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42 | Luminotecnia | Marzo - Abril 2014
F. Rectificador de HF
Ahora necesitamos acumular
los pulsos de alta frecuencia que
provienen de la salida del transfor-
mador de HF. El concepto es muy
similar al rectificador de entrada
(etapa B). Sin embargo, aquí la
señal no tiene semiciclo negativo,
por lo tanto no tiene sentido colocar
cuatro diodos para construir un rec-
tificador de onda completa.
Con un solo diodo (rectificador
de media onda) alcanzará. La única
precaución a tener en cuenta es
que ya no operamos con 50 Hz,
por lo tanto, el diodo deberá ma-
nejar velocidades mayores. Para
ello utilizaremos un diodo rápido
apropiado para tal fin.
Esos pulsos se acumularán en
un capacitor (también preparado
para manejar alta frecuencia). Una
vez cargado, ese capacitor pro-
porcionará la corriente necesaria
para alimentar los leds. El diodo
evitará la descarga del capacitor
Drivers, fuentes conmutadas o fuentes switching para iluminación con leds
Parte III
Por Carlos N. Suárez, Marketing Técnico
ELT Argentina S. A.
en el momento en que produce
el flanco descendente de la señal
proveniente del transformador de
HF (figura 30).
Se debe tener en cuenta que,
así como sucede con el capacitor
del rectificador de entrada, aquí
también estamos en presencia de
un componente “fusible” para la
vida útil de la fuente. Lo correcto
es utilizar capacitores preparados
para operar tanto con alta frecuen-
cia como con alta temperatura de
trabajo (105 ºC).
G. Regulador
El regulador es una etapa im-
portantísima dentro de la fuente
switching. Es el encargado de man-
tener estable la tensión o corriente
de salida respecto de:
- Cambios en la tensión de ali-
mentación.
nota técnica ///////////////////////////////////////////////////////////////////////
Figura 30
Marzo - Abril 2014 | Luminotecnia | 43
- Cambios en la carga (cantidad
o potencia de los leds que se co-
loquen).
- Cambios de temperatura que
causen corrimiento de valores
eléctricos en los componentes.
La estabilidad de la tensión o
corriente de salida respecto de
cualquiera de los cambios men-
cionadoscon anterioridad, tiene
una tolerancia, se mide porcentual-
mente y depende de la tecnología
implementada por el regulador.
Ejemplo: una fuente de 12 Vcc
de salida +/- 5% significa que, si la
fuente opera dentro de los paráme-
tros especificados por el fabricante,
la tensión de salida podrá oscilar
entre 11.4 y 12.6 Volts. Los pará-
metros típicos de operación de una
fuente switching especificados por
el fabricante son:
- Rango de tensión de alimentación.
- Temperaturas máximas y míni-
mas de operación.
- Potencia máxima de salida.
Si se respetan estos requisitos,
la fuente switching se manejará
dentro de los límites de tolerancia
del regulador. Todos estos paráme-
tros se ampliarán más adelante en
este documento.
Cabe aclarar que, si bien la
fuente podría funcionar perfecta-
mente sinesta etapa, sería impen-
sable conectar leds a un driver sin
regulación. Esto se debe a que la
vida útil de los leds está muy ligada
a los cambios en la alimentación. Si
la tensión es superior, el led reduce
su vida útil, si la tensión es inferior,
el led no cumple con los niveles
luminosos especificados en su hoja
de datos.
Observe el gráfico de la figura
31: En el diagrama se muestran
tres flechas en rojo, representan-
do las variables que el regulador
deberá controlar. Si se tratara de
un driver de corriente constante,
una resistencia en serie controlará
el nivel de corriente (sensor de
corriente). Si por el contrario, se
tratara de un driver de tensión cons-
tante, una resistencia en paralelo
realizará el muestreo de tensión
(sensor de tensión).
Esta información es suminis-
trada al controlador del oscilador
(detallado con anterioridad en el
presente documento) a través de
una red de alimentación.
El control del oscilador actuará
sobre la llave electrónica para
regular la forma de onda que se
aplicará al primario del transfor-
mador. De esta forma, se reduce
o incrementa la tensión o corriente
en el secundario hasta estabilizarse
en los valores deseados. Luego, se
vuelve a controlar a través de las
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
Figura 31
44 | Luminotecnia | Marzo - Abril 2014
resistencias y el proceso se repite
continuamente, con el objetivo de
mantener la tensión o corriente en
los valores establecidos.
