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Calcular resistencia LED en 6 Volt, 9 Volt, 12 Volt, 24 Volt y 48 Volt DC

Esta página es el cálculo y la teoría de la página principal: Fabricar luces LED de 6 Volt, 9 Volt, 12 Volt, 24 Volt y 48 Volt DC

Si al lector le interesa pasar directamente a la fabricación no necesita la información que hay aquí. Este contenido es para conocer de donde salen los resultados del cálculo y el circuito eléctrico o electrónico.

Características del LED elegido para el tutorial

Color del encapsulado plástico: blanco
Luz emitida: blanca
Tensión de funcionamiento: 3,2 a 3,4 Volt
Corriente de funcionamiento: 20 mA (0,020 A)
Corriente máxima directa: 35 mA (0,035 A)
Intensidad luminosa a 3,2 Volt y 20 mA: 8000 – 12000 mcd (milicandelas)
Diámetro: 5 mm
Tensión inversa máxima: 5 Volt
Potencia disipada máxima: 100 mW
Potencia de trabajo: 65 mW
Diámetro: 5 mm
Altura: 9 mm

Calculo de la resistencia limitadora

Diagrama del circuito

Circuito un LED

Para una fuente de 6 Volt es:

Vfuente = Vresistor + Vled ; Vresistor = Vfuente – Vled ; Vresistor = 6 Volt – 3,4 Volt = 2,6 Volt

Vresistor = 2,8 Volt

Vresistor = Corriente x Resistencia en Ohms , Resistencia en Ohms = Vresistor / Corriente

Resistencia en Ohms = 2,6 Volt / 0,020 A = 130 ohms el valor comercial normalizado más cercano

es 120 ohms.

Calculo de la potencia disipada por el Resistor de 120 ohms

Pdisipada por el resistor (Watt) = [Corriente sobre el resistor]² (Amperes) x Resistencia (Ohms)

Pr = [0,020]² x 130 Ω = 0,052 W = 52 mW por lo tanto usaremos un resistor de ¼ de Watt que es aproximadamente 5 veces la potencia real disipada.

Criterios de diseño:

1.- Para el cálculo de la potencia disipada por el Resistor se uso el valor de resistencia de 130 ohms

considerando la condición mas desfavorable.

2.- Se eligió la Potencia disipada mayor dentro de los valores de Potencia disipada normalizada que es ¼ de Watt o sea 250 mW. De esta manera el Resistor trabajará con suficiente margen al alza.

Resultado:
Para 6 Volt de fuente y un LED de 3,4 Volt 20 mA el Resistor debe ser de 120 Ohms ¼ de Watt.

Para una fuente de 9 Volt es:

Vfuente = Vresistor + Vled ; Vresistor = Vfuente – Vled ; Vresistor = 9 Volt – 3,4 Volt = 5,6 Volt

Vresistor = 5,6 Volt

Vresistor = Corriente x Resistencia en Ohms , Resistencia en Ohms = Vresistor / Corriente

Resistencia en Ohms = 5,6 Volt / 0,020 A = 280 ohms el valor comercial normalizado más cercano

es 270 ohms.

Calculo de la potencia disipada por el Resistor de 280 ohms

Pdisipada por el resistor (Watt) = [Corriente sobre el resistor]² (Amperes) x Resistencia (Ohms)

Pr = [0,020]² x 280 Ω = 0,052 W = 112 mW por lo tanto usaremos un resistor de ¼ de Watt que es aproximadamente 2 veces la potencia real disipada.

Criterios de diseño:

1.- Para el cálculo de la potencia disipada por el Resistor se uso el valor de resistencia de 290 ohms

considerando la condición mas desfavorable.

2.- Se eligió la Potencia disipada mayor dentro de los valores de Potencia disipada normalizada que es ¼ de Watt o sea 250 mW. De esta manera el Resistor trabajará con más del doble de margen al alza.

Resultado:
Para 9 Volt de fuente y un LED de 3,4 Volt 20 mA el Resistor debe ser de 270 Ohms ¼ de Watt.

Para una fuente de 12 Volt es:

Vfuente = Vresistor + Vled ; Vresistor = Vfuente – Vled ; Vresistor = 12 Volt – 3,4 Volt = 8,6 Volt

Vresistor = 8,6 Volt

Vresistor = Corriente x Resistencia en Ohms , Resistencia en Ohms = Vresistor / Corriente

Resistencia en Ohms = 8,6 Volt / 0,020 A = 430 ohms.

