. Con

estos dos datos podemos calcular sin problemas la resistencia necesaria.

Después de obtener la tensión característica del led que queremos usar, podemos

calcular el valor de resistencia con la siguiente formula:

R = (V-Vled) / I

Una ultima cosa, aunque si los led no se queman como las lamparitas con filamento, su

rendimiento decae con el tiempo. Un led que funciona en condiciones límites (corriente

y variaciones de temperatura excesivas, etc.) envejecerá mucho mas rápidamente que un

led “relajado”.