Modernización de una luz LED de empuje: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este proyecto comenzó porque tenía una luz LED en mi armario que no era lo suficientemente brillante como para ver bien. Pensé que las baterías se estaban agotando, pero cuando las reemplacé, ¡no se puso más brillante! Pensé que abriría la luz para ver qué estaba pasando en el interior y si podría agregar fácilmente algunos LED más para hacerlo más brillante. Pero, por supuesto, los LED de colores hacen que cada proyecto sea más divertido, así que decidí agregar LED rojos, verdes y azules en su lugar. Esta parecía una oportunidad perfecta para escribir algo para el Concurso Made with Math: si no está familiarizado con la Ley de Ohm o cómo calcular el valor de la resistencia limitadora de corriente para un LED, este Instructable le mostrará cómo hacerlo.

Si tiene alguna pregunta, no dude en dejar un comentario e intentaré responderle.

Suministros

• Luz de empuje a batería, también llamada luz de disco o luz de toque. Disponible en Amazon o en ferreterías. Este proyecto funcionará tanto con luces LED más nuevas como con luces incandescentes más antiguas.
• LED de su elección
• Resistencias surtidas: los valores dependerán de cuántas baterías tome su luz y qué LED elija (¡averiguarlo es parte de este Instructable!)
• Pinzas de punta de aguja
• Juego de mini destornilladores (a veces es necesario para desmontar la luz)
• Soldador (recomendado)
• Multímetro (recomendado)

Paso 1: desmonte su luz

Empiece por desmontar su luz. Por lo general, necesitará un mini destornillador para hacer esto quitando la cubierta posterior. Dentro de este podemos ver un circuito simple que consta de los terminales de la batería, un botón, un LED y una resistencia. Un circuito de luz incandescente se verá similar, pero no tendrá una resistencia, por lo que deberá agregar una si está cambiando a LED.

Paso 2: Decida qué LED desea, busque las especificaciones

Hay muchos tipos diferentes de LED y vienen en todos los colores diferentes. Deberá decidir cuántos LED y de qué color desea utilizar. Probablemente, lo más sencillo sea agregar más LED del mismo color en paralelo. Si desea agregar LED en serie o mezclar colores, deberá hacer un poco más de matemáticas, ¡pero para eso está este Instructable! Repasaremos cada escenario.

Una vez que se haya decidido por los LED, deberá buscar su caída de voltaje directa y su clasificación de corriente directa. Esta información suele estar disponible en el sitio web donde compró los LED o en la hoja de datos. Los LED de 5 mm como los que se muestran arriba son muy comunes y, por lo general, tienen una corriente nominal de 20 mA. La caída de voltaje directo varía entre 2 V y 4 V y depende del color.

Paso 3: Determine los voltajes

Si no tiene un multímetro, como mínimo deberá determinar el voltaje del compartimiento de la batería de su luz. Es necesario conocer el voltaje de su paquete de baterías para calcular la resistencia limitadora de corriente. Puede hacer esto simplemente contando las baterías. Una sola batería alcalina AA (o AAA) proporciona aproximadamente 1,5 V, un poco más cuando están frescas. Cuando combina baterías en serie, los voltajes se suman. Entonces, en este caso, con cuatro baterías AA nuevas, debería esperar un poco más de 6V.

Si tiene un multímetro a la mano, tampoco estará de más medir los voltajes. Haga esto mientras el LED está encendido. En este caso, puede ver que obtengo 6.26V del paquete de baterías, mientras que tengo una caída de 3.26V sobre el LED y una caída de 2.98V sobre la resistencia. Es interesante notar que estoy bajando casi la mitad de mi voltaje sobre la resistencia, ¡eso es una gran cantidad de energía desperdiciada! Más sobre eso más tarde. Si no tiene ganas de leer el código de color, también puede medir la resistencia de su resistencia; hágalo mientras el LED está apagado.

