LED a 220V

I LED sono particolari diodi i cui elementi semiconduttori ed il loro "drogaggio" esaltano una delle sue qualita',  cioe' emettere fotoni, in pratica emettere luce.

Sulla rete circolano vari circuiti atti ad alimentare i LED, come sappiamo questi diodi vanno alimentati in corrente e non in tensione, questo vuol dire che tra i dati del loro Datasheet dovremo preoccuparci di rispettare non la tensione ma la corrente di alimentazione.

Uno dei metodi piu' semplici e' quello di utilizzare una resistenza limitatrice, con questo sistema pero' la corrente non sara' regolata perfettamente e rischiamo di sovraccaricarlo pregiudicandone il funzionamento e la durata.

Una delle caratteristiche principali dei LED e' il loro alto rendimento, se per alimentarlo usiamo una resistenza oltre ad avere i problemi sopra citati abbassiamo anche il rendimento generale del sistema rendendo inutile il suo impiego. Diventa quindi necessario diminuire al massimo le perdite in calore nel circuito di alimentazione.
Per essere sicuri di alimentare correttamente un diodo LED dobbiamo usare un vero e proprio regolatore di corrente.

Volendo ridurre al minimo le perdite si possono alimentare i LED direttamente dalla rete a 220V.
Sapendo che ogni LED ad alta luminosita', nel suo formato piu' comune (Fig.1) presenta una tensione di circa 3-3,4 Volt quando viene attraversato da una corrente di 20ma, si possono collegare i LED in serie fino ad arrivare alla tensione di 220V.

Fig.1

La tensione di rete a 220V e' in realta' una sinusoide di ampiezza 220 * 1,4142 = 311 Volt p-p perche i 220V sono la tensione efficace, quella di picco e' piu' alta. Per sapere quanti LED sono necessari dobbiamo quindi dividere 311 per circa 3V di ogni LED

311/3 = 103,6 LED

Volendo alimentare i LED a 220V dobbiamo raddrizzare la corrente alternata con un ponte a diodi e livellare la tensione con un condensatore elettrolitico, cosi facendo otteniamo una tensione di circa 311 Volt.
Se il condensatore di livellamento e' abbastanza grande la tensione rimane costante, con un ripple trascurabile.

Rimane un problema, la tensione di rete non e' stabile. Anche l'assorbimento dei LED non e' costante, ci sono delle variazioni nelle loro caratteristiche dovute al tempo, alla temperatura ecc.

Per mantenere costante la corrente assorbita dai LED e' necessario un circuito adatto.

Fig.2

In Fig.2 e' rappresentato un circuito di alimentazione che preleva la tensione alternata a 220V, la raddrizza con il ponte formato dai 4 diodi D1-D4 e la livella tramite il condensatore C1.

La restante parte del circuito serve per regolare la corrente, X1 ed R8 sono il vero regolatore.

l'LM117 (LM317) non puo' sopportare una tensione maggiore di 40V tra il suo ingresso IN e l'uscita OUT, anche se normalmente questa tensione non viene superata per sicurezza ho aggiunto: R1, R2, R3, D7 e Q1 che servono per limitare la tensione ai capi di X1, Se la tensione ai capi dello Zener viene superata questo entra in conduzione avvicinando la polarizzazione della base di Q1 al suo emettitore, di conseguenza la tensione tra emettitore e collettore aumentera' perche' il transistor condurra' meno, tutta la tensione che eccede VZ-0,6V verra' sopportata quindi da Q1 e X1 rimarra' nei limiti di tensione.

Lo stadio che fa capo a Q1 l'ho preso da qui, dove l'LM317 viene usato come regolatore di tensione, nel nostro caso invece viene usato come regolatore di corrente

La corrente regolata sara' uguale al rapporto tra la tensione di riferimento del'LM317 (1,25V) ed R8.

1,25/61 = circa 20ma

R5 rappresenta il carico formato dai LED.

Il Transistor Q1 deve sopportare alte tensioni, nell'ordine dei 300/400 Volt, la corrente e' invece molto bassa, i transistor usati nei vecchi monitor e TV a tubo catodico per pilotare i le griglie RGB possono andare bene. In alternativa anche la famiglia BU e' ottima.

Il diodo Zener D5 da 12V non deve essere di un tipo particolare. R1 e' meglio che sia da almeno da 1/2W.

R8 ha un valore di 61 ohm, io nel circuito reale ne ho messa una di valore piu' alto per diminuire la corrente nei LED, funzionando ad una temperatura minore i LED durano e rendono di piu'.

Nota:
I diodi LED diminuiscono il loro rendimento all'aumentare della loro temperatura, questa loro caratteristica raramente viene indicata nei vari articoli che si trovano in internet. Recentemente e' stato compiuto un'esperimento in un laboratorio universitario del MIT dove da un LED alimentato a bassissima potenza si ricava un rendimento addirittura superiore ad 1, non e' un miracolo, l'energia mancante viene semplicemente ricavata dal calore dell'ambiente circostante, di fatto il LED raffredda l'ambiente.

http://www.wired.co.uk/news/archive/2012-03/09/230-percent-efficient-leds

Il circuito e' stato provato con la normale tensione di rete a 220V 50Hz.
Non disponendo di un'alimentatore in alternata capace di arrivare a 400V non ho potuto testare il circuito nelle sue condizioni estreme ma il transistor dovrebbe proteggere l'LM317 ed i LED anche con tensioni cosi' alte.

ATTENZIONE TUTTE LE PARTI DI QUESTO CIRCUITO SONO SOTTO TENSIONE A 220V ALTERNATA E 311V CONTINUA, NON TOCCARE ASSOLUTAMENTE IL CIRCUITO QUANDO E' ALIMENTATO. IL CIRCUITO DEVE ESSERE REALIZZATO SOLO DA PERSONE COMPETENTI CHE SANNO QUELLO CHE FANNO. NON MI ASSUMO RESPONSABILITA' IN CASO DI DANNI A PERSONE E/O COSE.