Problemas en la etapa de re-
gulación
Observe nuevamente el dia-
grama de la figura 31. De alguna
forma, la red de realimentación
está puenteando el transformador
de HF, que como bien hemos visto,
es el encargado de aislar la salida
de la fuente.
¡Aquí tenemos un problema! Es-
taríamos de alguna manera corto-
circuitando la aislación de la salida
de la fuente switching respecto de
la red. Es por ello que lo correcto es
utilizar una realimentación aislada,
conectar leds a nuestros drivers,
¡enhorabuena!
Antes de seguir adelante voy a
recomendarle que repase un poco
los conceptos del apartado “Anato-
mía del led” ¿Ya lo hizo? Excelente,
comencemos entonces.
Alimentación de Leds por fuente
de tensión constante
Como hemos visto en el aparta-
do, los diodos led necesitan ser ali-
mentados con tensión continua en
polaridad directa para que funcio-
nen emitiendo luz. Sin embargo,las
cosas no son tan sencillas como
eso. La realidad es que la corriente
que circula a través del led, debe
ser controlada por algún método,
dado que la impedancia interna
(resistencia) es comparable a un
cortocircuito (ver figura 33).
Es muy similar a lo que sucede
con las lámparas de descarga, las
cuales necesitan un balasto para
limitar la corriente que las atraviesa.
El camino más sencillo para con-
trolar esa corriente es colocar una
resistencia como indica la figura 34.
La caída de tensión en el led
es de aproximadamente 3 Volts,
aunque depende mucho del fabri-
cante y modelo que se utilice. No
se preocupe demasiado, ya que es
un dato muy típico y fácil de ubicar
en las hojas técnicas. Entonces la
resistencia tiene la siguiente fórmu-
la de cálculo: (ver fórmula)
por ejemplo, ópticamente. El cami-
no es utilizar un optoacoplador para
informar el estado de los sensores
(corriente o tensión) al control del
oscilador a través de un método
óptico, manteniendo la aislación
eléctrica (figura 32).
El acoplamiento óptico en la
realimentación es fundamental
para mantener la salida de la fuente
aislada de la red de alimentación,
y de esa manera, preservar la se-
guridad del usuario.
Alimentación de leds con fuente
de tensión constante
Y hemos llegado a la parte más
interesante y práctica del artículo.
Si hemos leído hasta aquí, tenemos
los conocimientos necesarios para
Figura 30
Marzo - Abril 2014 | Luminotecnia | 45
Resistencia (Ω) = (Tensión de la
Fuente (V) - Tensión del Led (V))/
(Corriente del Led (A))
Vayamos a un caso práctico:
Resistencia (Ω)= (12 V-3 V)/
(0.3 A)
En ese caso la resistencia necesaria sería de 30 Ω
Cuando los leds se alimentan
con drivers de tensión constante se
colocan en paralelo con la fuente
(cada uno de los leds con su res-
pectiva resistencia para limitar la
corriente). Observe la figura 35.
La cantidad de leds que se
pueden conectar al driver depende
de la potencia máxima de salida
que éste pueda entregar. Para
el ejemplo de la figura 35, donde
se han conectado 6 leds con su
respectiva resistencia, si cada red
resistencia - led es de 24 Volts / 2
Watts, se necesitará un driver de 24
Volts y 12 Watts de potencia (míni-
ma).Recuerde que aquí el consumo
no implica solamente al led, sino
que también debe considerarse la
potencia disipada por la resistencia.
Este tema lo abordaremos en deta-
lle más adelante, cuando hablemos
de las protecciones.
Si se demanda mayor potencia
a la que puede entregar la fuente,
ésta puede dañarse o en su defecto
activar la protección ante sobre-
carga (si es que cuenta con esta
característica).
Otros fabricantes especifican
la corriente máxima de salida del
driver, en lugar de la potencia. Per-
sonalmente no estoy de acuerdo
con esto, puesto que acarrea con-
fusiones a los usuarios e instalado-
res cuando en toda esta historieta
aparecen las fuentes de corriente
constante, un concepto nuevo que
enseguida abordaremos.
