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Substituir lâmpada halogéneo por LEDs?

Discussão em 'Electrónica' iniciada por WindWalker, 28 de Maio de 2009. (Respostas: 17; Visualizações: 11334)

  1. WindWalker

    WindWalker Power Member

    Olá,

    Tenho um candeeiro com um transformador 230/12V 35W, e estive a pensar se seria viável substituir a lâmpada por um circuito de LEDs. O candeeiro tem também um interruptor que selecciona no secundário entre ~12V e ~9.3V (medições em vazio).

    Ora bem, eu tenho a solda, o ferro, uma placa de circuito impresso de pontos (nunca usada :\), penso que só precisaria dos LEDs e de díodos para um rectificador de onda completa ou um rectificador integrado e um condensador de capacidade considerável (1000~2000uF?).

    Mas... será viável em termos monetários? É que não sei quantos LEDs e com que características (intensidade luminosa) seriam necessários para substituir a lâmpada de halogéneo. É só para iluminar a secretária.


    Obrigado desde já.
     
    Última edição: 28 de Maio de 2009
  2. Tiago@Rosetta

    [email protected] [email protected] Member

    Tenho comprado lampadas de led para casa pela net. Tenho substituido os focos de 50 watts por umas de 60 leds. O consumo é de 2 watts por lampada... mas a luz não é tão forte como a de halogeneo. Se calhar não é bem isto que queres mas dá uma espreitadela:
    Del-ko
     
  3. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    Podes não precisar de rectificador nem de condensador. Sendo assim cada led só vai ficar aceso praí 30% do ciclo da sinusoide, mas podes aumentar a amplitude desta (colocando menos leds em série) para terem o mesmo brilho como se tivessem em regime contínuo (porque eles têm tempo para arrefecer no tempo morto). Alguns leds tem mais têm mais eficiência assim...

    Os leds vão fazer flicker a 50Hz. Mas podes colocar outros com polaridade inversa, ficando metade acesso no semiciclo positivo e a outra metade acesa no semiciclo negativo (flicker @ 100Hz)...


    Podes rectificar sem condensador, e assim eles vão fazer flicker a 100Hz, mas a amplitude não pode ser tão alta como no caso anterior.. Com condensador grande não há flicker, mas ficas com um trambolho a ocupar espaço. E a tensão de cada led tem de ser menor do que nos casos anteriores, senao puff...:004:

    Número de leds precisos para substituir uma lampada só vendo pelos lumens/lux (datasheet do led) e comparar com a lampada.


    Cumps
     
  4. WindWalker

    WindWalker Power Member

    Percebo-te. Pode ficar qualquer coisa assim:
    [​IMG]


    Os díodos D1N4148 foram escolhidos apenas para exemplo, não sei onde ir buscar um modelo para o SPICE de um LED branco de alto brilho.


    Por causa da queda de tensão nos díodos rectificadores?

    Isto não percebi :z

    O condensador, por assim dizer, estabiliza a tensão, e pensando em termos de passa baixo, a tensão na saída 'da rectificação' é aproximadamente o valor médio da sinusóide rectificada. Até aí percebo, mas não percebo a 'tensão de cada LED tem de ser menor'. A tensão aos terminais do LED ser menor não implica menor corrente no LED? Ou a tensão imposta aos terminais, para um LED de menor tensão nominal, não implica mais corrente?


    Pois, eu encontrei isto: http://ledsupply.com/5mm-leds.php?gclid=CIa5kZ6so5sCFdUB4wodjVZ7DQ

    Eu sei que a intensidade (medida em candela) é I = F/W, em que F é o fluxo luminoso e W o ângulo sólido, mas não sei fazer as contas para uma superfície ±circular em termos de ângulo sólido.

    Depois, as lojas nunca costumam ter fabricantes associados aos LEDs que vendem, não sei como vou obter esses dados. Talvez fosse melhor trabalhar com uma estimativa.



    Emprestaram-me 6 LEDs de alto brilho, e usando 5, alimentados a 15.9V (valor DC) a corrente era de 15mA, portanto tinha ~3.18V por LED. Tinham um ângulo de abertura muito pequeno.
     
    Última edição: 24 de Junho de 2009
  5. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    Ok admito que o meu post tenha sido um bocado confuso...

    É assim, imagina um LED em que Vf = 3V e If = 30mA (como se fossem valores nominais ou recomendados num datasheet).

