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- Categoria: Iluminação
Soluções de energia para aplicações LED
Com 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.
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.
Para 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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