Alimentadores y drivers para el LED (1ª parte)

Un led es un dispositivo semiconductor que emite luz visible únicamente cuando cuenta con las condiciones eléctricas adecuadas. Pero para conseguir estas condiciones, generalmente necesitamos un mecanismo auxiliar externo, ya sea una fuente de alimentación o un driver que regule la energía recibida de la red y que aporte al diodo los parámetros eléctricos correctos.

Como sabemos, el led es una lámpara de estado sólido (SSL) yesto significa que no tiene filamentos, ni gases, ni cápsulas de vidrio, y por tanto carece de algunas limitaciones que tienen las lámparas incandescentes o las de descarga. En cambio, los sistemas SSL tienen sus propias necesidades eléctricas para funcionar. Sólo la tensión y corriente adecuadas permitirán al led funcionar durante decenas de miles de horas con una elevada eficiencia lumínica yconservando altas prestaciones de calidad de luz, tonalidad de color, reproducción cromática etc.

Existen algunos dispositivos led que “evitan el driver”, es decir que no existe un elemento exterior entre la red eléctrica y el sistema led. Pero en realidad, la fuente de alimentación sí existe y está de alguna forma incluida en el mismo circuito impreso, junto al led. Este sistema empezó siendo una excepción, a propuesta por un solo fabricante, pero observamos que puede convertirse en una tendencia más generalizada en los próximos años, ya que son bastantes los fabricantes que la están investigando actualmente.

1.- ¿Cómo se alimenta un led?
Generalmente el diodo led necesita un valor continuo de tensión, aplicado entre su ánodo y su cátodo, de forma que, debido a la propia resistencia o impedancia del dispositivo, deje pasar una corriente, que a su vez, permitirá el choque de electrones y la liberación de energía en forma de radiaciones, tanto de calor como de luz.

Aplicando una tensión contínua y adecuada entre sus extremos, (la tensión del ánodo ha de ser mayor que la del cátodo) y por tanto una corriente de paso limitada y concreta a través de él, se logra esa emisión de luz útil (la emisión que está dentro del espectro visible). Si las condiciones eléctricas cambian, porque la fuente de alimentación sea variable, por ejemplo aumentando la intensidad de paso, el número de choques de electrones también aumentará, generando más luz pero al mismo tiempo también más calor, y por tanto reduciendo la eficacia global del sistema (medida en lm/w).

En las imágenes, esquema simple de un diodo led (izquierda) y esquema de la conexión de una fuente de alimentación para led en serie

En cambio, si disminuimos la corriente de paso, el diodo trabajará menos estresado y con mayor eficacia en lm/w, pero el flujo total emitido por este diodo led será bajo, ante lo cual necesitaremos mayor número de diodos led para tener la misma cantidad de luz que precisamos.

El equilibrio entre necesidades económicas, (es necesario considerar el coste, que aumenta por la mayor cantidad de ledes a instalar), lumínicas (cantidad de flujo luminoso que necesitamos para una aplicación concreta) y técnicas (necesidad de gestionar correctamente el calor emitido en la unión del semiconductor, entre otras) permitirá dimensionar adecuadamente tanto el sistema led como su alimentación.

Imágenes de dos Drivers para led

2.- Tipos de alimentación del led
Hemos hablado de fuentes de alimentación, de drivers, y de alimentación variable, pudiendo ser ésta última considerada alimentación por corriente constante, o por tensión constante. Hemos comentado también los sistemas que no incluyen drivers externos sino internos, sobre el propio circuito. Pero, ¿cuáles son las diferencias entre estos sistemas ypor qué debemos utilizar unos u otros? Trataremos de explicarlo de forma muy resumida.

• Fuente Alimentación. Generalmente funcionan con una tensión de salida prefijada, tanto con carga conectada como sin ella.
• Driver. Suelen usarse drivers de corriente constante, la tensión de salida varia un poco según el número de ledes conectados.
• Driver variable. Permite ajustar el nivel de intensidad de salida, trabajando entonces el led con distintas potencias.
• Tensión constante. Esta solución, en iluminación led, disminuye el rendimiento global del sistema. No es recomendable.
• Corriente constante. El led funciona con una corriente fija, dentro de un rango aceptable. Cuando varia, varía la potencia. Esta corriente de salida es fija e independiente del numero de ledes conectados, dentro de la capacidad y potencia del driver.
• Tensión directa (sin driver externo). Sólo algunos ledes usan esta tecnología. Tiene ventajas pero también inconvenientes.

La fuente de alimentación es un mecanismo eléctrico /electrónico que se utiliza para garantizar los parámetros estables que necesita cualquier sistema eléctrico para su funcionamiento. Cuando usamos la tecnología led, esta fuente de alimentación recibe el nombre de driver, el cual puede ajustarse a las necesidades concretas de cada tipo de led.