Si no sabe cómo usar un multímetro, hay muchos buenos tutoriales disponibles, en Instrucables y en otros lugares. Yo hice este.

Paso 4: Cálculo de la resistencia para un solo LED

Antes de continuar, expliquemos cómo calcular el valor de la resistencia para un solo LED. Una resistencia se rige por la ley de Ohm, que establece que V = IR, o

Ecuación 1: Voltaje [voltios] = Corriente [amperios] x Resistencia [ohmios]

El voltaje de su batería y la caída de voltaje en el LED son (aproximadamente) constantes. Entonces, en el circuito de arriba, la caída de voltaje a través de la resistencia es

Ecuación 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Conectar eso a la ley de Ohm para la resistencia nos da:

Ecuación 3: Vbatt-VLED = IR

Si tenemos una corriente objetivo para el LED, llámelo ILED, entonces sabemos todo en la Ecuación 3 excepto la resistencia. Podemos reorganizar esa ecuación para resolver R:

Ecuación 4: R = (Vbatt-VLED) / ILED

Entonces, por ejemplo, digamos que tenemos una batería 2xAA (que suministra 3V), un LED rojo con una caída de voltaje directa de 1.8V, y queremos 20mA a través del LED. Reemplazar los números en la ecuación 4 nos da:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Las resistencias tienden a tener valores divertidos, por lo que es probable que no tenga una resistencia de 60 Ω por ahí. Ahí es donde resulta útil saber cómo combinar resistencias en serie y en paralelo. Sin embargo, está bien si no obtiene exactamente 20 mA a través del LED; "lo suficientemente cerca" probablemente esté bien para la mayoría de las aplicaciones.

Finalmente, es un error común pensar que la resistencia debe estar antes del LED para reducir el voltaje o limitar la corriente. Eso en realidad no es cierto; resulta que la resistencia se puede colocar después del LED. Mire un video que explica por qué eso es cierto aquí.

Paso 5: agregar más LED en paralelo

Comencemos con el caso más simple: solo desea agregar más LED del mismo color en paralelo para hacer que su luz sea más brillante. Puede ser tentador agregar los LED directamente en paralelo con el existente, manteniendo la resistencia única. Esto funciona, como puede ver en las fotos de arriba, los tres LED se iluminan, ¡pero hay un problema! La corriente a través de la resistencia única en realidad no cambia cuando agrega más LED en paralelo. Dado que los LED están en paralelo, la corriente a través de la resistencia única se dividirá uniformemente entre ellos. Entonces, antes, donde tenía 20 mA a través de un solo LED, ahora solo obtengo aproximadamente 20/3 = 6,67 mA a través de cada LED, ¡y no serán tan brillantes!

En cambio, si agrega una resistencia individual en serie con cada LED, obtendrá la cantidad total de corriente a través de cada LED. La desventaja es que esto agotará la batería tres veces más rápido. Esto no es un gran problema en mi caso porque tengo la luz montada en un armario y no la usaré con tanta frecuencia.

Entonces, si adopta este enfoque, ha evitado hacer cálculos matemáticos; solo necesita algunas más de la misma resistencia. En mi caso, tengo una resistencia de 100Ω y un LED blanco; solo necesito dos más de cada uno para obtener un total de tres LED en paralelo. (Desafortunadamente, olvidé tomar una foto de ese paso antes de cambiar a LED de colores).

