Circuito integrado e outros componentes do driver de LED de alta potência.

Publiquei várias análises de LEDs, então chegou a hora de escrever sobre como alimentá-los.
A análise inclui três itens (com links e preços), mas todos são necessários para o mesmo objetivo: montar um driver para LED.

Peço desculpas desde já pela foto de capa: ela insiste em ser redimensionada do jeito dela, e não consegui corrigir. A versão mais adequada está na página do vendedor.

Todo mundo sabe que os LEDs são alimentados por corrente, de preferência estabilizada, para que o brilho não mude quando a tensão variar. É para isso que serve o driver, que, na prática, é um estabilizador de corrente.
É possível limitar a corrente com circuitos integrados simples, como o LM317, ou com estabilizadores de corrente feitos especificamente para isso (há uma análise de um desses componentes no muska), mas eles costumam dissipar bastante calor, pois têm baixa eficiência. E a vantagem dos LEDs está justamente na alta eficiência.
Os estabilizadores de corrente chaveados são mais interessantes: são um pouco mais complexos, mas têm eficiência muito maior, especialmente quando a tensão de alimentação é bem diferente da tensão no LED.
Sim, muita gente vai dizer que é mais fácil comprar um driver desses na China e não se incomodar. Concordo.
Mas é sempre mais gostoso fazer alguma coisa com as próprias mãos. Foi o que decidi fazer ao encomendar os componentes para o driver.
Talvez eu esteja reinventando a roda. Mas a análise inclui componentes que podem ser úteis em muitas outras aplicações, e talvez seja interessante para muita gente saber o que está à venda e o que recebemos de fato.

Vou começar pelo circuito integrado. É o PT4115, bastante conhecido entre os entusiastas de LEDs. Datasheet — www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdf
O circuito integrado tem um pino para controlar o brilho. Pelo que entendi, a entrada pode ser controlada por PWM ou pela variação da tensão. Ela tem impedância bastante alta, pois, ao tocar nesse pino, o LED começava a piscar a 100 Hz.

O lote com 10 unidades custa 2 dólares.
Depois que fiz o pedido do circuito integrado, o vendedor avisou que o pacote seria enviado sem código de rastreamento e perguntou se tudo bem para mim. Decidi que 2 dólares não eram motivo para me preocupar muito e aceitei.
Algum tempo depois, encontrei um envelope na caixa de correio.

Dentro havia um saquinho com os circuitos integrados de que eu precisava.


Testei um dos circuitos integrados, montando-o com fios, avisei o vendedor que estava tudo certo, confirmei o recebimento e fiquei esperando as outras peças.

Depois chegaram os indutores — link
O lote com 10 unidades custa 1,66 dólar.

Dessa vez, entregaram em casa (assim como o pedido seguinte).
Vieram embalados numa caixinha de papelão, embora eu ache essa precaução desnecessária.
Aliás, esses indutores custam bem mais caro por aqui, e eu não os comprei só para isso.

Os indutores em si: indutância de 68 µH, corrente de 1,6 ou 1,8 A (o vendedor não informa, então é uma estimativa), dimensões de 12x12x7 mm.


A medição da indutância mostrou uma variação dentro da margem de erro.


Como no primeiro caso, confirmei o pedido e deixei uma avaliação positiva.

Por fim, chegaram os diodos Schottky. Como são úteis para ter à mão, encomendei 100 unidades.
Queria comprar mais, mas não quis arriscar — link
O lote com 100 unidades custa 2,26 dólares. Por aqui eles também custam mais caro.


Os diodos estão marcados como SS34, mas na verdade são menores e, em dimensões e características, correspondem totalmente aos diodos SS24. www.onsemi.ru.com/pub_link/Collateral/SS24-D.PDF
Medi a queda de tensão no diodo com uma corrente de 1 A e fiquei satisfeito com o resultado.