Un driver dimerizable permite ajustar la intensidad eléctrica -medida en miliamperios- para obtener la potencia que necesitamos, aplicando una tensión constante. También podríamos trabajar con diferentes tensiones de entrada al led, (para cada led existe una tensión nominal de funcionamiento ).

Como breve ejemplo, un led que funcione a tensión 3,0 V, y una intensidad nominal de 350mA, tendrá una potencia nominal de 1,05 W. Si hacemos funcionar este led a una intensidad constante de 700 mA, su potencia será de 2,10 W aproximadamente, siempre que la tensión se mantuviera invariable en los 3,0 V. Con 3,0 V y 1.050 mA, la potencia será de 3,15 W. El mismo led, funcionando con potencias cada vez mayores, generará mayor cantidad de luz, pero perderá rendimiento, como ya hemos comentado antes.

Para los que deseen ampliar estos conceptos, están muy bien explicados en las páginas de algunos fabricantes de drivers. Recomiendo especialmente por ejemplo la página de ELT, fabricante de Zaragoza que, en mi opinión, se ha incorporado tarde a la tecnología led, pero en cambio, lo ha hecho correctamente, y con éxito. Pueden leer más en su blog oconsultar el artículo “ Iluminación LED: lo que necesitas saber ”, de David Blas.

El fabricante Seoul Semiconductores, hace años que trabaja con el sistema Acriche, que ahora ya está en la versión Acriche3, no utilizando un driver externo y aplicando la tensión de red directamente a la placa donde se encuentran los ledes. En el mismo circuito, sobre esta misma placa, se encuentran también ubicados los componentes electrónicos que permitirán al led funcionar. En este caso, al tener una alimentación de corriente alterna, la forma de la tensión que recibe el led es distinta, pues es una onda modulada, en lugar de una tensión continua y positiva. Esto produce un diferente resultado sobre la emisión de luz del led, y el rendimiento se reduce ligeramente, entre otras consecuencias. Más info en el website de Seoul semiconductors .

Fuent e de alimentación para led (izquierda) e imagen del Acriche3

3.- Parámetros importantes para escoger la alimentación del led
Brevemente, en nuestra opinión los factores más determinantes para escoger la alimentación del led son la propia fiabilidad del sistema, su vida útil, la garantía del fabricante, la eficiencia del sistema (el % de pérdidas menor posible), el factor de potencia, y la capacidad de regular o dimerizar para adecuarse a las necesidades lumínicas.

• Eficiencia del sistema (% de pérdidas). El rendimiento global en lm/w depende del led, de las ópticas, de la gestión del calor, pero también del rendimiento propio de la fuente de alimentación o driver.
• Factor de potencia. Algunos drivers “de bajo coste”, que tienen un factor de potencia bajo, producen descompensaciones en la carga de las líneas eléctricas, y graves pérdidas económicas por excesivo consumo.
• Vida útil. Debe ser mínimo de 50.000horas. Es importante que la vida útil del driver no limite la vida del conjunto.
• Necesidad de controlar / dimerizar. Cada situación de iluminación puede tener distintas necesidades lumínicas a lo largo de una jornada o periodo de tiempo, y por tanto precisará un driver adecuado, dimerizable.
• Garantía del fabricante. Estimamos como mínimo una garantía de cinco años, pero algunos fabricantes ya están ofreciendo 7 años, o más. Si el sistema led deberá funcionar durante 50.000 o incluso 100.000 horas, es lógico que el driver tenga garantizada la vida útil más larga posible.

Imágenes de Drivers dimerizables para led, a la izquierda uno de Lutron y a la derecha el Philips Xitanium

Como conclusión, es importante decir que el driver es un elemento del todo imprescindible yque su calidad incide directamente en el resultado final del sistema led, por tanto no podemos pretender ahorrar costes en este elemento si esto significa una pérdida de rendimiento y de fiabilidad del conjunto. Una mayoría de expertos consideran que el driver es uno de los puntos débilies del sistema led, según hemos podido comprobar en foros sobre esta tecnología.

El capítulo sobre alimentación y drivers se ampliará en próximas entregas.
Texto de Alfred Sá

Alfred Sá se dedica a la iluminación desde 1986. Es ingeniero técnico industrial en electricidad y Lighting Designer. Es propietario del estudio independiente NUR L+D, y miembro profesional senior de APDI. En 2015 ha publicado el libro “Aplicaciones del LED en diseño de iluminación”, en el cual iCandela también ha colaborado como media partner.

Puedes enviar tus consultas sobre cualquier aspecto relacionado con el LED a la dirección de correo alfred-sa@nurlighting.com . Encontrarás información sobre el libro Aplicaciones del LED en diseño de iluminación en www.marcombo.com .

Más información: alfred-sa@nurlighting.com y www.marcombo.com .