Arma un regulador de intensidad de luz (Dimmer) para control de brillo de todas la lámparas Leds. Incluidos back light de Tvs. |
Reduce o aumente el brillo de Leds en lámparas y tiras back light de TV´s.
Muestra del circuito Dimmer casero de potencia para LED´s. Reemplaza al circuito que vienen en eso dispositivos. |
Se puede ajustar tanto la tensión (voltaje) que entrega, como la intensidad (en miliamperes amperes). Esta característica puede darle el apodo de “Dimmer universal de potencia para LEds”.
Hay en internet diagramas para control de brillo LED pero con limitaciones.
La mayoría de los circuitos Dimmer para LEds que rondan en internet, son de bajas tensiones. |
Nuestro circuito no tiene ese problema. Pues se puede ajustar la tensión de 25 y hasta 160 volts de Corriente directa (CD) para acoplarse a cualquier tipo de LEDs de luminaria.
Sus aplicaciones pueden estar desde el uso como control de iluminación en una habitación grande, o como herramienta de trabajo en talleres electrónicos para pruebas y hasta posibles reemplazos de circuito de control de iluminación en tvs (backlight).
DIAGRAMA DEL CIRCUITO DE CONTROL DE BRILLO LED.
En la imagen siguiente les comparto el diagrama electrónico del circuito de control de brillo. No es un circuito complejo pero eso no significa que su funcionamiento sea simple. Por el contrario, sus principios de diseño son de recién creación. Sobre todo la sección del circuito con el mosfet y la bobina.
Circuito Dimmer de potencia para LEds. Entrega hasta 160 volts a 250 mA. |
EXPLICACION DEL CIRCUITO PARA CONTROL DE BRILLO LED.
El alma del circuito es el popular chip: 555. No entraré en grandes detalles en el comportamiento de los componentes. Solo explicaré lo necesario. En internet hay cientos de sitios donde se profundiza el uso y funcionamiento de este circuito integrado (o chip). En este caso lo usaremos como modulador de ancho de pulso; “PWM” por las siglas en ingles de: Pulse Width Modulation.
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Sé que en el mercado existen muchas más opciones de IC´s mejores y más enfocadas para la PWM. Pero estos pasan a descontinuarse rápidamente, volviéndose difíciles de conseguir y más costosos con el tiempo. El 555 es confiable, barato, muy estable y prácticamente lo venden hasta en el mercado. Pero más importante aún: seguro lo podremos conseguir en los próximos 20 años. ¡Ya lleva casi 50 años y aún es muy, muy popular! Así que es la mejor opción si uno piensa en proyecto prácticos, económicos, confiables y longevos.
En nuestro circuito, el 555 y sus componentes asociados, generan una onda cuadrada que saldrá por el Pin 3 (patita 3) con una frecuencia fija de más o menos 110Khz. El potenciómetro P1 y los diodos D3 y D4, se encarga de aumentar o reducir el ancho de dicha señal cuadrada, pero nunca cambiarla.
Esta modulación de ancho en la señal cuadrada es importante. Ya que es la manera más efectiva de controlar el brillo en los Leds. Ahora explico por qué…
Seguro han intentado controlar el brillo de un Led... Y casi siempre lo intentan variando la tensión (voltaje) descubriendo que este método no es efectivo al 100%. Pues como como diodo, la curva de respuesta en un LEDS no es lineal. Es decir: Que, si un LED requiere 3 voltios y 60 miliamperes, para su brillo máximo, al reducir este voltaje a la mitad: 1.5V, pues este no entregara la mitad de su brillo, sino quizá un 10% e incluso ni siquiera se ilumine. Pues como todo diodo, se requiere un mínimo de voltaje para comenzar a conducir. Y en los Leds para iluminación, este mínimo comienza desde los 1.7 voltios o mas. De igual forma, si elevamos el voltaje a 2 volts, el brillo en el Led no será de un 33%. Entonces se debe proporcionar el voltaje correcto fijo y buscando otra manera de controlar el brillo.
¿Y qué pasa si en lugar de variar el voltaje, regulamos la corriente que fluya por ese LED? El resultado es que ahora si logramos controlar de forma lineal el brillo en él.
Regresando a nuestro ejemplo: Imaginemos que a nuestro LED ya le proporcionamos eso 3 volts que necesita y no los cambiaremos, pero si reduciremos a la mitad la corriente que fluye por el a 30 miliamperios, esto causa que ahora sí, el led proporcione la mitad de su brillo. Igualmente: si proporcionamos 3 voltios con 45 mili amperes, obtendremos el 33% de brillo y con 3 voltios y 6 mili amperes, solo el 10% de brillo.
