Asignaturas:
- Introducción
- Funcionamiento de un LED
- Tensión de conducción en relación con el color del LED.
- Métodos de control
- LED multicolores
Introducción:
Un LED es un componente semiconductor comúnmente utilizado para emitir luz. LED significa: Diodo emisor de luz y significa: diodo emisor de luz. Desde su invención en 1962, el LED se ha utilizado principalmente como luz indicadora y para transmisión de señales. Desde finales de la década de 90, los avances tecnológicos han hecho posible producir LED que sirven como fuente de luz para el uso diario. En la tecnología automotriz, los LED se utilizan frecuentemente como iluminación de instrumentos (tablero de instrumentos), iluminación exterior (luces traseras) o iluminación principal (en los faros) debido a las siguientes ventajas en comparación con las lámparas incandescentes y las lámparas halógenas:
- Bajo consumo energético: a la misma intensidad luminosa que otros tipos de lámparas, la LED consume considerablemente menos energía. El LED tiene una eficiencia muy alta de hasta el 80%;
- Seguridad: las lámparas incandescentes necesitan aproximadamente 200 ms para calentar el filamento y emitir luz. Un LED no requiere una fase de calentamiento, lo que significa que un LED alcanza su intensidad luminosa más rápido (en menos de 1 milisegundo). Cuando se utiliza un LED como luz de freno, la frenada se nota antes e influye positivamente en el tiempo de parada;
- baja generación de calor: como los LED apenas se calientan, las carcasas de las lámparas se pueden hacer más pequeñas y se pueden utilizar materiales más baratos y menos resistentes al estrés térmico;
- Alta vida útil: un LED dura aproximadamente la vida útil de un coche. Si resulta que los LED están defectuosos, la causa a menudo puede encontrarse en otra parte, como una interrupción en la ruta de impresión o un control incorrecto. El brillo de un LED puede disminuir con un cierto número de horas de funcionamiento.
La siguiente imagen muestra el símbolo del diodo, con texto adicional encima de los lados "ánodo" y "cátodo". El símbolo de un LED es casi idéntico al de un diodo, pero se han añadido dos flechas que apuntan hacia arriba, que indican la radiación luminosa. La dirección de la corriente es, al igual que en el diodo, en la dirección de la flecha. El trazo vertical es la dirección inversa. Si la corriente fluye a través del LED en la dirección de la flecha, se iluminará. Por el contrario, quedará bloqueado y por tanto no se encenderá.
Funcionamiento de un LED:
Al igual que un diodo "normal", el LED consta de dos capas semiconductoras:
- la capa negativa (capa n) contiene un exceso de electrones;
- la capa positiva (capa p) tiene escasez de electrones.
La escasez de electrones en la capa p puede verse como un exceso de agujeros positivos. En la unión p-n (capa de agotamiento), el excedente de electrones en la capa n llenará los espacios en la capa p. Todavía no fluye corriente, por lo que la carga en la unión np es neutra.
Para que la corriente fluya a través del diodo, primero se debe superar el voltaje interno de la zona de agotamiento. Este es el llamado voltaje de difusión o voltaje umbral del diodo. Cuando aumenta el voltaje, la corriente de electrones podrá fluir desde la capa n a la capa p. Sin embargo, en la capa de agotamiento, algunos de estos electrones son capturados por los agujeros. Estos electrones liberan parte de su energía en forma de destellos de luz. La luz generada puede escapar a través de la fina capa P. La intensidad de la luz está determinada por la corriente: cuanto más fuerte es la corriente, más intensa es la luz.
El salto de los electrones de valencia de la capa negativa a la positiva proporciona la luz que emite el diodo.
Tensión del conductor en relación al color del LED:
Un LED viene en tres colores: rojo, verde y azul. Con estos tres colores básicos se pueden obtener otros colores mezclándolos. La composición de los materiales en las capas n y p determina la cantidad de energía en los electrones y los huecos.
- Los electrones de baja energía convierten menos energía en radiación luminosa que un electrón de alta energía;
- La luz roja tiene menos energía que la luz azul;
- El rojo es creado por electrones de baja energía y el azul por electrones de alta energía.
No se pueden producir LED blancos. Al agregar una capa fluorescente adicional a un LED azul, parte de la luz azul se convierte en luz amarilla. El ojo humano percibe la mezcla de luz azul y amarilla como luz blanca. Al ajustar la proporción de mezcla entre esta luz amarilla y azul, puede emitir luz blanca cálida o fría.