Pero de todos modos vamos a
plantear un ejemplo para dejar las
cosas claras. En este caso debe-
mos conocer cuál es la corriente
que drena por cada red resistencia -
led. Para el ejemplo de la figura 35,
si cada red resistencia - led fuera
de 24 V - 0,10 A, se necesitaría un
driver de 24 V - 0,6 A (600 mA) de
corriente (mínima).
Note que estamos destacando
no solo el consumo del led, sino
también el de su resistencia limi-
tadora, por eso siempre hacemos
referencia al término: red resisten-cia - led.
Las fuentes de tensión cons-
tante, mantienen siempre el mismo
nivel de tensión. La corriente es
Figura 35
Figura 33
Figura 34
46 | Luminotecnia | Marzo - Abril 2014
variable y depende de la cantidad
de leds (carga) que se conecten (en
paralelo) a la misma.
Los leds que se alimentan con
fuentes de tensión constante y se
asocian en determinadas cantida-
des, suelen comercializarse con la
resistencia integrada en el mismo
circuito. Es el caso de las famosas
“tiras de leds”. Si usted observa
muy de cerca una de ellas, se dará
cuenta que no solo encontrará el
led integrado en el circuito, sino
también su resistencia limitadora
de corriente. Observe la figura 36.
Podemos decir que en la mayo-
ría de los casos, cuando los leds
se comercializan integrados en
cantidad y los mismos se alimentan
con fuente de tensión constante, ya
incluyen la resistencia limitadora
de corriente. Verificar la existencia
de la resistencia limitadora es una
buena manera de diferenciar si los
conjuntos de leds se alimentan con
fuente de tensión constante, o por
el contrario, con fuente de corriente
constante.
Los leds se asocian en conjunto
con la finalidad de obtener mayor
flujo luminosoy mejorar ladistribu-
ción de la luz, pero por sobre todo,
disponer de una mayor superficie
para disipar el calor producido por
el chip. Un solo chip de mucha po-
tencia es muy difícil de disipar ya
que se produce mucha cantidad de
calor en un solo punto. Al distribuir
los chips se reparte la potencia y
en consecuencia la cantidad de
calor producida; la disipación se
hace más sencilla y hasta puede
realizarse a través del mismo cir-
cuito impreso.
Existen circuitos impresos cons-
truidos con placa de aluminio para
este tipo de tareas. Los mismos
suelen ser muy utilizados en la
construcción de tubos de led, un
típico caso de asociación de leds
para mejorar la distribución lumino-
sa y la disipación de calor de cada
uno de los chips que lo componen.
Sin embargo hay otros casos en
los cuales existe un solo chip led de
gran potencia donde la disipación
de calor se dificulta demasiado y se
realiza a través de disipadores más
complejos (figura 37).
En este caso, la resistencia
suele estar integrada dentro del
chip, lo que permitiría alimentar el
mismo con una fuente de tensión.
Pero cerciórese de esto consul-
tando siempre la hoja técnica del
producto puesto que ya sabemos
lo que pasa si alimentamos un led
en directa con fuente de tensión sin
colocar una resistencia limitadora…
La primera pregunta que de-
bemos plantearnos a la hora de
alimentar un led (o una asociación
de leds en sus diversos formatos)
es si se debe hacer a través de una
fuente de tensión constante o de
una fuente de corriente constante.
Rápidamente podemos darnos
cuenta de esto por la existencia de
la resistencia limitadora, pero la
misma no siempre está expuesta
visualmente y otras veces es de-
masiado pequeña como para iden-
tificar con facilidad. Por lo tanto, lo
más apropiado es consultar siem-
pre la hoja técnica del producto.
Figura 36
Figura 37
Marzo - Abril 2014 | Luminotecnia | 47
Alimentación de leds con fuente
de corriente constante
Hasta ahora hemos analizado
el funcionamiento de las fuentes
switching de tensión constante.
Sin embargo, alimentar leds con
este tipo de fuentes, requiere de
un método de control para la co-
rriente que circula a través de los
mismos. Desde el punto de vista
Parámetro Unidad de Medida Observaciones
Tensión de salida Volt (V) Tensión constante que entrega la fuente.