Entendiendo lo anterior, es obvio que necesitamos un circuito que nos permita variar la corriente, manteniendo el voltaje fijo. Y justo eso se logra de manera efectiva construyendo uno que module el ancho de pulso. Por suerte para todos, existe un que puede hacer esto, usando un 555.
Circuito modulador de ancho de pulso (PWM) usando el circuito 555.
estable, simple y confiable. |
De hecho, este el modelo de circuito que más encontraran en internet para controlar el brillo en pequeños conjuntos de Leds con bajas tenciones y un transistor. Funciona muy bien. Pero todas esas versiones de dimmer para Leds basados en este diseño, solo pueden controlar de 3 y hasta 12 volts de tensión. Lo cual limita mucho su uso práctico para controlar la iluminación con grandes conjuntos de Leds que requieren mayor voltaje y corriente; llegando hasta los 100 voltios necesarios en lámparas, tiras y focos LEDS comerciales.
Entonces nos enfrentamos al siguiente reto: Aumentar la tensión de 12 voltios y poder ajustarla a voluntad, para abarcar el uso del circuito a la mayor cantidad de variantes de arreglos Leds comerciales de potencia.
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Este problema se soluciona con un circuito conocido como “DC-DC to Boost diver”, “DC-DC converter stepUp” o simplemente “boost driver”. Dicho circuito se encargará de aumentar la tensión de 12 voltios CD, a 160 como máximo. Se puede identificar en nuestro proyecto con los componentes L1, Q1, D2 y C2 (D1 es opcional, explico esto más adelante). Acoplándolo al circuito la señal PWM que genera el 555 a través de su patita 3 con R2.
Dentro del cuadro amarillo el circuito boost que generan 160 Vcd con 12 Vcd. |
En realidad, este convertidor cd-cd puede generar hasta 360 voltios. Pero limitaremos esta tensión con el circuito formado por R4, R5 TRIM1, y Q2. Pues no hay arreglos de Leds domésticos que requieren esos 360 voltios. La señal de control de tensión es censada directamente por el 555 con la patita 5 del IC 555. Que, para sorpresa de mucho, se usa para controlar la amplitud (en volts) del pulso que genera. Y que en este proyecto usaremos esa función como retroalimentación (o flyback) manual, para ajustar el voltaje. Usando como referencia el divisor de tención formado por los ya mencionados R4, TRIM1 y R5. Todo esto nos permite ajustar la salida de voltaje desde los 25 hasta los 160 voltios de CD.
Sección del regulador de tensión ajustable de 25 y hasta 160 voltios DC. |
Así logramos adaptar el circuito a cualquier arreglo LED comercial. Y usaremos el control de ancho de pulso, para reducir y aumentar el brillo. ¡Genial, ¿verdad?!
LISTA DE COMPONENTES, ARMADO DEL CIRCUITO Y DETALLES IMPORTANTES.
Traté de diseñar el circuito con componentes fáciles de conseguir. Y que incluso se puedan obtener de reciclar en de fuentes de computadora desechadas, eliminadores para laptops, focos ahorradores y demás.
Solo sugiero adquirir nuevos el potenciómetro P1 y el Trimmer TRIM1, este último se puede reemplazar sin problemas por un potenciómetro en caso de no encontrarlo.
LISTA DE COMPONENTES DENTRO DEL CIRCUITO:
- IC 1: LM555N. Cualquier 555 funciona igual
- - R1: 220 ohms de ½ watt.
- - R2: 47 Ohms de ¼ de watt
- - R3: 33 Kilo Ohms de ¼ de watt
- - R4 2.2 mega ohms de ¼ de watt
- - R5: 100 kilo ohms de ¼ de watt.
- - R6: 560 kilo ohms de ¼ de watt.
- - Q1: TK15A50 o 2sk3561. O cualquier Mosfet de canal N que trabaje con mínimo 500 voltios a 4 amperes. Y solo como recomendación: con una Rds de no mas de 1 ohm.
- - Q2: BC548, BC549, 2N2222
- - D1: Cualquier Diodo Schottky doble de mínimo 200 voltios a 3 amperes con encapsulado TO- 220. (OPCIONAL VER TEXTO ABAJO)
- - D2: BY500, FR305, MUR460. O cualquier diodo de recuperación rápida o ultra rápida de 400 voltios a 4 amperes mínimo. O Diodo Schottky similar.