    Se usares rectificação com condensador tens de cumprir estas especificações.

    No entanto se mandares o condensador fora, vais estar a aplicar uma tensão ao conjunto (R+LED) que é um módulo do seno ou coseno.
    Nos instantes em que o seno é menor que 3V o LED vai estar apagado, o que implica que exista um tempo em que o LED arrefece. Isto permite ir "out-of-spec" e aumentares a corrente que circula no LED nos picos, de tal modo que o valor médio num período seja 30mA.

    Sem rectificação o tempo que o LED tem para arrefecer é muito maior (+ do que meio período), ou seja ainda se pode esticar mais a corrente instatânea que atravessa o LED, mas sempre cumprindo o limite médio de 30mA.


    Só que alguns LEDs funcionam melhor em regime pulsado (por exemplo se a curva caraterística luminusidade/corrente for uma parábola ou uma exponencial ou se a luminusidade diminuir com o aumento de temperatura). Neste caso o valor médio da luminosidade é superior, e no entanto o LED continua com uma média de corrente de 30mA... Se o led estiver em regime continuo, ele tem uma temperatura estável, mas em regime pulsado quando o pulso chega ao LED ele está fresco e pode dar (ou n) mais luz.




    Cumps
     
    Última edição: 24 de Junho de 2009
  6. WindWalker

    WindWalker Power Member

    Então o que eu vou fazer é, quando tiver os LEDs que quero, colocar o máximo possível em paralelo e ir ajustando uma resistência de uns 10k até ler num multímetro analógico (já que o meu digital não parece ser grande coisa para correntes pequenas) o valor nominal de If em modo DC.

    Se eu bem me lembro das minhas aulas de Instrumentação e Medidas, a 100Hz o ponteiro não vai oscilar :P por isso devo ler o valor médio sem problemas :002:

    Uma dúvida com que fiquei foi se me vou aperceber visualmente desse flicker. Não dá jeito estar a estudar e a intensidade luminosa estar a variar de forma perceptível :)


    Obrigado
     
  7. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    Isso do flicker depende de pessoa para pessoa... só experimentando. Mas duvido que notes alguma coisa a 100Hz

    E uma resistencia de 10k é gigante... a não ser que estejas a trabalhar com coisas do tipo 100V 8| e 10mA :-D


    Cumps
     
  8. WindWalker

    WindWalker Power Member

    Não era resistência que queria dizer, era resistência variável (na verdade é um potenciómetro, mas apenas vou usar dois terminais).

    Como vai dos 9,8 kOhm a ~0 Ohm e é de parafuso (bastante preciso), dá para experimentar muitos valores. E como é o único potenciómetro que tenho, é esse que vou usar :)
     
  9. WindWalker

    WindWalker Power Member

    Encontrei um daqueles 'focos de luz' para meter na cabeça, com 12 LEDs a 2,5€ nos chineses :p

    Tracei a característica de um dos LEDs usando a tal resistência variável para regular a corrente e ao mesmo tempo para a amostrar (porque o meu multímetro em amperímetro parece ser pouco exacto) e obtive isto:

    [​IMG]

    Para o parâmetro A, corrente inversa de saturação, o gnuplot - programa que realizou a regressão - determinou 9.06436E-6 A e para B, que é o factor de idealidade vezes a tensão não-sei-quantas, 0.576961 V


    Medi a tensão eficaz com o transformador em vazio, obtive 12.41 V pelo que fiz a simulação com Vin=raiz(2)*12.41*sin(2*pi*50*t).

    Depois de experimentar vários números de LEDs em série, sem usar resistência, obtive, para 3 LEDs e dois períodos do sinal de tensão:

    [​IMG]
    [​IMG]
    [​IMG]


    O Matlab deu-me estes resultados: "Meia onda: maximo=0.2295 media temporal:0.0291"

    Portanto um pico de ~230mA e uma média temporal de 29mA. Será 230mA excessivo?


    Depois tentei juntar uma resistência. Usando ponto a ponto os valores do sinal de entrada, tentei iterar considerando que, como o sinal é de variação lenta (50 Hz :x), o díodo funciona em regime DC em cada ponto. Ainda tenho alguns problemas com o script, não simulei sequer a parte negativa, mas para 2 LEDs e uma resistência de 100 Ohm:

    [​IMG]
    [​IMG]
    "Resistencia de 100: maximo=0.1186 media temporal:0.0311"

    Pico de ~119mA e média temporal de 31mA, potência dissipada na resistência (atendendo ao valor RMS da tensão aos seus terminais) de 53,9 mW.

