Fonte de alimentação LED de tensão constante

Sobre o circuito do driver

A maior preocupação no acionamento do LED é a alimentação CC constante na entrada do LED. Qualquer flutuação indesejada na tensão na entrada do LED pode danificá-lo. O excesso de fluxo de corrente através do LED maior do que a classificação de corrente direta do LED pode aumentar sua temperatura e danificar o LED. Portanto, o papel do fornecimento de LED de tensão constante é muito importante neste cenário. Neste experimento, é projetado um circuito driver que fornece uma tensão constante de 12V na saída com corrente máxima de 1A.

Visão geral

Neste experimento, uma fonte de alimentação LED de tensão constante é projetada para fornecer uma CC estabilizada e regulada na saída. Este circuito driver pode fornecer uma tensão constante de 12V na saída. Assim, um único LED ou uma combinação de LEDs pode ser conectado à saída que requer 12V constantes como entrada. Na saída, corrente de até 1A pode ser fornecida por esta fonte.

Componentes necessários

Componentes necessários	Especificações	Quantidade
Transformador TR1	Abaixe 18V-0-18V/2A	1
Regulador de voltagem	LM7812	1
Diodo D1-D4	1N4007	4
Capacitor C1	470uF 50V	1
Fusível	1A	1

Noções básicas de fonte de alimentação

Cada fonte de alimentação CC precisa seguir algumas etapas para obter a tensão CC adequada na saída. O diagrama abaixo mostra essas etapas básicas pelas quais obtemos uma fonte de alimentação CC regulada por CA.

Trabalhando

• Conversão CA para CA

A tensão da rede elétrica (eletricidade que chega do governo em nossa casa) é de aproximadamente 220 V, mas de acordo com os requisitos do circuito, apenas 12 V são necessários no terminal de saída. Para reduzir esses 220V para 12V, é usado um transformador abaixador.

O circuito sofre alguma queda na forma de perda resistiva e pelo IC LM7812. Portanto é utilizado um transformador de alta tensão superior à tensão necessária para a aplicação (12V) e que pode fornecer corrente de 1A na saída. O transformador abaixador mais adequado que atende aos nossos requisitos de tensão e corrente é 18V-0-18V/2A. Este transformador reduz a tensão da linha principal para 18V, conforme mostrado na imagem abaixo.

• Retificação

A retificação é o processo de conversão de AC em DC. Existem duas maneiras de converter um sinal AC em DC. Um é através do retificador de meia onda e outro é usando um retificador de onda completa. Neste circuito, estamos usando uma ponte retificadora de onda completa para converter 18 V CA em 18 V CC. Como o retificador de onda completa é mais eficiente do que meia onda, pois pode fornecer uso completo do lado negativo e positivo ou parte do sinal CA. Na configuração do retificador de ponte de onda completa, quatro diodos são conectados de forma que gere um sinal DC na saída, conforme mostrado na imagem abaixo. Durante a retificação de onda completa, dois diodos são polarizados diretamente e outros dois diodos são polarizados inversamente. Escolhemos o diodo 1N4007 porque eles podem permitir corrente de 1A através deles quando polarizados diretamente e na condição de polarização reversa, eles podem sustentar a alimentação reversa de 12V. Devido a isso, estamos utilizando diodos 1N4007 para fins de retificação.

• Suavização de DC

Como o próprio nome sugere, é o processo de suavização ou filtragem do sinal DC usando um capacitor. Um capacitor C1 de alto valor é conectado à saída do circuito retificador. Como a CC que deve ser retificada pelo circuito retificador possui muitos picos de CA e ondulações indesejadas, para reduzir esses picos usamos um capacitor. Este capacitor atua como um capacitor de filtragem que desvia toda a CA através dele para o terra. Na saída, o DC restante agora é mais suave e livre de ondulações.

• Regulação de tensão

Para fornecer 12 V regulados na saída, é usado um IC LM7812. Este IC é capaz de fornecer corrente de até 1A. Ele fornecerá tensão regulada e estabilizada na saída, independentemente das variações na tensão de entrada e na corrente de carga.