- - D3 y D4: 1N4148
- - P1: Potenciómetro común 4.7 kilo Ohms o 5 kilo Ohms. (4.7K)
- - TRIMM1: Trimer o potenciómetro común de 100 kilo OHms (100K)
- - C1: Condensador de poliéster de 22nF a 50 volts (223)
- - C2: Condensador electrolítico 10 μf a 250 volts.
- - L1 Inductor cilíndrico con núcleo de ferrita de 100 μH a 2 amperes (ver texto abajo para saber detalles)
LISTA DE COMPONENTES EXTERNOS:
- - 1 placa fenólica de 5x5 para diseño de PCB.
- - Fusible de 250 voltios a 1 ampere
- - Porta fusible.
- - Cables.
- - Disipador de calor para Q1 de al menos 3 x 3 x 2 centímetros. Con perforación para encapsulado TO-220 (este tamaño es en caso de usarse en lámparas de más de 15 watts. En potencias de menos de 10 watts, el disipador es opcional o mas pequeño)
- - Eliminador de 12 voltios a 2 amperes como mínimo. 3.5 amperes recomendado y de preferencia eliminador con diseño de fuente conmutada.
DETALLES IMPORTANTES SOBRE EL DISEÑO DEL CIRCUITO.
L1 es un inductor de 100 μH a 2 amperios. Se puede conseguir fácilmente en fuentes conmutadas de impresoras o computadoras desechadas. También se puede construir enrollando alambre esmaltado a un núcleo de ferrita. Incluso se puede usar otro inductor con un valor aproximado: 200μH, 150μH o 80μH.
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Si no puedes conseguirlo y decides hacerlo tu mismo, deberás buscar en internet la manera de fabricarlo. igual que con el funcionamiento del 555, existen cientos de sitios donde te explican cuántas vueltas se deben hacer para conseguir este valor y que tamaño de núcleo de ferrita se requiere. En el prototipo que armé, usé un inductor cilíndrico que quite de un circuito de impresora de tinta que era de 220μH originalmente. Mide 1.2 ctms de diámetro y 1.15 ctms de largo...
Inductor de 100μH. Mide 1.2 ctms de diámetro y 1.15 ctms de alto. |
Diodo Schottky doble de 200V a 3A o más, También sirve común Schottky de 200V a 3A. |
Importante:
TRIM1 puede ser un potenciómetro o TRIMER común y fácil de conseguir de 100k. Así que traten siempre que sea nuevo y no tenga fallas. Este componente controla el voltaje de salida y si se encentra abierto o con falsos contactos, la fuente puede llegar a entregar picos de hasta 360 voltios y dañar a los leds que estén conectados. Una vez ajustado el voltaje deseado, ya no se usará más como control de intensidad. Por eso la opción de que sea trimmer o triptop, así puede fijarse con algún pegamento o reemplazar por algunas resistencias fijas.
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P1 Está pensado en ser siempre un potenciómetro común de 4.7K o 5K. Pues este será el que estará en constante uso para ajustar el brillo en los Leds. Así que también recomiendo que se consiga nuevo y se verifique su buen funcionamiento. Fenómenos y ruidos extrañas ocurren en el circuito y los Leds si este componente tiene falsos contactos o está dañado. pero no llega a causar daños catastróficos.
También Me tomé la molestia de diseñar una placa del circuito impreso con medidas muy comunes (5 x 5 ctms) para que no sea difícil de conseguir:
Muestra de PCB de dimmer para LEd de potencia. |
Pueden descargar la plantilla lista para imprimir y trasferir al la placa cobreada, en el siguiente enlace:
PLANTILLA PARA PCB DEL DIMMER DE POTENCIA PARA LEDS.
AJUSTES Y PRUEBAS.
Lo qué debe saber de los Leds antes de conectarlos en este circuito dimmer.
A. Antes de energizar cualquier tira, foco, luminaria o barra de Leds de tv. Debes averiguar el voltaje y la corriente con que trabaja.
...Para poder calibrar el circuito dimmer de potencia. SI no sabes estos datos y usas un voltaje o corriente mayor, dañaras varios o todos los Leds del arreglo. Así que tomate muy en cuenta este dato.
Puedes descubrir el voltaje y la corriente que necesitan los LEds, midiendo con un multímetro (tester) dichos valores del circuito original que viene de fábrica en las lámparas, focos o tiras Leds, antes de retirarlo y colocar el dimmer.
Para saber el voltaje, debes colocar las puntas de tu multímetro en paralelo a las conexiones que energizan al conjunto de Led. El multímetro debe estar seleccionado para medir voltaje DC. Activa los Leds con su circuito original (no con el dimmer de potencia) y anota el voltaje con que trabajan.
