La tensión de red de 220V AC tiene dos características que se deben considerar cuando usamos LEDs: la primera es la elevada tensión, la segunda es el cambio de polaridad 50 veces por segundo (en algunos países 60 veces por segundo).
El problema es que los LEDs funcionan solo con una polaridad, es mas, si aplicamos una tensión elevada con la polaridad opuesta, estos se rompen.
En la figura muestro una parte de hoja técnica (datasheet) de un clásico LED rojo de 5mm de diámetro donde podemos observar claramente la máxima tensión inversa (reverse voltage) que el LED resiste: 5V, realmente muy baja. Por lo tanto, en el semiciclo de la tensión alternada en el cual el led se encuentra polarizado en directa este último conduce y se enciende mientras en el semiciclo siguiente el LED se polariza en inversa y como consecuencia se rompe.
La solución mas simple para evitar este problema consiste en conectar en paralelo con el LED un diodo común. Este último conduce cuando el LED no lo hace, manteniendo la tensión en las patitas del led muy baja (cuando un diodo normal de silicio conduce la tensión entre sus patitas es de 0,6V). Por lo tanto en un semiciclo conduce el LED mientras que en el otro conduce el diodo. Una cosa interesante de esta configuración es que los dos componentes se ayudan entre si porque el diodo “protege al LED” per también el LED protege al diodo (cuando este último no conduce). Esto nos permite de usar un diodo rectificador de cualquier tipo (inclusive diodos con tensión inversa menor de 220V).
Un defecto de la configuración propuesta es que el LED se enciende la mitad del tiempo y por lo tanto la luminosidad no será máxima pero suficiente para aplicaciones de señalación.
La formula para calcular le resistencia es:
R = V / I
R = (Vac - Vled) / I
En nuestro caso, debido a que la tensión de alimentación (Vac = 220V) es mucho mayor que la tensión característica del LED (Vled entre 1,2V y 3,7V) esta ultima podemos no considerarla en nuestra fórmula porque despreciable. La ventaja de esto (mas allá de simplificar la fórmula) e que nos permite conectar cualquier tipo de led sin deber modificar el valor de la resistencia. Por lo tanto, con una corriente de LED de 10mA obtenemos:
R = Vac / I
R = 220V / 0,01Amp
R = 22.000 ohm (22K)
La potencia disipada por la resistencia es elevada por lo tanto es oportuno calcularla:
P = I * I * R
P = 10mA * 10mA * 22.000 ohms
P = 2,2 Watt
Nos conviene usar una de 3 Watt para estar tranquilos.
No obstante el consumo de nuestro circuito es relativamente bajo (2,2W), casi la totalidad de la potencia se disipa en la resistencia en forma di calor y una parte casi insignificante como luz en el LED.
Variaciones sobre el tema
Hemos visto que para proteger el led contra la tensión inversa se usa un diodo rectificador polarizado inversamente respecto al LED. De esta manera, durante el semiciclo negativo, la corriente pasa por el diodo en vez que por el LED. Por lo tanto, non obstante, el led se enciende solo la mitad del tiempo, la corriente pasa por la resistencia en ambos semiciclos. Propongo dos variaciones al circuito original: la primera consiste en reemplazar el diodo rectificador por otro led para aprovechar el semiciclo negativo que no usábamos.
La segunda variación, partiendo del circuito con un led original consiste en agregar un segundo diodo rectificador en serie para interrumpir la corriente en el semiciclo negativo y por lo tanto lograr disminuir la potencia de la resistencia.
Recuerdo que el diodo en paralelo con el led es necesario para evitar que la tensión inversa dañe el LED. Esto vale también si agregamos el segundo led en serie. Con esta solución, la potencia sobre la resistencia serà de 1,1 Watt por lo tanto podemos usar una de 2 Watt para estar tranquilos.
ORIGEN DEL PROYECTO: www.inventable.eu
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