Módulos LED de funcionamiento en corriente constante

Jueves, 8 Mayo, 2014

El pasado 3 de abril, publicamos en el blog de ELT el artículo “Fuentes de alimentación para módulos LED”, que explicaba el funcionamiento de estos dispositivos conocidos como “drivers de LED”.

Siguiendo en esta línea, vamos a completar el citado artículo analizando otra parte importante de la luminaria: los módulos LED en corriente constante.

Los módulos LED son dispositivos diseñados para obtener una fuente de luz basada en la capacidad del diodo LED como emisor de luz, al ser atravesado por una corriente eléctrica. 

El funcionamiento de los módulos LED dependerá de la elección correcta del driver que lo alimente, teniendo en cuenta los parámetros definidos para el módulo. Y estos son los parámetros que vamos a analizar en el actual artículo.

El comportamiento eléctrico, fotométrico, lumínico y térmico de un módulo LED vendrá determinado por:
- El LED elegido. El mercado nos ofrece a día de hoy múltiples solucione LED para diferentes aplicaciones y con características completamente diferentes.
- El circuito eléctrico
- La gestión térmica del sistema.

Aspectos que determinan el comportamiento de un módulo LED

Aspectos que determinan el comportamiento de un módulo LED

Elección de un LED – Binning
Durante el proceso de fabricación de los semiconductores LED surgen diferentes resultados en sus parámetros funda- mentales. Es por ello que los fabricantes los clasifican por bin como una forma de denominar a las diferentes clases o categorías obtenidas dentro de un mismo tipo de LED. Al proceso de testeo y clasificación de los LEDs en cada una de las categorías se le denomina binning.

La clasificación o los tipos de bines:
- Bin de Tensión Directa.
- Bin de Color.
- Bin de Flujo Luminoso o brillo.

Esto significa que el diseño de la fuente de luz o luminaria tendrá más o menos prestaciones dependiendo de la elección del bin realizado.

La utilización de un único bin en cada una de las categorías asegura una perfecta uniformidad.

Elipses de MacAdam – SDCM
Dentro de una misma temperatura de color podemos encontrarnos con diferentes tonalidades o uniformidades de color, por lo que ésta no nos proporciona información suficiente. Son las llamadas elipses de MacAdam las que caracterizan la homogeneidad del color.

Estas elipses se representan dentro del diagrama cromático y nos podemos encontrar con diferentes tamaños, tal y como muestra la siguiente figura:

Diagrama cromático

Diagrama cromático

La escala de medición de estas elipses viene determina- da por la desviación estándar de combinación de colores (SDCM – Standard Desviation of Color Matching).

La forma de medida de la uniformidad de color del módulo se realiza trazando las diferentes elipses entorno al cuadrante de la temperatura de color elegida. El número de SCDM vendrá determinado por aquella elipse que contenga todos los valores de bines de color empleados en el módulo.

SDCM o pasos de Elipses de MacAdam

SDCM o pasos de Elipses de MacAdam

De modo que cuanto menor es el tamaño de la elipse menor desviación de color se obtendrá. De una forma general se puede decir que el ojo humano responde a la siguiente clasificación:
- 1 SDCM: No existen diferencias de color.
- 2–4 SDCM: Apenas existe una diferencia visible.
- 5 o más SDCM: Es fácilmente perceptible.

Circuito eléctrico
A la hora de diseñar un módulo LED hay que identificar los requisitos de partida. Estos normalmente suelen ser eléctricos: tensión y corriente, y fotométricos: Lúmenes. Los resultados y calidad resultante vendrán determinados tanto por la distribución de los LEDs dentro del módulo como por su conexión eléctrica interna.

En los módulos LED alimentados en Corriente Constante el conexionado eléctrico interno está basado en la concatenación de LEDs en serie formando una rama, la conexión en paralelo de varias ramas configuran el módulo LED.

Circuito eléctrico de un módulo LED

Circuito eléctrico de un módulo LED

Cálculo de tensión de salida del módulo

Cálculo de tensión de salida del módulo

El número de LEDs en serie que se conectan por cada rama determina la tensión de salida del módulo, ya que esta es la suma de las tensiones en directa de cada uno de los LEDs (VTOTAL = VLED_1 + VLED_2 + … + VLED_N).

Por tanto, la tensión de salida dependerá del bin de tensión elegido. Dispersiones importantes por no realizar una adecuada elección del bin de tensión, puede hacer trabajar desequilibradamente a los LEDS independientes provocando calentamientos dispares acortando su esperanza de vida.

La corriente que circula por cada LED es igual a la corriente de entrada (IIN) divida por el número de ramas (ILED = IIN / No ramas).

Distribución de la corriente en el módulo

Distribución de la corriente en el módulo

El fabricante del módulo define la corriente de entrada (IIN) en función del número de ramas, basándose en que cada tipo LED posee una corriente típica de funcionamiento, de- terminada por el fabricante del LED para asegurar:
- Alargar su vida útil, ya que, la temperatura del LED es menor cuanto menor es la corriente que lo atraviesa.
- Obtener la luminosidad y color deseados. Si se alimenta a una corriente diferente estos dos parámetros se verán modificados.

Gestión térmica
Para un correcto uso de los módulos LED, es necesario prestar especial atención a los resultados térmicos de la luminaria. Una buena gestión térmica basada en un correcto diseño del módulo y de una buena disposición y montaje en la luminaria permitirán alcanzar la máxima fiabilidad y el óptimo funcionamiento.

Especialmente, la temperatura ambiente tiene una influencia directa en la eficacia del sistema y la vida media de los módulos, incluso puede incidir directamente sobre la temperatura de color y apariencia de la luz emitida.

Medición Térmica

Medición Térmica

La temperatura de los módulos depende básicamente de:
- La temperatura de funcionamiento del propio diodo LED, Tj ó temperatura de la unión. Esta será más alta a medida que la intensidad eléctrica que lo atraviesa se acerque al valor máximo permitido por el módulo.
- La temperatura ambiente Ta que rodea al módulo
- La disipación térmica entre el módulo y la luminaria o apoyo dentro de ella.

Para facilitar al usuario la interpretación y correcta aplicación, ELT define el punto Tc o punto de test dentro del módulo para que de una forma rápida, se pueda evaluar el resultado térmico del sistema.

Recomendamos medir la temperatura en el punto Tc del módulo y que esta no sea superada, de lo contrario su esperanza de vida se verá mermada de forma exponencial. Valores por debajo de este punto aumentan considerablemente la vida de los LEDs.

Marta Forcén

Marta Forcén, ingeniero I+D+i

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