Para conocer la corriente debes colocar tu multímetro en medición de amperes o mili amperes y conectar las puntas en serie al conjunto de leds. Activa el circuito y anota el valor que te proporciona.
B. Es necesario desconectar o remover cualquier tipo de circuito que alimente los LEds que usarás con el dimmer.
Solo es necesario el conjunto de Leds y el chasis o estructura donde este instalado. Asegúrate de que el dimmer no energice dicho circuito pues puede dañarlo o causar algún tipo de anomalía en el funcionamiento.
Remover o desconectar el circuito que viene en las lamparas LEds. Remplazarlo con el Dimmer casero. |
C. También debes identificar de forma correcta la polaridad del arreglo de LEDS. (+ y -).
Asegúrate de saber bien la polaridad de los LEds antes de comenzar
a ajustar el dimmer. |
D. Debes asegurarte que los Leds a conectar en el dimmer de potencia estén funcionando bien.
Revisa que no tengan algún corto circuitos o componentes abiertos o dañados. Esto lo puedes hacer con el circuito original que viene con el dispositivo, antes de adaptarlo al dimmer.
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Una vez obtenidos estos valores y asegurarse de que todo esté bien con los Leds, podemos ajustar el voltaje de salida en el dimmer de potencia.
PROEDIMIENTO PARA AJUSTAR EL VOLTAJE Y CORRIENTE DEL CIRCUITO:
Ya sabes: positivo con positivo y negativo con negativo. Y conecta las puntas de tu multímetro estas uniones para medir el voltaje.
Primer paso para ajustar el dimmer a una lampara LEd de 15
watts |
Ajusta la posición del potenciómetro P1 (4.7K) y Trimmer TRIM1 (100K) al mínimo, moviendo la perilla de cada uno al sentido contrario de las manecillas del reloj y hasta que no se pueda girar más.
Segundo paso para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd de
15 watts |
Los Leds no deberían encender; Salvo que requieran más o menos 25 voltios. El multímetro mostrará esa lectura o aproximada.
Tercer paso para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd de 15 watts |
Al sentido de las manecillas del reloj. El multímetro comenzara a medir el incremento de voltaje. Continua así hasta que observes que el conjunto de leds comienza a iluminarse muy tenuemente. Al ocurrir esto, ¡Detente! Deja de girar a TRM1.
Cuarto paso para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd de 15 watts |
Lo mas lento posible y al sentido de las manecillas de reloj. vigila con la medición del multímetro que el voltaje en los LEDs no supere el valor original con que trabajan y obtuviste antes. Si todo va bien, llegaras al tope de giro de P1 y el voltaje nunca llegará al valor original de fábrica. De hecho, notaras que los Leds incrementaran su brillo un poco más, pero no será el máximo.
Quinto paso para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd de 15 watts |
Retira las puntas del multímetro sin desconectar ningún cable y ajústalo para medición de amperios o miliamperios (mA). Ahora desconecta el cable positivo del dimmer que está conectado al conjunto de Leds y Conecta las puntas del multímetro en serie con estos cables para medir los amperios que pasarán por el circuito. Verifica que todo está bien conectado. SI dispones de dos multímetros, puedes conectar uno para medir el voltaje de salida y usar el otro para medir la corriente.
Sexto paso para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd de
15 watts |
Los Leds volverán encender con la intensidad que habíamos logrado y el multímetro marcada la medición en mA que está circulando en el arreglo de Leds. Esta medición debe ser muy inferior al original que usaba de fábrica y obtuviste antes con el circuito original.
Séptimo paso (A) para ajustar el circuito dimmer a una
lampara LEd de 15 watts |
Si todo lo anterior a ocurrido como lo describo, comienza a mover de nuevo y muy, muy, lentamente a TRIM1 al sentido de las manecillas del reloj. La intensidad de brillo aumentara en los LEDs y la medición en miliamperios también. Continúa girando a TRIM1, hasta que la medición de mA llegue a casi el valor original. Deja de girar a TRIM1 cuando obtengas un valor en mA menor en un 10 o15% que el original. Notarás que los Leds están iluminando a su máxima capacidad. Ya no giraras más a TRIMM1. Puedes fijarlo con algún pegamento. Si continúas girando a TRIM1 y rebasas el máximo de mA soportado por el arreglo de Leds, es muy probable que los dañes. Así que no lo hagas.