Com isso, terminou essa parte das compras no AliExpress.
Em princípio, eu poderia encerrar o review por aqui, mas comprar os componentes e não testá-los na prática não seria certo. Então, naturalmente, decidi levar o projeto até algum tipo de conclusão lógica.

Quando fui ao mercado aqui perto, aproveitei para comprar resistores SMD 1206 de 1 Ω para o sensor de corrente.
Primeiro pensei em comprar logo resistores de baixo valor, como os indicados no datasheet do CI, mas eles custam bem mais caro e, se eu quisesse ajustar para correntes diferentes, teria que comprar vários valores. Enfim, não seria prático, e resistores de 1 Ω eu já uso de vez em quando.
No fim, um desses resistores corresponde aproximadamente a uma corrente de 0,1 A; dois em paralelo, 0,2 A, e assim por diante. É fácil soldar resistores e capacitores SMD uns sobre os outros, então dá para ajustar facilmente a corrente necessária.
Eu já tinha os capacitores para o filtro de entrada da fonte e pedaços de placa de fenolite, então não precisava de mais nada.

Enfim, comecei a inventar minha própria roda driver. Rabisquei rapidinho uma plaquinha no Sprint; o circuito é do datasheet, então não precisei inventar nada.
Escolhi um pedaço de placa de fenolite para fazer logo 5 placas (pretendo converter 5 luminárias halógenas para LED).


No final, ficou uma plaquinha assim. Ela é maior do que as vendidas pelos chineses, mas tem um indutor mais potente e dois diodos em paralelo, o que significa menos perdas e mais confiabilidade. Para mim, o tamanho não era problema nenhum.


Depois disso, naturalmente, deu vontade de testar (como não?).
Testei com estes LEDs

De quebra, descobri que o CI estabiliza a corrente normalmente, mas, mesmo assim, quando a tensão de entrada aumenta em uma vez e meia, a corrente de saída também muda, ainda que pouco.
Mas desconfio um pouco que possa haver um erro de medição grande por causa da corrente pulsante (medi a corrente de saída em série com o LED).
É claro que eu poderia ter medido a corrente usando um resistor e um osciloscópio, mas achei desnecessário, já que dava para ver bem a transição do modo linear para a limitação de corrente e, depois, a passagem para o modo de estabilização com controle PWM.

O valor do shunt era 1/6 = 0,166 Ω.

Com esses parâmetros na entrada, a corrente na saída era de 0,7 A.


Com esses parâmetros, a corrente na saída era de 0,65 A


Antes da tensão limite para entrar no modo de estabilização por PWM, obtive a corrente máxima —


Ao aumentar gradualmente a tensão de alimentação, a corrente de entrada primeiro subiu de forma gradual. Depois de entrar no modo de estabilização, continuou caindo gradualmente à medida que a tensão aumentava, o que indica que o PWM de estabilização está funcionando.
Aliás, ao aumentar a tensão de alimentação bem devagar, dá para perceber a transição: o brilho do LED primeiro aumenta gradualmente e, depois da transição, cai de uma vez cerca de 10%. Depois disso, não muda mais, mesmo com o aumento da tensão de entrada.
Pelo visto, é assim que o circuito integrado faz a transição para o modo de estabilização por PWM.
Com uma corrente de 600 mA, quase não dá para sentir o aquecimento. Não tenho como medir sem contato, e uma medição por contato introduziria um erro de medição grande.
Tentei fornecer 1 A na saída. O aquecimento aumentou, claro, mas não muito. E só o circuito integrado esquentou. No geral, fiquei satisfeito.

Você deve estar se perguntando por que não comprei um pronto no próprio AliExpress.
- As peças também vão ser úteis em outros projetos.
- Queria «desenferrujar» um pouco as mãos.
- O custo de todos os componentes ficou em cerca de 1 dólar por placa.
- Resolvi testar os componentes, em vez de um dispositivo pronto, já que eles são usados não só em drivers.
- No fim, obtive um dispositivo mais confiável do que os oferecidos pelas lojas chinesas.

Espero muito que esta análise seja útil.