Tensão e corrente de saída

No IC LM7812, a tensão de entrada de 14,8 V a 27 V é necessária, então ele fornecerá uma tensão de saída constante na faixa de 11,5 V a 12,5 V. O IC é capaz de fornecer corrente máxima de 1A na saída.

Dissipação de energia tolerável internamente do LM7812

Pout = (Temperatura máxima de operação do IC)/ (Resistência Térmica, Junção-Ar + Resistência Térmica, Junção-Caixa)

Pout = (125) / (65+5) (valores conforme ficha técnica)

Faneca = 1,78W

O 7812 internamente pode sustentar até 1,78 W de dissipação de energia. Acima de 1,78W o IC não tolera tanto calor e começa a queimar. Isso também pode causar sério risco de incêndio. Portanto, é necessário um dissipador de calor para dissipar o calor excessivo do IC

Resultados práticos

1. LED 1,8V

Podemos conectar no máximo 6 LEDs em série na saída com um resistor limitador de 68 ohms. Cada LED consome aproximadamente 1,8 V para funcionar em condição de polarização direta.

Tensão de entrada para o circuito, Vin = 12V (de 7812)

Queda total de tensão em 6 LEDs, V = 1,8 *6 = 10,8V

Corrente de saída fornecida por esta fonte de alimentação/Corrente consumida pelo circuito

I = (Tensão de entrada – queda de tensão nos LEDs) /R1

Eu = (12 – 10,8)/68

Eu = 17,6 mA

Para um LED de 1,8 V, são necessários aproximadamente 20 mA de corrente direta para uma iluminação adequada sem quebrar seu limite de corrente direta. Somente para este propósito, uma resistência em série (neste caso 68 ohms) é usada para limitar a corrente.

Também podemos calcular a dissipação de energia do IC LM7812 por –:

Dissipação de energia

P out = (Vin – Vout)*Iout

Beicinho = (12-10,8) *(0,0176)

Faneca = 21,12 mW

2. LED 2,2 V

Podemos conectar no máximo 5 LEDs em série na saída com um resistor limitador de 47 ohms. Cada LED consome aproximadamente 2,2 V para funcionar em condição de polarização direta.

Tensão de entrada para o circuito, Vin = 12V (de 7812)

Queda total de tensão em 5 LEDs, V = 2,2 *5 = 11 V

Corrente de saída fornecida por esta fonte de alimentação/Corrente consumida pelo circuito

I = (Tensão de entrada – queda de tensão nos LEDs) /R1

Eu = (12 – 11)/47

Eu = 21,2 mA

Para um LED de 2,2 V, são necessários aproximadamente 25 mA de corrente direta para uma iluminação adequada sem quebrar seu limite de corrente direta. Somente para este propósito, uma resistência em série (neste caso 47 ohms) é usada para limitar a corrente.

Dissipação de energia

Saída P = (12-11) *(0,0212)

Saída P = 21,2mW

3.LED 3,3V

Podemos conectar no máximo 3 LEDs em série na saída com um resistor limitador de 6 – 7 ohm 1W. Cada LED consome aproximadamente 3,3 V para funcionar em condição de polarização direta.

Tensão de entrada para o circuito, Vin = 12V (de 7812)

Para um LED de 3,3 V, aproximadamente 300-350 mA de corrente direta são necessários para uma iluminação adequada sem quebrar seu limite de corrente direta. Somente para este propósito, uma resistência em série (neste caso 6 ohms) é usada para limitar a corrente.

A partir do resultado prático acima, podemos ver que a dissipação de energia é inferior a 1,78W (limite tolerável interno de 7812), mas ainda assim é recomendado o uso de um dissipador de calor para auxiliar no resfriamento do IC e para aumentar a vida útil do IC.

Outras combinações de LEDs também são possíveis usando um resistor limitador de corrente perfeito e considerando que o requisito de corrente de entrada do circuito (combinação de LEDs) não deve ser superior a 1A.