Potencia máxima de salida Watt (W) Potencia máxima que entrega la fuente, nos define la cantidad de leds que podemos conectar a la misma, dependiendo de la potencia de cada uno de ellos y su resistencia asociada.
Corriente máxima de salida Amperes (A) Opcional. Tal cual lo hemos comentado, algunos prefieren especificar la corriente máxima que puede entregar el driver (ya que se trata de una fuente de corriente variable)
Tensión de Alimentación Volts (V) La tensión de alimentación del driver. Ejemplo: 220 Vca, 110 Vca, etc.
Consumo del driver Watts (W) La potencia de pérdida del driver. Cuanto menor sea la perdida de potencia, mayor es el ahorro de energía. Esto define el rendimiento de la fuente.
Factor de Potencia - El factor de potencia del driver. Aquí se puede observar si el mismo posee corrector o no tal cual lo hemos estudiado en el presente artículo.
Rendimiento %
(Potencia de Salida / Potencia de Entrada) x 100. Es el rendimiento de la fuente, a menor potencia de pérdida, mayor rendimiento. Una fuente con 90% de rendimiento es considerada de alta calidad.
Aislación del secundario Volts (V) Rigidez dieléctrica que soporta la fuente entre la salida y la línea de alimentación. Este parámetro nos indica que la fuente se encuentra aislada de la red. La norma exige > 3000V.
Temperatura de operación Grados Celsius (ºC)
Los límites de operación de temperatura (mínimos y máximos) del driver. Ejemplo -5 a 50 ºC
Temperatura de test (tc) Grados Celsius (ºC)
Es el valor máximo de temperatura que debe medirse en un punto determinado del chasis del equipo marcado como “tc” cuando el equipo se encuentra en régimen de funcionamiento.
Grado de protección IP - Define el ambiente en el cual puede ser utilizada la fuente: interior, intemperie, lluvia, inmersión, etc.
Es muy importante conocer los parámetros que definen una fuente switching de tensión constante:
Modelos de fuentes de tensión constante para uso interior
Modelos de fuente de tensión constante para uso intemperie, grado de protección IP67
48 | Luminotecnia | Marzo - Abril 2014
de la eficiencia, esto no es del todo
conveniente, ya que si estamos en
presencia de un sistema orientado
al ahorro de energía, las resisten-
cias que controlan el drenaje de
corriente por los leds perderían una
potencia disipada en forma de calor
(revea la figura 35).
Cuando utilicemos fuentes de
tensión constante lo haremos con
la finalidad de alimentar leds para
entornos cuyos requerimientos de
eficiencia son acotados. Siempre
deberá existir una resistencia que
limite el paso de la corriente a los
leds, ya sea integrada, montada
sobre el impreso, etcétera y esto
siempre implicará un consumo
extra de energía.
Si en cambio, adaptamos el
regulador de la fuente switching
para que en lugar de entregar una
tensión constante, entregue una-
corriente constante y varíe el nivel
de tensión en función de la carga
(cantidad de leds conectados),
podríamos evitar el uso de las re-
sistencias y así eliminar la pérdida
de potencia sobre éstas.
El concepto de fuente de co-
rriente constante (tensión variable)
es exactamente al revés del que
estamos acostumbrados a manejar
con las fuentes de tensión. Para
comenzar, las cargas siempre se
conectan en serie, pues la fuente
garantiza un mismo nivel de co-
rriente y ajusta la tensión para man-
tener esta condición. (figura 38).
Se podría llegar a pensar en
este tipo de conexión que, ante
un defecto en cualquiera de los
leds, el circuito se abriría y en
consecuencia los leds restantes
se apagarían. Sin embargo, los fa-
bricantes de leds deben garantizar
que ante cualquier anomalía de
funcionamiento y/o agotamiento, el
led deberá ponerse en cortocircuito.
Al estar alimentado por una fuente
de corriente constante, la tensión
varía para compensarel mismo
valor de intensidad y el resto de
los leds siguen funcionando como
si nada hubiese pasado (figura 39).
La cantidad de leds que se pue-
den conectar al driver de corriente
constante, al igual que en un driver
de tensión constante, depende de
la potencia máxima de salida que
la fuente pueda entregar.
