Fonte para Led

Quando decidi fazer iluminação com leds descobri que o modo de alimentação desses diodos de luz é crítico. O modo mais comum é utilizar um resistor em série para limitar a corrente consumida pelo led. Mas um modo melhor é projetar e montar um driver para leds que permita um desempenho muito maior. Esta página descreve a criação da placa abaixo, uma fonte de corrente contínua para alimentar até 15 leds: três conectados em série em cada uma das cinco saídas.

Driver para leds

Usando um resistor

Para determinar qual é o melhor valor de resistor é só utilizar a equação R = (Vf-Vl)/Il, onde R é a resistência do resistor em Ohms, Vf é a tensão da fonte em Volts, Vl é queda de tensão para o LED em questão e Il é a corrente que ele pode suportar com segurança.

O led, como qualquer diodo, possui uma queda de tensão (quase) constante, que varia de acordo com sua cor e tamanho conforme a tabela mostrada no final da página (clique aqui para ver agora). Tiramos dela a informação que a queda de tensão de um led 5 mm de cor branca pode variar de 3,2 até 4,3 V, tendo como tensão típica (média) 3,5 V. E a corrente máxima que ele suporta continuamente é 30 mA (ou 0,030 A).

Led e Resistor

Aplicando a equação e usando a tensão típica do led e uma fonte de 12 V temos que R=(12-3,5)/0,030; portanto R = 283 Ω.

Então agora é só conectar um resistor de 283 Ω em série com o Led? Apesar de muito simples essa solução trás alguns problemas. O primeiro problema é que só existem resistores de 270 Ω ou de 330 Ω. Deverímos escolher o de 330 Ω: uma queda de 4 mA na corrente. Mas e se a queda de tensão do led for 4,3 V? A corrente para esse led com um resistor de 330 Ω será de 23 mA. Queríamos 30 mA!! Se você ainda considerar que tanto a queda de tensão do led quanto a resistência do resistor variam com a temperatura, daí sim complica.E, finalmente, vamos calcular a potência dissipada pelo led e pelo resistor: P=IxV, onde I é a corrente e V é a tensão. Se o led apresenta queda de 3,5 V, sobram 8,5 V para o resistor. A corrente que passa por ambos é a mesma, então a potência dissipada pelo led é igual a 0,105 W. E a do resistor, 0,255 W. Estamos dissipando mais potência no resistor do que no led!!

Uma forma de melhorar esta relação de potências é conectar mais de um led, em série:

Dois leds e resistor

Conectando dois dos nossos leds brancos teríamos uma queda de tensão de 7 V e sobrariam somente 5 V para o resistor. Muito melhor! Pelo menos na teoria… na prática, aplicando os extremos das variações de quedas de tensão dos leds teríamos de 6,4 V até 8,6 V!! Escolher um resistor para ambas combinações não funciona: ou queimamos os leds de menor tensão ou então os leds de maior tensão não vão iluminar tanto quanto deveriam. Ainda temos a questão da variação da tensão da fonte: se for uma bateria de 12 pode variar de 13,8 até 11 V!!

Se o led for utilizado para iluminação é necessário ficar o mais próximo possível da corrente máxima do led para que ele propicie maior iluminação, independente da queda de tensão que o led tenha. Concluindo: esse sistema do resistor não serve para isso.

A fonte de corrente

Pensando em uma forma melhor de alimentar leds para iluminação defini que o ideal seria uma fonte de corrente constante. Diferente de uma fonte de tensão, que fornece digamos 12 V e de acordo com a carga a corrente varia, uma fonte de corrente varia a tensão de acordo com a carga. Projetando uma fonte de 30 mA, teríamos sempre 30 mA nos leds, não importando se a queda de tensão é de 6,4 ou de 8,6 V. Procurando na internet pelo esquema mais simples de fonte de corrente encontrei o que é chamado de “gated constant current source“, que utiliza dois transistores para regular a corrente, como no esquema abaixo:

Fonte de Corrente

Este circuito funciona da seguinte forma: sempre que houver corrente disponível pelo resistor R2, a corrente do transistor T1 é limitada àquela que disponibiliza tensão suficiente no resistor do emissor R1 para T2 entrar em condução. Esta tensão é aproximadamente 0,6 V, e a corrente disponibilizada para o led é a mesma que passa por esse resistor R1. Podemos utilizar a lei de Ohm para definir este resistor: R=V/I. Se quisermos 30 mA, por exemplo, R = 0,6/0,03. O resistor, portanto, deve ter 20 Ω. E controlando se disponibilizamos ou não tensão ao R2 podemos ligar ou desligar o led com muita facilidade.

O circuito

A partir deste circuito básico criei o esquema abaixo: uma fonte de corrente completa para ser alimentada por bateria de 12 V. Clique para ampliar.

Fonte para Leds

A fonte está dimensionada para oferecer 20 mA na saída, e até 3 led’s brancos podem ser conectados em série para uma bateria de 12 V. O conector inferior oferece um controle individual para ligar e desligar cada saída. É só colocar uma chave entre o terra (GND) e cada uma das saídas (pinos 2 a 6). O pino 7 oferece 5 V na sua saída, para se caso for utilizado um sistema de indicação nos interruptores. Os resistores de 33 Ω podem ser alterados para a corrente que desejar.

O projeto

Para aqueles que quiserem montar uma fonte igual a minha, aqui vai o layout da placa de circuito impresso (PCI):

PCI - Lado das trilhas

Quanto ao posicionamento dos componentes, utilizar o esquema abaixo. Uma nota muito importante: se forem utilizados transistores 2N2222 conectar como a figura demonstra. Se for utilizar BC547 (como eu fiz) os diodos devem ser montados girados 180º como na foto abaixo.

PCI - Lado dos componentes

Montagem dos componentes

Tabela de informações sobre leds

Dados de referência - Led