    Aqui, como não fiz as contas para quando os díodos estão inversamente polarizados, não faço ideia se cada LED aguentaria (12.41*raiz(2)/2=)8,78V de tensão de polarização inversa sem entrar em disrupção, no entanto pelo menos a resistência limita a corrente a... 176 mA :X
     
  10. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    Bem, errrmm... aahhh... wooww.. ummm...
    Heh...



    *snap*

    Acho que a tua caracteristica ID(VD) devia ter mais pontos na parte de sub-condução e na parte de condução com correntes superiores (aqui é complicado porque era preciso ter um regime pulsado tipo uma onda rectangular (de amplitude variavel) com ~5% duty cycle e ver a corrente instantânea)


    Anyway isso são LEDs dos chineses com durablidade duvidosa, talvez não seja boa idea usar os 30mAavg. Qual era a corrente que os atravessava no aparelho quando o compraste?


    Estive a ver uma datasheet dum LED normal de 3mm e lá dizia que o Isurge máximo admissivel era 100mA, portanto arriscas-te a derreter o cristal com esses 230mA... Este LED é de 20mA. Lá tambem diz que a tensão inversa máxima é 5V (em que circula uma corrente de 10µA... wierd, não está na disrupção mas secalhar não deve faltar muito)...



    Portanto mete 3 LEDs em série com uma resistência de muito baixo valor (dezenas de Ohms), de maneira a que o pulso não exceda 0.1A e a media dê ~20mA. Talvez seja melhor a tensão ser rectificada com uma ponte (o problema da disrupção desaparece, e para o mesmo valor médio de corrente, o pico é menor)


    Já agora se tiveres os LEDs na disrupção não vai cair a tensão toda na resistencia (sao diodos, não são DIACs), ou seja um LED na disrupção vai cair nele a tensão de disrupção, e com leds em série é preciso exceder o somatório das disrupçoes de cada LED para eles entrarem na disrupção.. e aí a corrente é = Diferença de tensão / R


    Cumps
     
    Última edição: 2 de Julho de 2009
  11. WindWalker

    WindWalker Power Member

    :D

    Vou tentar obter mais pontos então :)

    Entendi por sub-condução os pontos de baixa/muito baixa corrente no LED.

    Lembro-me que liguei directamente o transformador que usei para os testes (daqueles com saída regulável discretamente de 1.5 a 12V) e a ~6.3V ficou muito quente, mas não fundiu. Provavelmente devo conseguir, se for rápido, medir até 5.5~6.0V.


    Bom, por 2.5€, se for preciso vai-se buscar mais :p

    A corrente era cerca de 10mA. Acho que não interessa muito, mas os LEDs estavam todos ligados em paralelo em série com uma resistência de 5.1 Ohm, alimentadas a 3.6V (três pilhas NiMH) e usando também essa resistência para amostragem da corrente obtive 111.8 mA e daí 9.32 mA médios por LED.


    Penso que os 3 mm se referem ao diâmetro. Se é assim, estes LEDs são de 5 mm. Não sei se há diferenças em termos de especificações, mas fica a informação.


    Bom, segundo os pontos que obtive, a corrente inversa de saturação vale ± esses 10µA (9.06).

    Mas se calhar o valor que eu obtive, como tenho poucos pontos em outras gamas de tensão, é uma má aproximação.


    Vou ver se simulo isso amanhã à noite também.


    Vamos ver... :)


    Pois não, eu estava a pensar no pior caso possível, em que não haveria queda de tensão nos LEDs quando polarizados inversamente.

    Com 5V daria então uns ((raiz(2)*12.41-2*4.5)/100=)76mA

    Mesmo com 3 LEDs, ainda atingiria 26mA.

    É uma questão a ser (bem) vista.



    Ah, e muito obrigado pelas respostas, sinto que me entendes quando 'falo' disto (só por acaso não és de Electrotecnia e afins? :))
     
    Última edição: 3 de Julho de 2009
  12. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    Eu tenho ideia que a curva está mal calculada, porque geralmente o tal B (nVT) deveria ser um valor entre 0.02 a 0.06 V...

