Aspectos de diseño:
1. Alimentación
Escoger o diseñar una fuente de alimentación adecuada para un dispositivo implica la consideración de diversos factores dependientes de la aplicación y del entorno de operación. Pero existe un criterio de diseño fundamental que es causa recurrente de confusión para el diseñador principiante y en ocasiones también para el que no lo es tanto. Esto es: el concepto de fuente de tensión vs. fuente de corriente.
En el caso particular que nos ocupa (alimentar LED’s de potencia) el error de concepto se manifiesta frecuentemente mediante consultas tales como: “¿qué valor de resistencia utilizo?” o peor: “¿los puedo conectar a 12V?” o peor aún: “¿los puedo conectar directo a la batería de un auto?” Veamos un par de definiciones.
Fuentes de tensión
Son las fuentes de alimentación que encontramos en prácticamente cualquier circuito. Proveen tensión constante, entregando corriente de acuerdo a la resistencia de carga del circuito.
Fuentes de corriente
Al contrario que las anteriores, proporcionan corriente constante con independencia de las variaciones de resistencia del circuito, ante lo cual, reaccionan ajustando la tensión de salida, de forma tal que la corriente se mantenga invariante. Es decir, el valor de corriente es constante independientemente del valor de la carga conectada.
Driver de corriente constante
La curva V/I de cualquier LED de potencia es exponencial, tal como lo ilustra la imagen que tomamos con ejemplo, perteneciente a un LED Cree XP-G2. Nótese cómo un incremento de sólo un 5% en el voltaje inicial (2.74V to 2.87V) implica un incremento de un 100% en la corriente (350mA a 700mA (ver marcas rojas)).
Figura 1
Siguiendo con el ejemplo, en la figura 2 se especifican las corrientes máximas y curvas de degradación para diferentes condiciones de temperatura ambiente.
El LED drena mayor corriente conforme cambian sus características eléctricas debido al incremento de temperatura ( el Voltage Forward decrece a razón de 2mV/°C ).
Cuando un dispositivo LED se polariza con valores cercanos a sus límites sin utilizar fuentes de corriente constante, su comportamiento térmico intrínseco provocará un incremento de corriente más allá de los límites (especialmente en ambientes cálidos) y con ello, un exceso de calor para el sistema con la consecuente degradación y acortamiento de la vida útil del dispositivo y eventualmente su fallo. Este proceso es llamado thermal runaway y es la razón por la cual se deben alimentar los LED’s de potencia con fuentes de corriente constante, y no con fuentes comunes de tensión. Ya que las primeras, ante la variación de la resistencia eléctrica interna del LED, se encargan de mantener la corriente estable previniendo el efecto thermal runaway.