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Detalhes
Categoria: Iluminação
8 de Outubro de 2010

Soluções de energia para aplicações LED

Soluções alimentares1Com a chegada desta nova geração de produtos LED ao mercado, o número de LED utilizados em produtos (de iluminação e outros) está a crescer exponencialmente. Os LED estão a encontrar espaço em novas aplicações, desde as lanternas e faróis dos veículos até à retroiluminação de TVs LCD. De um modo geral, o principal fator por detrás do crescimento dos produtos de iluminação LED é o aumento da eficiência (mais lúmens de luz gerados por watt de energia consumida) que a tecnologia LED proporciona.

 
De um modo geral, o principal fator que impulsiona o crescimento dos produtos de iluminação LED é o aumento da eficiência (mais lúmens de luz gerados por watt de energia consumida) conseguido pela tecnologia LED.

Os LED têm requisitos elétricos diferentes em comparação com as lâmpadas incandescentes que os antecederam. Além disso, a solução de alimentação ideal para controlar LEDs varia em função do nível de potência e dos requisitos gerais do sistema.

Nas soluções de iluminação tradicionais (como as lâmpadas incandescentes), a carga apresenta-se como resistiva. O consumo de energia, e consequentemente a intensidade da luz, era função da tensão aplicada à lâmpada e da sua resistência (de acordo com a lei de Ohm). A intensidade aumenta ou diminui consoante a tensão de entrada. Considere, por exemplo, os faróis de um veículo quando o motor é ligado; enquanto o motor está em funcionamento, a tensão da bateria é baixa e, por isso, os faróis diminuem a intensidade. Assim que o motor está a trabalhar, a tensão da bateria recupera e os faróis atingem a sua intensidade normal.

As soluções de iluminação LED comportam-se de forma fundamentalmente diferente da luz incandescente. A intensidade dos LEDs é controlada pela modulação da corrente, e a resistência da carga do LED varia com a carga aplicada. Em vez de utilizar uma tensão e resistência constantes para manter uma intensidade de luz constante, um LED requer uma corrente constante. A forma de o conseguir varia consoante o nível de potência do LED.
Para um LED de muito baixa potência, um circuito como o apresentado na Figura 1 é simples e quase sempre suficiente. A resistência efetiva do LED é muito pequena em comparação com R, pelo que a corrente que o atravessa é determinada por V/R. As desvantagens são as seguintes:

1) A intensidade é função da tensão. Uma alteração em V provocará uma alteração na corrente e, portanto, na intensidade do LED. Voltando ao exemplo anterior do farol de um veículo, a luz permaneceria fraca enquanto o motor estivesse a arrancar.
2) A solução não aproveita os benefícios oferecidos pela eficiência dos LEDs. Como R é muito grande em comparação com a resistência do LED, a maior parte da potência é dissipada em R.

Soluções Alimentares 2Para LEDs de alta potência, é necessária uma solução com controlo de corrente para maximizar a eficiência do LED. A Figura 2 apresenta um exemplo desta solução.
O regulador PRM do chip V•I e o transformador de tensão VTM foram concebidos para fornecer uma tensão regulada. Para utilizar o PRM e o VTM para alimentar um LED, o funcionamento do PRM deve ser modificado para fornecer uma corrente regulada. Isto é conseguido pela incorporação de um amplificador e compensador de corrente.
A utilização do PRM e do VTM para fornecer uma corrente constante oferece diversas vantagens em relação às técnicas convencionais. A introdução de um VTM num sistema proporciona a multiplicação da corrente no ponto de carga. A corrente de saída de um VTM é proporcional à sua corrente de entrada, de acordo com uma razão fixa, K, como se mostra na equação:
Assim sendo, numa aplicação com controlo de corrente, a corrente de entrada do VTM pode ser medida e regulada para controlar a corrente de saída. Medir uma corrente mais baixa requer um sensor mais pequeno, que dissipa menos energia e melhora a eficiência global. Os chips V•I proporcionam uma elevada eficiência e uma elevada densidade de potência, resultando num sistema LED pequeno e de baixa temperatura que maximiza o fluxo luminoso em lúmens por watt dissipado.

Uma importante vantagem adicional é que a corrente que atravessa o LED (IOUT na equação anterior) não é função da tensão de entrada. Portanto, no nosso exemplo do farol de um veículo, a intensidade do LED permaneceria constante enquanto a corrente através do LED permanecesse constante, independentemente da tensão da bateria. Isto é possível porque o PRM representa uma resistência negativa variável que pode mudar com V, permitindo assim que uma corrente constante seja mantida. Mais importante ainda, a resistência do PRM é efetiva, e não real, o que significa que a perda de potência é mínima e não é função do valor da resistência efetiva. Assim sendo, a maior parte da potência é perdida no LED, tornando esta solução tão
eficiente e eficaz como o
próprio LED.
Entre as desvantagens desta solução está a sua complexidade; obviamente, é uma solução mais complexa do que a apresentada na Figura 1 e, por isso, a sua implementação requer mais dedicação e um planeamento cuidadoso. Com a sua maior complexidade vêm também custos mais elevados, pelo que esta solução é mais apropriada para LEDs de maior potência, para os quais a poupança de energia (e a poupança no custo de energia para o funcionamento do LED) compensam o aumento do custo e da complexidade.

Em síntese, existem diversas soluções de alimentação para LEDs, desde as mais simples às mais complexas. Os limitadores de corrente resistivos (Figura 1) são simples e baratos, no entanto ineficientes e inadequados para LEDs de alta potência. As fontes de corrente ajustáveis ​​(Figura 2) maximizam a eficiência e o tamanho, mas são mais caras e complexas. Contudo, as fontes de corrente ajustáveis ​​oferecem vantagens adicionais, como a imunidade a flutuações na tensão de entrada, o que pode ou não ser importante para os objetivos gerais do sistema. O projetista de uma fonte de alimentação para LEDs deve estar familiarizado com as diferentes soluções de alimentação disponíveis, bem como com os objetivos gerais do sistema.

 

Autor: Paul Yeaman, Victor

 

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