Para el ejemplo de la figura 38,
donde se han conectado 6 leds en
serie, si cada led es de 500 mA - 3
Watts, se necesitará un driver de
500 mA y 18 Watts de potencia
mínima. Si se demanda mayor
potencia a la que puede entregar
la fuente, ésta puede dañarse o en
su defecto activar la protección ante
sobrecarga (si es que cuenta con
esta característica).
Otros fabricantes prefieren
especifican la tensión máxima de
salida del driver,en lugar de la
potencia máxima. Entonces, se
podría definir al driver de la figura
38 como una fuente switching de
corriente constante de 500 mA - 42
Figura 39
Figura 38
Marzo - Abril 2014 | Luminotecnia | 49
Volts (máximo). Esto significa que
la fuente tendrá la capacidad de
elevar el nivel de tensión hasta 42
volts (como máximo) para mante-
ner siempre la corriente constante
en 500 mA a medida que la canti-
dad de leds conectadosaumente.
Las fuentes de corriente cons-
tante, mantienen siempre el mismo
nivel de corriente. La tensión es
variable y depende de la cantidad
de leds (carga) que se conecten (en
serie) a la misma.
¿Qué tengo que saber acer-ca de las fuentes de corriente constante?
A usted no se le ocurriría hacer
un cortocircuito en una fuente de
tensión, ¿verdad? Ya se imagina
las consecuencias. Si la fuente no
cuenta con protección ante corto-
circuito, adiós fuente…
Sin embargo, ¿pasaría lo mismo
en una fuente de corriente? Anali-
cemos un poco.
La fuente de corriente constante
intentará mantener siempre la mis-
ma intensidad. Para ello, a medida
que la impedancia (resistencia) que
se conecta a la salidaaumenta, la
fuente producirá más tensión para
que la corriente siga siendo la mis-
ma. Esto no es ni más ni menos
que la ley de Ohm (ver figura 40).
La resistencia aumenta a me-
dida que el usuario coloca mayor
cantidad de leds. Recuerde que en
una fuente de corriente constante,
las cargas se conectan en serie y
las resistencias al estar en serie se
suman. El driver continuará elevan-
do la tensión hasta que la misma
sea la máxima admitida por su
circuito, en dicho caso, estaremos
en presencia de la mayor cantidad
de leds que se puedan conectar.
Si seguimos agregando carga,
dañaremos el driver o se dispararán
las protecciones si es que el equipo
cuenta con ellas.
Un caso extremo de carga se
daría cuando no se coloca ningún led
(funcionamiento en vacío) y la fuente
permanece alimentada de la red. La
resistencia, en este caso, que el driver
está viendo en su salida es infinita
(circuito abierto). El driver intentará
mantener el mismo nivel de corriente
elevando la tensión. Claro está, que
para mantener el mismo nivel de co-
rriente sobre una resistencia infinita,
la tensión que debe proporcionar el
driver también deberá ser infinita.
El circuito no puede producir
tensión infinita y por lo tanto se
enclava en el valor máximo de
tensión que el driver pueda llegar
a entregar. Es obligatorio que todas
las fuentes de corriente cuenten
con un sistema de enclavamiento
de tensión, caso contrario, se que-
marían al funcionar en vacío.
Precauciones al conectar fuentes de corriente:
Razone el siguiente caso: se ali-
menta un driver de corriente desde la
red, sin conectar los leds. Entonces
el circuito intenta elevar la tensión
para producir el nivel de corriente
para el cual el driver ha sido diseña-
do. Al no poder hacerlo, puesto que
la resistencia de carga es infinita,
queda enclavado en el máximo nivel
de tensión que pueda llegar a en-
tregar el circuito. Esto significa, que
el capacitor del rectificador de HF
queda cargado a la tensión máxima
que pueda entregar la fuente.
Si luego de esta condición se
conectan los leds, en un primer
instante, los mismos recibirían di-
rectamente la tensión máxima de
la fuente que quedó acumulada en
dicho capacitor. Luego, comienza la
circulación de corriente a través de
los leds y el driver ajusta la tensión
adecuadamente a través de la rea-
limentación tal cual lo analizamos
con anterioridad.