Séptimo paso (b) para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd de 15 watts. |
Puedes girarlo libremente y observar como la luminosidad en los LEDS se reduce o aumenta. Este será la perilla que se usará siempre para tal ajuste. No existe ningún riesgo de daño en los Leds si se gira muy rápido o llega al tope máximo, pues con este componente se está ajustando el ancho de pulso, perse: la corriente. ¡El dimer está Listo para usarse!
Octavo paso para ajustar el circuito dimmer a una lampara LEd
de 15 watts |
Si vas a usar otro conjunto de leds diferente respecto a su voltaje y corriente. Debes regresar ambos potenciómetros (P1 y TRM1) al mínimo (giro a la inversa de las manecillas del reloj) y realizar el procedimiento antes mencionado desde el paso 0.
Se deben repetir todos los pasos desde cero si se conecta otro circuito led. |
DESVENTAJAS DEL CIRCUITO.
No todo es miel sobre hojuelas. Por desgracia debemos poner en claro algunos detalles feos de este circuito.
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1.- No es ahorrador. Trabaja con poca corriente, en el orden de los miliamperes. Realmente no genera mucho calor. Pero por su naturaleza de aumentar el voltaje, el circuito requiere una fuente de poder que suministre 2 o más amperes. Claro que no siempre consumirá esa corriente. Pues con tiras LEDs que requieren100 voltios a 60 miliamperios, el consumo total de todo el circuito en brillo máximo, es de uno 600mA. Y si se reduce el brillo, esos 600mA también se reducen. Pero en casos donde el dimmer se conecte a lámparas Leds de 15 o 20 watts, el consumo llegara hasta los 2.5 amperes en brillo máximo. En esos casos, es necesario una fuente de poder que suministre al menos 3 amperios y ponerle un buen disipador de calor al Mosfet Q1.
Se puede usar un eliminador de computadora portátil para no tener problemas con el asunto de la corriente. Son pequeñas poderosas y fáciles de encontrar recicladas. Solo hay que cambiar el voltaje a 12 voltios. Pero eso incluso no es problema. Puedes aprender a hacer esto dando clic en el siguiente link.
COMO CAMBIAR EL VOLTAJE EN UNA FUENTE CONMUATDA.
2.- El circuito no cuenta con protección de corto circuito a su salida. Por eso sugerimos colocar un fusible de 250 voltios a 1 amperio entre el dimmer y el arreglo de Leds. Por desgracia actualmente no cuento con el tiempo para diseñarle un módulo de protección. Pero juro que en cuanto pueda publicaré la versión 2.0 con esa mejora de protección. Estén al pendiente.
3.- El circuito no es estable al 110%. Pero esto no impide que se use en aplicaciones prácticas y de largo plazo. Me refiero a que una vez ajustado, la corriente que entrega está variando entre un 3% y 5%. Es decir: si se usa en algún conjunto de Leds que requieren 100mA, una vez ajustado, esta corriente estará variando entre 95 y 105 mA. Y aunque esto no es algo que afecte seriamente a los LEds, Y oficialmente se considere apto para funcionar sin riesgos, pues se debe tomar en cuenta porque soy un ingeniero muy quisquilloso. Por eso en el ajuste, se pide que se deje con un 10% o 15% menos que el valor original. Esta reducción intencional de corriente, amortigua a los Leds de la poca inestabilidad del dimmer, incluso también ayuda a incrementar la vida útil de los LEDs sin sacrificar intensidad lumínica. Nunca se notará esta variación en el uso práctico y menos causara un daño en los LEds, pero si se notara en las mediciones en el amperímetro. Así que no hay ningún inconveniente en usar el circuito en aplicaciones funcionales a largo plazo.
4.- No se puede reducir el brillo de los LEds hasta apagarlos por completo. Esto es debido de nuevo a la naturaleza de los LED y el circuito dimmer, que mantienen siempre un voltaje constante. Para lograr apagar los LEds debes conseguirte un potenciómetro con interruptor integrado y al llegar al mínimo de brillo, seguir un poco mas y apagar todo el circuito.
Potenciómetro con interruptor integrado. Apaga al circuito
cuando llega al mínimo de brillo. |
Si te animas a realizar este circuito. me gustaría saber tus experiencias ene l armado y si fue difícil o fácil conseguir los componentes para su montaje. también seria grandiosos que compartas esta información a todos aquellos que consideres les interese. La opción de comentarios esta mas abajo. No dudes en poner tus comentarios.
¡Disfruten el proyecto y sigan sonriendo!
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Muy buena la idea de aprovechar esos ic 555 que tengo por ahi
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