En la característica vemos la tensión que se acumula en la zona de agotamiento y, por tanto, es la tensión de conducción del LED de color correspondiente. Cuando se envía corriente a través de un LED, hay una caída de voltaje casi constante.
Métodos de control:
En la tecnología del automóvil podemos utilizar LED con una resistor en serie o en circuitos en serie, para que consigamos la tensión de control deseada.
LED con resistencia en serie:
Si conectáramos un LED directamente al más y al menos de la batería, el LED fallaría inmediatamente. Siempre debe haber uno resistor en serie colocarse en serie con el LED.
El valor de la resistencia en serie está determinado por dos factores: la corriente y la tensión de alimentación. En cuanto se alcanza la tensión de funcionamiento de 1,5 voltios, se enciende un LED rojo y a través de él fluyen aproximadamente 20 mA.
La tensión de alimentación suministrada depende de la aplicación. En la industria del automóvil puede ser de 5, pero también de 12 o 24 voltios. La resistencia requerida se puede determinar mediante la ley de Ohm. Reste el voltaje de funcionamiento del voltaje de suministro y divídalo por la corriente.
- Con una tensión de alimentación de 5 voltios, se necesitará una resistencia en serie de (5 - 1,5) / 0,02 = 175 ohmios para el LED rojo.
- con una tensión de alimentación de 12 voltios y un LED rojo: (12 – 1,5) / 0,02 = 525 ohmios (una resistencia de un factor mayor).
En la iluminación LED reequipada (retrofit) nos encontramos principalmente con LED con resistencias en serie. Los rápidos tiempos de encendido y apagado y el brillo de un LED pueden ser un motivo para sustituir las lámparas incandescentes por LED. No es necesario hacerlo por motivos de eficiencia energética, ya que la resistencia en serie también provoca una pérdida de potencia que en algunos casos es tan grande como la disipación de potencia de la lámpara original.
Conexión de LED en serie:
Al conectar los LED en serie, no se requiere ninguna resistencia en serie o una resistencia en serie con un valor de resistencia bajo. La resistencia interna de los propios LED garantiza que la tensión de alimentación se distribuya entre los LED del circuito en serie. Cuantos más LED se coloquen en serie, más pequeña será la resistencia en serie. En la figura, seis LED están conectados en serie y dos filas en paralelo.
Los LED conectados en serie se encuentran en las unidades de luces traseras o en las unidades de tercera luz de freno. Este es un método de control utilizado frecuentemente en la tecnología del automóvil.
Ajustar la intensidad de la luz:
Con un microcontrolador podemos controlar el control de un LED con un pulso. A esto lo llamamos: Modulación de ancho de pulso (PWM).
El ciclo de trabajo determina el momento en que se activa el LED. Al alternar los pulsos de encendido y apagado entre 3,3 y 0 voltios a alta velocidad, el LED se ilumina con un brillo más bajo.
Este método de control es el mismo en una bombilla con múltiples funciones, como por ejemplo:
- 50% de brillo con las luces encendidas;
- Luz 100% brillante con luz de freno encendida.
En una configuración práctica con un Arduino, puede experimentar con el control PWM de los LED en el Arduino o LED conectados externamente (equipados con resistencias en serie).
LED multicolores:
Todos los colores se pueden componer con los tres colores básicos rojo, verde y azul. Esto se puede aprovechar combinando dos o tres LED. A continuación se muestran tres principios utilizados para obtener múltiples colores a través de un circuito eléctrico.
LED de dos colores:
El diagrama muestra dos LED conectados en paralelo, con dirección inversa y directa. La dirección de la corriente determina qué LED se enciende: verde (arriba) o rojo (abajo) La polaridad se invierte mediante un circuito externo o ECU.
LED tricolor:
Este diagrama también muestra dos LED conectados en paralelo. En el circuito, se puede aplicar tensión de alimentación a uno de los dos LED (verde o rojo), o a ambos al mismo tiempo. En ese caso, se produce una mezcla de colores y los LED rojo y verde se vuelven amarillos.
LED RGB:
En el caso de los LED RGB, en una carcasa se encuentran tres LED, cada uno con su propio color. Los colores se pueden controlar por separado. Para controlar el LED RGB, se requieren tres controles PWM, que generan una relación de encendido/apagado ajustable en cada pin de alimentación. Además de los diferentes colores, también se puede ajustar la intensidad de la luz.
En la siguiente imagen vemos tres LED, cada uno con su propia conexión de Ánodo (A1 a A3) y un Cátodo común.