Los valores comerciales normalizado cercanos

son 470 y 390 ohms, para ambos hay 40 ohms de diferencia con el resultado del calculo que es 430 ohms. Uno a el alza y el otro a la baja.

Criterio de diseño:

Elegimos el valor de 470 ohm para que la caída de Tensión sea mayor en el Resistor (lo que implica una caída menor de Tension sobre el LED) para asegurar un punto de funcionamiento de menor exigencia.

Discusión sobre el criterio de usar un Resistor de 470 ohms en lugar de uno de 390 ohm.

Vamos a analizar con más detalle este criterio de diseño para forzarlo y terminar de convencernos o no de que usar el Resistor de 470 ohms es lo más conveniente.

Para ello apelamos a la función Tensión-Corriente de la hoja de datos del fabricante del LED. Tiene una forma como esta:

Funcion Tension Corriente del Diodo

Como se puede ver una vez que el LED está polarizado en directo (forward), a partir de los 3,75 Volt el LED se presenta en el circuito como un CORTOCIRCUITO, esto quiere decir que conduce toda la corriente que le permitan los demás componentes del circuito electrónico.

En esta situación el circuito electrónico se reduce a una Fuente de 12 Volt y un Resistor de 470 ohms.

En estas circunstancias la corriente máxima que va a circular por el circuito va a ser:

Para R = 470 ohm

Corriente Maxima con el LED en Cortocircuito = 12 Volt / 470 ohms = 0,025 A

Corriente Maxima con el LED conectado = (12 – 3,2) Volt / 470 ohms = 0,018 A

Aqui se comprueba la función “limitadora” del Resistor en el circuito.

Para R = 390 ohm

Corriente Maxima con el LED en Cortocircuito = 12 Volt / 390 ohms = 0,030 A

Corriente Maxima con el LED conectado = (12 – 3,2) Volt / 390 ohms = 0,022 A

Como se puede ver la diferencia entre usar un Resistor de 470 ohms o de 390 ohms es poca dado que en ambos casos estamos aun lejos de alcanzar el límite de 0,035 A que es la máxima corriente directa indicada por el fabricante.

Lo que si se demuestra es que con el Resistor de 470 ohms la corriente de funcionamiento es menor y por lo tanto el punto de funcionamiento del LED menos exigido que con el Resistor de 390 ohms.

Calculo de la potencia disipada por el Resistor de 470 ohms

Pdisipada por el resistor (Watt) = [Corriente sobre el resistor]² (Amperes) x Resistencia (Ohms)

Pr = [0,020]² x 470 Ω = 0,188 W = 188 mW por lo tanto si usamos un resistor de ¼ de Watt es aproximadamente 1,3 veces la potencia real disipada. En este caso una decisión más conservadora es optar por un Resistor de ½ Watt

Criterios de diseño:

1.- Para el cálculo de la potencia disipada por el Resistor se uso el valor de resistencia de 470 ohms

considerando la condición mas desfavorable.

2.- Aqui como se menciona en el calculo de la Potencia disipada es más conveniente optar por un Resistor de ½ Watt. Esto implica reconsiderar el diseño debido a que los Resistores de ½ Watt son de mayor tamaño lo que obliga a que el montaje cuente con espacio suficiente.

Resultado:
Para 12 Volt de fuente y un LED de 3,4 Volt 20 mA el Resistor debe ser de 470 Ohms ½ Watt.

Para una fuente de 24 Volt es:

Vfuente = Vresistor + Vled ; Vresistor = Vfuente – Vled ; Vresistor = 24 Volt – 3,4 Volt = 20,6 Volt

Vresistor = 20,6 Volt

Vresistor = Corriente x Resistencia en Ohms , Resistencia en Ohms = Vresistor / Corriente

Resistencia en Ohms = 20,6 Volt / 0,020 A = 1030 ohms el valor comercial normalizado más cercano es 1000 ohms.

Calculo de la potencia disipada por el Resistor de 1000 ohms

Pdisipada por el resistor (Watt) = [Corriente sobre el resistor]² (Amperes) x Resistencia (Ohms)

Pr = [0,020]² x 1030 Ω = 0,412 W = 412 mW por lo tanto un resistor de 1/2 de Watt es muy justo, por lo tanto optamos por un Resistor de 1 Watt que es un poco más del doble de la Potencia real disipada..

Criterios de diseño:

1.- Para el cálculo de la potencia disipada por el Resistor se uso el valor de resistencia de 1030 ohms considerando la condición mas desfavorable.