    Não faças o LED aquecer muito com as correntes altas, porque vais tar a "deslocar" os pontos para esquerda no grafico, porque o VD desce com o aumento de temperatura, por isso é que sugeri o tal duty cycle baixo (para o LED não ter tempo de aquecer), mas precisas dum osc para tirar a tensão instantanea na R... Oh wait podes usar um multimetro true RMS e que meça duties exactos, e assim já dá para tirar o valor instantâneo) ...
    A subcondução aí é tipo no intervalo entre 1 e 2V.


    Em principo, 3mm ou 5mm (sim é o diametro do plastico) a diferença não deve ser nenhuma ou quase nenhuma em termos de specs.


    Eu penso que seja melhor rectificar, porque não sei se vai dar para a media de 20mA, só com um pulso por período abaixo dos 100mA... Duvido que dê...


    Yup tou em LEE no tecnico do tagus


    Cumps
     
  13. WindWalker

    WindWalker Power Member

    Tentei obter mais pontos, mas quando caem menos de 2 e poucos V no díodo não tenho sensibilidade no voltímetro para medir algo diferente de 0.000V na resistência variável/de amostragem.

    Para correntes mais altas verifiquei esse deslocamento da curva para a esquerda (tensão do LED a diminuir ao longo do tempo devido à temperatura).


    Acabei por soldar 4 LEDs em série obtive estes valores: VLED(média/medição DC)=1.36V e ILED(média/medição DC)=18mA

    Segundo o dedómetro a temperatura dos LEDs seria 40ºC+ - mornos ao toque e a uma temperatura suportável pelo toque prolongado.

    Acho estranho estes resultados porque, a ser o valor de pico da entrada 12.41*raiz(2), então em cada LED caíria no máximo 4.39V o que, segundo a minha estimativa da característica do LED, não corresponde minimamente (a corrente nunca atingiria 20mA sequer, logo o aumento de temperatura não seria significativo). A única conclusão a que consigo chegar é que deve ser devido ao deslocamento da curva para a esquerda devido ao aquecimento.

    Portanto o que eu precisava era mesmo duma boa característica do LED e garantir que a temperatura média seria suficientemente baixa para a curva não se alterar e as previsões serem concordantes... bah.

    Provavelmente vou associar paralelos de 4 LEDs e aproveitar 'os dois sinais' da onda. Fazendo as contas por alto, o consumo dos 12 LEDs que tenho será 3 conjuntos_4LEDs * 1.36V * 18mA = 74 mW

    MEEC @ IST-Alameda :)
     
  14. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    Arranjas um 555, umas resistencias e caps, metes o gajo a oscilar a "uns" kHz, e com um potenciómetro ajustas a duty cycle, ou usas umas resistencias fixas de modo a obteres duties baixos. Ligas o LED à onda rectangular com uma resistencia e pronto. Ahh e uma fonte de 10V +/-...

    Precisas de um multímetro que meça duties... com o multímetro consegues saber tudo.


    Cumps
     
  15. Koncaman

    Koncaman Utilizador Saloio

    não é mais facil arranjarem um conversor AC-DC (fazes um meio manhoso, com 2 diodos e um condensador) e ligares os leds simplesmente, em vez de estares a inventar com corrente alterna?

    Este deve ser um circuito que te é familiar de analise de circuitos:
    [​IMG]
    à saida disso tens que aplicar um condensador para descarregar nos periodos de queda de tensão.
    dá-te uma tensão relativamente estavel.... so tens que dimensionar o condensador ao consumo dos leds.

    Eu às tantas perdi-me a meio da conversa, mas é que à partida o problema parece-me relativamente simples de resolver.... o mais que pode acontecer, é tu não teres espaço para todos os componentes, no lugar onde queres montar os leds. (parto do principio que um candeeiro para uma lampada de halogeneo não tenha muito espaço)

    Se o candeeiro usar daquelas lampadas de halogeneo que se metem no tecto, então ja encontras lampadas LED desse tipo à venda... (em qualquer caso, podes sempre desmontar uma lampada destas, e aplicar ao teu candeeiro.)

    Keep it simple ;)
     
    Última edição: 11 de Julho de 2009
  16. Jorge Candeias

    Jorge Candeias Power Member

    O problema é mesmo o condensador... pode ficar demasiado grande, a ocupar espaço que poderia ser aproveitado (ou nao) para por mais leds.


    Cumps
     
  17. metralha761

    metralha761 1st Folding then Sex

    Uma pequena questão, o que sai do transformador de candeeiro é mesmo AC?
     
  18. WindWalker

    WindWalker Power Member

    É.
     

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