Paso 6: agregue más LED en serie

¿Qué hay de agregar más LED en serie? Esta opción funciona si el voltaje de la batería es lo suficientemente alto. Los LED no se encenderán en absoluto si el voltaje de la batería está por debajo de la caída de voltaje directa requerida. Al igual que con las baterías, cuando combina LED en serie, sus voltajes se suman. En mi caso, mi LED blanco tiene una caída de voltaje de 3.4V, por lo que poner dos en serie requeriría 6.8V, más de lo que proporciona mi paquete de baterías. Sin embargo, por ejemplo, podría hacerlo con dos (o incluso tres) LED rojos. Si cada LED rojo tuviera una caída de voltaje de 2V y quisiera una corriente de 20mA, eso le daría un valor de resistencia de R = (6 - 4) / 0.02 = 100Ω. Compare eso con poner un solo LED rojo en el circuito: R = (6-2) / 0.02 = 200Ω. Al agregar un segundo LED en serie, ha disminuido en gran medida el tamaño de la resistencia, pero aún está consumiendo solo 20 mA, por lo que no está agotando la batería más rápido. Ha hecho que el circuito sea más eficiente porque está disipando menos energía en la resistencia. Eso trae otra ecuación: para una resistencia, la potencia es igual a la corriente al cuadrado por la resistencia, o

P = I ^ 2 * R

Entonces, 20 mA a través de una resistencia de 200 Ω disipa 80 mW, mientras que 20 mA a través de una resistencia de 100 Ω solo disipa 40 mW.

(nuevamente, disculpas por no tener una imagen de este ejemplo; fui directamente a los LED de colores en paralelo)

Paso 7: Mezcla de LED de diferentes colores

Si desea mezclar LED de diferentes colores, tiene dos opciones:

• Conéctelos en serie: esto funciona siempre que la caída de voltaje total en los LED sea menor que el voltaje de la batería (consulte el paso anterior).
• Conéctelos en paralelo, cada uno con su propia resistencia, suponiendo que desee que todos los LED tengan la misma corriente para que tengan el mismo brillo, simplemente calcule el valor de la resistencia por separado para cada LED, dada su caída de voltaje directo.

A veces es más fácil hacer prototipos de circuitos como este en una placa de pruebas primero (si no sabe cómo usar una placa de pruebas, consulte este tutorial). Nuevamente, es posible que no tenga a mano los valores exactos de resistencia que desea, por lo que puede jugar con diferentes combinaciones en serie / paralelo para ajustar su brillo. En este caso, tengo un paquete de baterías 4xAA que proporciona aproximadamente 6 V, y LED rojo, verde y azul con caídas de voltaje de aproximadamente 2 V, 2 V y 3 V respectivamente. Eso me da un valor de resistencia de R = (6-2) /0.02 = 200Ω para los LED rojo y verde, y 150Ω para el LED azul. No tengo esos valores exactos disponibles, pero puedo crear una resistencia de 200 Ω combinando dos resistencias de 100 Ω en serie, y puedo acercarme lo suficiente a una resistencia de 150 Ω combinando una resistencia de 100 Ω y una resistencia de 47 Ω en serie.

Paso 8: Agregar LED en serie y en paralelo

¿Te sientes aventurero y quieres que esto sea REALMENTE brillante? ¡Agregue LED en serie Y en paralelo! Nuevamente, recuerde que para agregar LED en serie, el voltaje de la batería debe ser mayor que la suma de las caídas de voltaje del LED; y si agrega LED en paralelo, se agotará la batería más rápido. Realice un cálculo por separado para el valor de la resistencia para cada conjunto de LED en serie.

Paso 9: ¡Vuelva a armarlo

Hacer prototipos en una placa de pruebas, con pinzas de cocodrilo o doblando los cables junto con unos alicates es una buena manera de probar diferentes combinaciones de LED / resistencia antes de finalizar su diseño. Cuando haya terminado, soldar los LED y las resistencias juntos ayudará a mantenerlos en su lugar cuando vuelva a ensamblar la luz. Un poco de cinta adhesiva o pegamento caliente también puede ayudar a evitar que se muevan. Con los LED rojo-verde-azul, tuve que desmontarlo y volver a montarlo varias veces hasta que coloqué los LED de modo que dieran un efecto de difusión uniforme para los tres colores. El producto final aquí probablemente no será muy útil en mi armario, ¡pero seguro que se ve mucho más genial!

Finalista en el concurso Made with Math