2.- Se eligió la Potencia disipada mayor dentro de los valores de Potencia disipada normalizada que es 1 Watt . De esta manera el Resistor trabajará con más del doble de margen al alza.

Resultado:
Para 24 Volt de fuente y un LED de 3,4 Volt 20 mA el Resistor debe ser de 1000 Ohms 1 Watt.

Para una fuente de 48 Volt es:

Vfuente = Vresistor + Vled ; Vresistor = Vfuente – Vled ; Vresistor = 48 Volt – 3,4 Volt = 44,6 Volt

Vresistor = 44,6 Volt

Vresistor = Corriente x Resistencia en Ohms , Resistencia en Ohms = Vresistor / Corriente

Resistencia en Ohms = 44,6 Volt / 0,020 A = 2230 ohms. El valor comercial normalizado más cercano es 2200 ohms.

Calculo de la potencia disipada por el Resistor de 2230 ohms

Pdisipada por el resistor (Watt) = [Corriente sobre el resistor]² (Amperes) x Resistencia (Ohms)

Pr = [0,020]² x 2230 Ω = 0,892 W = 892 mW por lo tanto un resistor de 1 Watt es muy justo, por lo tanto optamos por un Resistor de 2 Watt que es un poco más del doble de la Potencia real disipada..

Criterios de diseño:

1.- Para el cálculo de la potencia disipada por el Resistor se uso el valor de resistencia de 2230 ohms considerando la condición mas desfavorable.

2.- Se eligió la Potencia disipada mayor dentro de los valores de Potencia disipada normalizada que es 2 Watt . De esta manera el Resistor trabajará con más del doble de margen al alza.

Resultado:
Para 48 Volt de fuente y un LED de 3,4 Volt 20 mA el Resistor debe ser de 2200 Ohms 2 Watt.

Diagrama de circuito para siete LED

Circuito siete Led

El valor de R será el que se calculo en cada uno de los pasos anteriores y que son:

Para fuente de 6 Volt cada uno de los valores del Resistor R es de 120 ohms ¼ Watt.

Para fuente de 9 Volt cada uno de los valores del Resistor R es de 280 ohms ¼ Watt.

Para fuente de 12 Volt cada uno de los valores del Resistor R es de 470 ohms ¼ Watt.

Para fuente de 24 Volt cada uno de los valores del Resistor R es de 1000 ohms 1 Watt.

Para fuente de 48 Volt cada uno de los valores del Resistor R es de 2200 ohms 2 Watt.

Si para cualquier otro tipo de lámpara o bombilla, es necesario agregar o suprimir LED la única modificación consiste en agregar o supimir el conjunto asociado LED-Resistor de acuerdo a la cantidad que necesite la aplicación.

Comparación entre la lámpara incandescente y la de LED

La comparación se realiza entre la lámpara incandescente de 6 Volt y 21 Watt y la lámpara LED de 7 LEDs de 3,4 Volt 20 mA y 8000 – 12000 mcd (milicandelas)

En el circuito de 7 LEDs en paralelo la Corriente Total es igual a:

Corriente Total = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 + I7 = 20 mA x 7 = 140 mA

En el caso de la lámpara incandescente es Corriente Total = Potencia / Vfuente

Corriente Total = 21 Watt / 6 Volt = 3,5 Amperes = 3500 mA

Comparando = 3500 / 140 = 25 veces menos de consumo

Vida util de la lámpara incandescente aproximadamente 5000 horas

Vida util de la lámpara LEDs 100000 horas.

Comparando = 100000 / 5000 = 20 veces mas vida útil

Tipo de montaje

El tipo de montaje sugerido en nuestra página Fabricar luces LED de 6 Volt, 9 Volt, 12 Volt, 24 Volt y 48 Volt DC, no es el más adecuado cuando las Tensiones de batería aumentan por encima de 12 Volt porque el tamaño de los Resistores aumenta bastante como son los Resistores de 1 Watt y 2 Watt.

Para estos casos dejamos a criterio del lector la elección del tipo montaje en casquillo de latón, aunque nosotros para las aplicaciones que hemos hecho hasta ahora la seguimos utilizando porque como se trato de iluminación de camiones, vehículos remolcados y barcos contamos con espacio para bombillas mas grandes.

Autor: Julio A Miranda

Fuentes: Electronica Aplicada Mc Graw Hill, Ed 1998, Everlight Manufacturer Data sheet

Esta entrada también está disponible en: Francés

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