Il modo corretto di alimentare un LED è quello di fornire al dispositivo una corrente costante polarizzata, il cui valore è indicato dal costruttore nel relativo
datasheet. Ciò si può ottenere utilizzando un
generatore di corrente o più semplicemente ponendo in
serie al LED un
resistore di valore appropriato, col compito di limitare la corrente che vi scorre. In questo caso la
potenza in eccesso viene dissipata in calore nel resistore di limitazione collegato in serie al led.
Questa soluzione, tecnicamente corretta dal punto di vista elettrico, penalizza l'efficienza del sistema e, data la variazione resistiva del sistema secondo la temperatura alla quale lavora, non garantisce con precisione al LED un flusso di corrente corrispondente alle specifiche del costruttore. Il valore di tensione presente ai capi del dispositivo, anch'esso dichiarato come specifica nominale di targa, è diretta conseguenza del valore di corrente fornito. Allo stato attuale, torce portatili per uso professionale, speleologia, uso subacqueo, militare, o sport agonistico notturno usano LED montati meccanicamente anche a gruppi, con conseguenti correnti di alimentazione che possono raggiungere le decine di ampere. Per esempio il dispositivo singolo monochip con sigla SST-90 può assorbire fino a 9 ampere. L'informazione più appropriata per l'utilizzo dei LED di potenza si ottiene dai datasheet del costruttore. In particolare il grafico che correla la corrente assorbita con la quantità di luce emessa (
lumen), è il migliore aiuto per conoscere le caratteristiche del dispositivo.
Volendo approntare il semplice circuito con
resistenza in serie, Rs è calcolato mediante la
legge di Ohm e la
legge di Kirchhoff conoscendo la corrente di lavoro richiesta
If, la tensione di alimentazione
Vs e la tensione di giunzione del LED alla corrente di lavoro data,
Vf.
Nel dettaglio, la formula per calcolare la resistenza in serie necessaria è:
{\displaystyle R_{s}={V_{s}-V_{f} \over I_{f}}}
che ha come unità di misura {\displaystyle \mathrm {ohm} =\mathrm {volt \over ampere} }
Si dimostra la formula considerando il LED come una seconda resistenza di valore {\displaystyle {V_{f} \over I_{f}}\;}
, e ponendo
Vs uguale alla somma delle tensioni ai capi della resistenza e del LED:
{\displaystyle V_{s}=V_{r}+V_{f}=R_{s}I_{f}+{V_{f} \over I_{f}}I_{f}}
quindi
{\displaystyle R_{s}I_{f}=V_{s}-V_{f}\;}
da cui la formula di cui sopra.
Esempio: ipotizzando
Vs = 12 volt,
Vf = 1,8 volt e
If = 20 mA si ha
{\displaystyle R_{s}={12-1{,}8 \over 0{,}02}=510\;\Omega }
In linea generale, quando non si possiede il datasheet specifico, si può considerare per i LED consueti di diametro 5 mm una tensione Vf pari a circa 2 V ed una corrente di lavoro If prudenziale di 10-15 mA, fino a 20 mA. Valori superiori di corrente sono in genere sopportati, ma non assicurano un funzionamento duraturo. In base alla formula di calcolo della resistenza in serie, il suo valore dovrà essere compreso tra:
{\displaystyle R_{s}(max)={12-2 \over 0{,}010}=1000\;\Omega }
(
valore standard = {\displaystyle 1k\;\Omega }
)
{\displaystyle R_{s}(min)={12-2 \over 0{,}020}=500\;\Omega }
(
valore standard = {\displaystyle 560\;\Omega }
)
Per i LED di tipo flash, per i quali come si è detto la corrente può variare tra 20 e 40 mA, i valori minimo e massimo della resistenza saranno 250 e 500 (valori standard 270 ohm e 470 ohm).
Poiché i LED sopportano una bassa tensione inversa (solo pochi volt), se vengono alimentati a corrente alternata occorre proteggerli ponendovi in parallelo un diodo con polarità invertita rispetto al LED ("antiparallelo"). Non è consigliabile inserire un diodo in serie per due motivi: in primo luogo la tensione di alimentazione dovrebbe essere superiore alla somma delle due tensioni di giunzione. In secondo luogo, nel caso di alimentazione invertita la tensione potrebbe ripartirsi sui due diodi in modo da superare comunque la tensione inversa sopportata dal LED.
In qualche caso, si può usare un
ponte di quattro diodi per assicurare che una corrente diretta scorra sempre attraverso il LED. In questo caso, saranno sempre interessati due diodi e quindi la tensione d'alimentazione dovrà sempre essere superiore al doppio della tensione di giunzione.
Se si vuole alimentare un LED con la tensione di rete senza che il circuito dissipi troppa energia nella resistenza in serie, si può usare un circuito costituito da un
condensatore collegato in serie ad una sezione, che consiste nel LED in parallelo ad un diodo di protezione, (con polarità invertita per limitare la tensione inversa) e al tutto seguirà ancora in serie, un
resistore di protezione, che serve a limitare la scarica all'accensione. Il valore del resistore sarà un decimo della
reattanza del condensatore alla frequenza di rete. Il valore della capacità del condensatore dipenderà dalla reattanza (
impedenza) che lo stesso dovrà presentare alla frequenza di rete per far scorrere la voluta corrente (If) nel LED.
La massima quantità di luce che può essere emessa da un LED è limitata essenzialmente dalla massima corrente media sopportabile, che è determinata dalla massima potenza dissipabile dal chip. I recenti dispositivi progettati per impieghi professionali hanno una forma adatta ad accogliere un dissipatore termico, necessario per smaltire il calore prodotto: sono ormai in commercio LED a luce bianca con potenza di 500 watt e oltre e corrente assorbita di 20 ampere
[6]. Quando sono richieste potenze più elevate normalmente si tende a non usare correnti continue, ma a sfruttare
correnti pulsanti con
duty cycle scelto in maniera opportuna. Ciò permette un notevole incremento della corrente e quindi della luce, mentre la corrente media e la potenza dissipata rimangono nei limiti consentiti.
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