Controlla il tuo LED

In un articolo precedente ho parlato dei LED in generale e delle loro proprietà. In questo articolo, voglio fornire alcuni esempi di pilotaggio dei LED e confrontare alcuni dei metodi più comunemente utilizzati. Non esiste una soluzione valida per tutti, ma cercherò di generalizzare il più possibile. L'idea è quella di poter controllare efficacemente la luminosità dei LED e prolungarne la vita mentre lo si fa. Un autista efficiente può fare la differenza se prevedi di impiegarlo a lungo raggio. Diamo un'occhiata al problema e poi discutiamo le soluzioni.

La maggior parte dei principianti sarà interessata a far brillare un LED senza farlo esplodere. Un po' più in là, si tratta del controllo della luminosità e quindi della miscelazione dei colori per produrre qualsiasi sfumatura dal selettore di colori. In ogni caso, è essenziale avere una chiara comprensione dell’applicazione finale. Un'applicazione di illuminazione come una lampada da banco di lavoro raramente richiederà un romantico controllo della luce d'atmosfera. Al contrario, una luce da discoteca richiederà intensità variabili di LED di vari colori.

Allora come viene percepita la luminosità? Logicamente, quando si hanno due lampade LED da 100 lumen ciascuna, il risultato dovrebbe essere il doppio della luminosità. In realtà, gli occhi umani sono logaritmicamente sensibili al cambiamento di intensità, il che significa che il raddoppio dell'intensità verrà percepito come un piccolo cambiamento.

La percezione dell'intensità della luce segue la legge di potenza di Stevens con un esponente che dipende dalla quantità di campo visivo occupato dalla luce. Per una macchia di 5 gradi l'esponente è circa 0,33 ma per una sorgente puntiforme è circa 0,5. Ciò significa che per un punto di 5 gradi la sorgente deve aumentare di un fattore 8 per sembrare due volte più luminosa e una sorgente puntiforme deve aumentare di un fattore 4 per sembrare due volte più luminosa.

Cominciamo con un semplice LED SMD da 1 W come quello disponibile da Adafruit. Questo ha una potenza nominale di 90 lumen e viene fornito con un PCB in alluminio come dissipatore di calore. Ecco un rapido sguardo ad alcuni dei parametri del LED.

La scheda tecnica contiene alcune informazioni piuttosto importanti a partire dalla corrente diretta (continua) e dalla corrente diretta di picco. I valori sono rispettivamente 350 mA e 500 mA e non devono essere superati.

Vengono utilizzate altre due informazioni importanti che sono rappresentate come grafici. Il primo è il grafico della corrente e della tensione diretta che mostra che una tensione di circa 1,8 V è sufficiente per polarizzare direttamente il LED. Successivamente la corrente aumenta ohmicamente e, a circa 3 V, si dice che assorba circa 200 mA. La seconda curva è la relativa LI rispetto alla corrente diretta che mostra che la corrente controlla la quantità di luce emessa (la linea retta che si estende fino al segno "4").

Dato che il LED segue la legge di Ohm, la corrente dovrebbe essere direttamente proporzionale alla tensione e quindi possiamo variare la tensione per controllare la luminosità. Bene, c'è solo un piccolo inconveniente: la curva della corrente diretta è così ripida che un piccolo incremento di tensione avrà una variazione maggiore di corrente. La luminosità sarà diversa se si collega una batteria a bottone anziché due batterie alcaline. Entrambi hanno una differenza di potenziale di 3 V ma la quantità di corrente fornita da entrambi è diversa e di conseguenza la luminosità è diversa. Piuttosto che controllare la tensione, è meglio controllare direttamente la corrente che passa attraverso il LED.

La cosa più semplice da fare è aggiungere un potenziometro in serie al LED. Semplice! Essenzialmente quando si varia la resistenza, entra in gioco la legge di Ohm e voilà! La resistenza variabile è uguale alla corrente variabile uguale alla luminosità variabile.

Ecco una simulazione di un LED con un resistore variabile che varia da 100 ohm a 1 kilohm. L'unico problema è che se la resistenza del LED cambia o la tensione fluttua, il risultato potrebbe essere devastante. Si tratta essenzialmente di un controllo a circuito aperto e non vi è alcun feedback dal circuito all'utente oltre alla variazione della luminosità.

Naturalmente, c'è anche il problema dell'efficienza poiché ci sarà anche la potenza dissipata dal potenziometro.