La modificación del circuito de control de corriente de un sistema LED de bajo voltaje permite ajustar la intensidad del LED utilizando el voltaje de suministro cortado. Este circuito evita la entrada de corriente en el capacitor de desacoplamiento al apagar el LED mientras el voltaje de suministro está apagado.
Una versión similar de este artículo apareció en la edición del 23 de septiembre de 2010 de la revista Electronic Design.
En los sistemas de iluminación de bajo voltaje (24 V), la fuente de alimentación fuera de línea a menudo se encuentra a cierta distancia de la lámpara. Un simple cable de 2 hilos generalmente conecta las dos secciones, lo que permite controlar la intensidad de la lámpara cortando el voltaje de suministro. Para la iluminación basada en filamentos, esto no es un problema, pero los cortes de voltaje de suministro pueden afectar la confiabilidad de las lámparas LED.
Las lámparas LED requieren un circuito dedicado para controlar la corriente del LED y, como la mayoría de los circuitos de control, requieren condensadores de desacoplamiento en la entrada de voltaje de suministro. El tratamiento de los condensadores cerámicos de esta manera puede producir un ruido acústico desagradable, ya que los condensadores se cargan y descargan repetidamente a medida que cambia la tensión de alimentación. Los capacitores electrolíticos no tienen problemas acústicos, pero las altas corrientes de irrupción pueden causar pérdida de potencia en la resistencia en serie equivalente, lo que afecta la confiabilidad. (La ESR de los capacitores electrolíticos es más alta que la de los capacitores cerámicos). Este efecto puede acortar la vida útil de los capacitores electrolíticos.
El simple hecho de apagar el LED durante el tiempo de inactividad de la tensión de alimentación evita la descarga del condensador de desacoplamiento. La mayoría de los controladores de LED (como el MAX16832) tienen una entrada dedicada (DIM) que se puede usar para encender/apagar rápidamente la corriente del LED. Sin embargo, debe controlar la entrada DIM con una señal adicional. Esto no se puede hacer si solo hay dos cables disponibles. La solución es hacer que el circuito del controlador LED dentro de la lámpara detecte el inicio del tiempo de apagado y apague el LED antes de que el capacitor se descargue violentamente. El circuito también necesita detectar el comienzo del tiempo de encendido para que el LED pueda encenderse nuevamente.
La implementación más simple de esta idea se muestra en la Figura 1 (ignore las líneas azules por ahora). El diodo D (rojo) aísla la señal DIM del capacitor de desacoplamiento. Cuando se apaga el voltaje de suministro (es decir, cuando comienza el tiempo de apagado), la señal DIM pasa a 0 lógico, deshabilitando el controlador LED. Dado que el LED ya no carga el condensador de desacoplamiento, conserva su carga.
En la práctica, este enfoque tiene algunos inconvenientes. Primero, el diodo introduce una pérdida igual a Vf × ILOAD. El momento exacto en que el controlador se apaga está determinado por la capacitancia frente a los diodos en el sistema. Si esta capacitancia es grande, la señal DIM no caerá inmediatamente, pero llevará mucho tiempo alcanzar un 0 lógico, y este intervalo de tiempo puede hacer que el capacitor de desacoplamiento pierda una gran cantidad de carga. Este problema se puede resolver conectando la resistencia de carga a tierra justo antes del diodo. Esto atrae rápidamente la señal DIM a tierra, pero la resistencia también provoca un consumo de energía innecesario durante el tiempo de encendido.
Una mejor solución está indicada por las adiciones azules que se muestran en la Figura 1. Se quita el diodo y la combinación D2/C3 forma un detector de envolvente que sigue lentamente el voltaje de entrada. Durante el tiempo de encendido, el voltaje base-emisor de T1 es positivo, por lo que T1 está apagado y el colector está a 0V. T2, R3 y R4 forman un inversor que convierte este 0 lógico en 1 lógico, iluminando el LED a través del pin DIM.
El voltaje de entrada cae rápidamente con el inicio del tiempo de inactividad, pero la respuesta del detector de envolvente es más lenta. Como resultado, el voltaje base de T1 cae más rápido que el voltaje del emisor. Cuando el voltaje base-emisor alcanza -0.7V, T1 se enciende y el nivel lógico de DIM cambia de 1 a 0. Esta transición apaga inmediatamente el controlador LED y elimina la carga de los condensadores de desacoplamiento. Cuando comienza el tiempo de encendido, el voltaje base aumenta nuevamente, apagando T1 y encendiendo el controlador LED nuevamente. La variación del voltaje de entrada es inferior a 1 V, lo que reduce en gran medida la corriente de entrada al comienzo del tiempo de encendido.
Estas mejoras de rendimiento son fáciles de medir. Primero, las formas de onda en la Figura 2a muestran los efectos de un voltaje de entrada cortado cuando no se toman medidas para proteger los capacitores de desacoplamiento. La corriente de irrupción muestra picos superiores a 12 A y la tensión de entrada (presente en el condensador de desacoplamiento) muestra grandes oscilaciones. Durante el tiempo de inactividad, el voltaje de entrada caerá más de 10 V.
Introducir un circuito de detección reduce significativamente estos valores (Figura 2b). La corriente de entrada alcanza un máximo de aproximadamente 2A, una mejora de 6x. La variación del voltaje de entrada se reduce mucho, ahora alrededor de 2 V, lo suficientemente baja como para usar capacitores de desacoplamiento de cerámica económicos sin ruido audible. La señal DIM (Figura 3) muestra dos fallas debido a la oscilación del voltaje de entrada. Uno ocurre al comienzo del período de encendido y el otro al comienzo del período de apagado. Sin embargo, estos fallos son demasiado cortos para afectar la corriente del LED (Figura 4).