Como o fato de o resistor usado para limitar a corrente do LED dissipa parte da energia endereçada em aplicações de iluminação?

Os LEDs não podem ser conectados diretamente a uma fonte de energia - apenas em série com um resistor limitador de corrente. O que significa que, quando o LED é alimentado, alguma energia é dissipada por esse LED e alguma energia é dissipada pelo resistor. O que significa que um pouco de energia é desperdiçada.

Agora, suponha que eu precise construir uma fonte de luz poderosa - uma luminária doméstica ou um farol de carro - que use LEDs como fonte de luz. Vou ter que conectar todos os LEDs através de resistores.

Eu acho que esses resistores vão desperdiçar bastante energia.

Como esse problema é tratado ao usar LEDs para iluminação?

LEDs gostam de ser alimentados com uma fonte constante de corrente, isto é. uma corrente fixa, independentemente da tensão necessária para isso. Na prática, para aplicações simples, assumimos uma queda de tensão direta fixa e usamos um resistor para obter a corrente correta.

No entanto, com alterações como variação do processo, temperatura, etc., a tensão direta e, portanto, a corrente mudam. Para aplicações simples, isso não é um problema, mas para aplicações de alta potência, como você mencionou, isso se torna um problema e, portanto, os resistores não são usados.

A solução é incluir feedback no circuito. Como parte do circuito do driver, a corrente será medida e a tensão no LED controlada para manter sempre a corrente no valor desejado; como um bônus útil, isso também permite diminuir o LED, reduzindo a corrente.

Como você ressalta, se transformarmos o excesso de tensão em calor, ele será bastante ineficiente (esta é uma forma de regulador linear )

A solução é usar um regulador de comutação, que ligue ou desligue totalmente a tensão. Um capacitor é usado para "calcular a média" dessa tensão e, alterando a razão entre o tempo ligado e o tempo desligado, controlamos a tensão média. Tudo com uma eficiência de 90% +.

Se você estiver interessado, um circuito comumente usado é um conversor buck

E se você quiser se aprofundar, esses dois vídeos com Howard Johnson e Bob Pease são extremamente bons,

Conduzindo LEDs de alta potência sem se queimar - Parte 1

Conduzindo LEDs de alta potência sem se queimar - Parte 2

Os LEDs podem ser conectados diretamente a uma fonte de alimentação, apenas para que essa fonte de alimentação seja regulada por corrente em vez da mais comum por tensão.

As fontes de alimentação comutadas são usadas para obter uma boa eficiência ao converter uma tensão e corrente em uma combinação diferente de tensão e corrente. Como o tempo de tensão atual é a potência, o produto de tensão x corrente não pode exceder o produto de tensão x corrente. Na realidade, haverá alguma ineficiência; portanto, a tensão de saída x corrente será um pouco menor que a tensão de entrada x corrente. 90% de eficiência é bastante boa. 95% de eficiência é excepcionalmente bom. As fontes de alimentação convencionais normalmente estão na faixa de eficiência de 80 a 90%.

Se a fonte de alimentação regula a tensão ou a corrente depende de como o sinal de feedback é derivado. A fonte de alimentação tentará anular a diferença entre o sinal de referência de entrada e o sinal de feedback. Se o sinal de realimentação for proporcional à corrente de saída, a corrente será regulada.

Para um exemplo de fonte de alimentação comutada que controla a corrente através de uma série de LEDs, consulte o esquema do meu farol de LED KnurdLight. A principal tarefa deste circuito é executar 20 mA aproximadamente constantes através de uma série de 4 LEDs brancos, o que requer cerca de 13V no total. A energia de entrada são duas células AA que fornecem cerca de 3V. As principais partes do conversor de reforço são o indutor L1, o transistor Q2 como a comutação e o diodo D1. A corrente para os LEDs sai do ponto de conexão P1 e retorna em P2. A corrente de retorno flui através do resistor sensor de corrente R6. O PIC possui uma referência interna de tensão fixa de 600 mV. A tensão do R6 é proporcional à corrente do LED, que é comparada à referência de 600 mV dentro do PIC. O firmware no PIC usa esse indicador de alta / baixa de um bit para controlar o switch Q2.