Figura 40
50 | Luminotecnia | Marzo - Abril 2014
Sin embargo, en un primer
instante los leds recibieron un pico
de corriente elevado, lo cual afecta
tanto su integridad como su vida
útil. Por esta razón es que las fuen-
tes switching de corriente constante
nunca deben alimentarse si los leds
no están conectados.
Visualice la leyenda “NO DE-
BEN CONECTARSE LOS LEDS
CON LA ALIMENTACIÓN CONEC-
TADA” (figura 41).
Siempre se deben conectar los
leds antes de suministrar alimen-
tación a la fuente, nunca con la ali-
mentación previamente conectada.
Existe un tipo de protección que
opcionalmente puede ser incorpo-
rado al circuito del driver para evitar
que esto suceda. Sin embargo, se
trata de un circuito adicional que
consume una potencia determina-
da de manera continua.
Esto supone varias desventajas:Aumento innecesario del consu-
mo de la fuente, por ende, menor
eficiencia.
- Aumento del tamaño de la fuente.
- Aumento del costo de la fuente.
- Mayor riesgo de falla de la fuen-
te por aumento de la cantidad de
componentes.
Por supuesto que la ventaja es
que se independizaría al usuario de
conectar los leds sin tener la precau-
ción de desconectar la alimentación
de la fuente switching. Queda en
usted optar por este costo extra de
acuerdo al nivel de capacitación y
conocimiento del personal encar-
gado de la instalación.
La condición máxima de reposo
para una fuente de corriente es
cuando la misma permanece en
cortocircuito. Allí la tensión que
debe producir el driver es de cero
Volts.
Figura 41
Parámetro Unidad de Medida Observaciones
Corriente de salida Amperes (A) Corriente constante que entrega la fuente.
Potencia máxima de salida Watt (W)
Potencia máxima que entrega la fuente, nos define la cantidad de leds que podemos conectar a la misma, dependiendo de la potencia de cada uno de ellos.
Tensión máxima de salida Volts (V)
Opcional. Tal cual lo hemos comentado, algunos prefieren especificar la tensión máxima que puede entregar el driver (ya que se trata de una fuente de tensión variable)
Tensión de Alimentación Volts (V) La tensión de alimentación del driver. Ejemplo: 220 Vca, 110 Vca, etc.
Consumo del driver Watts (W) La potencia de pérdida del driver. Cuanto menor sea la perdida de potencia, mayor es el ahorro de energía. Esto define el rendimiento de la fuente.
Factor de Potencia (λ) - El factor de potencia del driver. Aquí se puede observar si el mismo posee corrector o no tal cual lo hemos estudiado en el presente artículo.
Rendimiento %
(Potencia de Salida / Potencia de Entrada) x 100. Es el rendimiento de la fuente, a menor potencia de pérdida, mayor rendimiento. Una fuente con 90% de rendimiento es considerada de alta calidad.
Aislación del secundario Volts (V)
Rigidez dieléctrica que soporta la fuente entre la salida y la línea de alimentación. Este parámetro nos indica que la fuente se encuentra aislada de la red. La norma exige> 3000V.
Temperatura de operación
Grados Celsius (ºC)
Los límites de operación de temperatura (mínimos y máximos) del driver. Ejemplo -5 a 50 ºC
Temperatura de test (tc) Grados Celsius (ºC)
Es el valor máximo de temperatura que debe medirse en un punto determinado del chasis del equipo marcado como “tc”cuando el equipo se encuentra en régimen de funcionamiento.
Grado de protección IP - Define el ambiente en el cual puede ser utilizada la fuente: interior, intemperie, lluvia, inmersión, etc.
Es muy importante conocer los parámetros que definen una fuente switching de corriente constante:
Marzo - Abril 2014 | Luminotecnia | 51
Los leds quese alimentan con
fuentes de corriente constante, se
comercializan sin ningún tipo de
resistencia integrada. Es el caso
de los famosos “módulos de led”,
una asociación de leds que se
alimentan con corriente constante
orientados a la eficiencia energética
(figura 42)
Nota del editor: la primera y segun-
da parte de este artículo técnico fue
publicado en la edición 119 y 120 de
Luminotecnia, de septiembre - octubre
de 2013.
Módulo de led de corriente constante
