Limite eficientemente la corriente al LED sin pérdida de energía

Supongamos que tengo 3 LED que tienen un voltaje directo de 3,3 V y una corriente nominal de 300 mA. Todos los LED están en serie y tengo una fuente de alimentación de 12 V. Cuando conecto en serie una resistencia para limitar la corriente, consume mucha energía.

Cálculos:

Voltaje a través de LED = 3.3 v ∗ 3 = 9.9 V

Caída de voltaje a través de la resistencia = 12 v − 9.9 v = 2.1 V

Valor de la resistencia para 300 metro A = 2.1 v / 0.3 A = 7 Ω

Pérdida de potencia a través de la resistencia = 7 ∗ 0.3 = 2.1 W

Necesito reducir esta pérdida de energía. ¿Hay alguna forma con transistores MOSFET o BJT? Leí este http://www.instructables.com/id/Power-LED-s---simplest-light-with-constant-current/ . Pero no entiendo cómo calcular los valores. Aquí está el diagrama del circuito en el sitio anterior.Circuito limitador de corriente

No necesito exactamente esto. Necesito una forma adecuada de hacerlo.

Esta respuesta podría ser útil, especialmente la última parte sobre los LED de alta potencia. Si no es así, permítame preguntarle por qué necesita reducir la pérdida de energía. El esquema anterior no reducirá la pérdida de energía sino que la distribuirá entre diferentes partes (principalmente el mosfet)
… y puede lograr la misma distribución de pérdidas al tener, por ejemplo, cuatro resistencias de 7/4Ω en serie. La ventaja del circuito anterior es que en realidad es una fuente de corriente (o sumidero, dependiendo de cómo se mire) y menos dependiente del voltaje de suministro real.
El circuito que proporcionó desde el sitio web no funcionará, solo limita la corriente, no elimina la pérdida de energía. La única forma en que puede hacerlo es cambiando la corriente a través de un inductor en lugar de la resistencia. Probablemente incluso podría hacerlo sin el inductor, solo necesita encender / apagar el transistor lo suficientemente rápido. Querrá buscar "controlador de led de conmutación" o "controlador de led de modo reductor".
Hasta donde sé, la ÚNICA forma de reducir la pérdida de energía (en comparación con el uso de una resistencia o una fuente de corriente como la que se muestra aquí) es usar un regulador conmutado . Eso es mucho más complejo y necesitarás usar algún chip para eso.
Lamentablemente, sus expectativas de eficiencia y simplicidad son muy ingenuas e imposibles de cumplir. Propongo que la mayor eficacia y eficiencia energética solo se pueda lograr cuando el voltaje de suministro coincida con la carga y, para obtener la mayor eficacia, opere muy por debajo de las corrientes nominales. Sería mucho más eficiente operar a 3 V por LED que a 3,3 V y luego usar más LED para lograr los lúmenes requeridos.
POR CIERTO . re Pérdida de energía a través de la resistencia =7∗0.3=2.1W INCORRECTO , eso es voltaje caído a través de la resistencia 2.1V, la potencia baja es 2.1 * .3 = 0.63W. es decir, 82% de eficiencia.

Respuestas (3)

El circuito que ha indicado no reduce la pérdida de energía. Simplemente reemplaza su resistencia fija con un limitador de corriente que garantiza que tenga más cerca de los 300 mA o lo que necesite, bajo una amplia gama de voltajes directos de LED y voltajes de suministro.

Como tal, el limitador de corriente es realmente solo una resistencia inteligente y seguirá disipando el mismo tipo de calor que lo haría una resistencia limitadora simple.

Para ser de baja potencia, necesita un circuito que use algún tipo de regulación de modo de conmutación para generar la corriente requerida en los LED con un factor de conversión de alta eficiencia.

ACTUALIZAR

Por cierto, tus matemáticas están mal.

tu dijiste..

Pérdida de potencia a través de la resistencia = 7 ∗ 0.3 = 2.1 W

Eso es incorrecto, esa es la fórmula para la caída de voltaje en la resistencia = 2.1 V

Pérdida de potencia a través de la resistencia = 2.1 ∗ 0.3 = 0,63 W

Ya está funcionando al 82% de eficiencia.

Con un regulador de corriente de modo de conmutación, es posible que pueda aumentar eso un percentil, pero puede que no valga la pena. Sin embargo, es aconsejable usar un limitador de corriente en lugar de depender de una resistencia.

¿Cuál es la base del regulador como este? ¿Puedo hacer tal regulador sin IC?
@ultimatex necesitaría algún tipo de controlador IC, hay varios controladores en línea.
@ultimatex, incluso entonces, solo puede obtener una eficiencia del 85 %, en comparación con el 82 % actual.
@ultimate mira mi respuesta actualizada.
Lo lamento. Entendí. Gracias por mostrarme Y aprendí sobre los convertidores reductores y son mucho más eficientes como mencionaste.

Por lo que entiendo de este circuito es que cuando el voltaje de R3 excede el voltaje que se requiere para encender Q1, la compuerta de Q2 se moverá a GND y el Q2 se apagará.

Por lo tanto, nunca habrá un voltaje mayor que el de R3. Supongamos que el voltaje para encender Q1 es de aproximadamente 0,7 V.

Ahora, si queremos limitar la corriente a través de la resistencia a, por ejemplo, 0,3 A, puede calcular cuál debería ser R3. R = U / I = 0,7/0,3 = 2,33 ohmios.

La potencia nominal debe ser tal que pueda disipar P = I^2*R = (0,3 A)^2 * 2,33 ohmios = 0,21 vatios.

¡Buena respuesta! Algunas sugerencias: R3 y su disipación de energía parecen correctos para la función de limitación actual del esquema. Antes de la disipación general, el MOSFET controlará la corriente, distribuyendo la caída de voltaje; valdría la pena mencionarlo. Y posiblemente usando una función cite_'”', para resaltar la pregunta del póster original (OP). Acerca del primer cálculo del OP : se trata de la disipación de una resistencia simple "R", pero podría ser bueno mencionar que tiene un error al calcular R_power y el valor general es el mismo usando una resistencia simple o el circuito de límite de corriente que se muestra.
@EJE Gracias por tu comentario, creo que es una valiosa adición. De hecho, habrá una caída de voltaje sobre el Mosfet y, posteriormente, se calentará y también debe clasificarse correctamente (y enfriarse). Siéntete libre de mejorar la respuesta.

Puede agregar un LED más y, por lo tanto, reducir la caída de voltaje en la resistencia. O elija otro LED, con un voltaje directo mayor, por ejemplo: 3.5V - 3.9V.

Porque la pérdida de potencia es directamente proporcional a la caída de tensión en la resistencia.

P = U x yo

En tu caso

P = 2,1 V x 0,3 A

P = 0,63W

con un voltaje directo mayor (Led con voltaje directo de 3.9v) En serie, 3 x 3.9 = 11.7V, entonces el voltaje restante es 12 - 11.7 = 0.3 V a través de la resistencia.

Entonces:

P = 0,3 V x 0,3 A

P = 0,09W

Buen punto al señalar el error en el cálculo de disipación de potencia de la resistencia. La sugerencia de agregar un cuarto LED tiene sentido. Sin embargo, hace que la corriente sea demasiado sensible a los cambios en la tensión de alimentación. Cualquier pequeño cambio en el suministro de 12 V dará como resultado un cambio significativo en la corriente del LED. Simplemente usar una resistencia que pueda manejar 0.63W, o usar múltiples resistencias en serie o en paralelo para distribuir la energía, me parece una mejor solución.
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