Figura 1
Dopo aver perso tempo e bruciato una 15na di LED, copiando circuiti poco affidabili recuperati online, mi sono disegnato questo circuito, che viene ulteriormente migliorato nelle righe seguenti.
Il mio intento è quello di avere il minor consumo di potenza possibile al costo più basso possibile.
Ci sono varie possibilità di alimentare un LED da rete. Alcune non
funzionano, altre usano sistemi resistivi (che convertono un non senso di potenza
in calore) e altri usano le capacità.
Il condensatore si comporta come una resistenza che varia con la frequenza,
ma il bello è che non consuma potenza. Ne risulta, se opportunamente
dimensionato, che può dare la giusta corrente per il LED, senza avere
tanta energia bruciata in calore e quindi persa (caso della resistenza ohmica).
Il circuito che ho disegnato in Figura 1, usa qualche componente in più
rispetto a quelli ultrasemplici composti da un condensatore, un diodo e un led.
Ma il risultato è che è affidabile.
Innanzitutto, i circuitini appena menzionati, hanno un grossissimo problema:
non proteggono il LED dai transitori, che dopo 2 o 3 volte che lo accendi e
lo spegni, fanno bruciare la giunzione a causa di picchi di corrente molto elevati.
Traducendo quello che ho scritto sotto lo schema iniziale, aggiungo qualche
dettaglio:
ho inserito una R sdoppiata ai capi di C1, perchè questo condensatore,
se stacchi la rete, rimane carico e ti puo' dare una scossa, se tocchi qualche
punto del circuito (o la spina, se hai gia assemblato tutto in una scatola).
R va benissimo tra i 400k e 2M. Più la si tiene alta, e maggiore è
il tempo di scarica di C1 e minore sarà il consumo in mW del circuito.
(La costante di tempo è T=RC, se volete calcolare il tempo di carica/scarica).
Il valore della potenza di R, è stato scelto a 1/2Watt perchè
questi resistori hanno un'isolamento più alto, rispetto ai comuni da
1/4 di Watt. Il rischio di usare una singola R da 1/4W è quello che si
rompa e non consenta più a C1 di scaricarsi, col rischio di prendere
la scossa quando si toglie la spina.
Io ora sto provando il primo prototipo di punto luce appena realizzato (nov-2k9)
( ecco il video e l'interno
dell'assemblaggio ), e sto rischiando con una sola R=909K 1/4W e senza R1,
ma non è cosa consigliabile. Infatti lo rismonterò per renderlo
sicuro molto presto.
Se volete essere più sicuri, almeno mettete 2 resistenze da 1/4W
in serie, che si troveranno ai loro capi picchi di tensione di 160V cadauna.
Ho messo poi un ponte di diodi, per usare entrambe le semionde e avere una luce
più forte e stabile.
La cosa invece utilissima, che non ho mai trovato in alcuno schema in giro,
è l'uso del condensatore elettrolitico C2 in parallelo al LED. Ho provato
a metterlo perchè non sapevo più cosa inventarmi per non far saltare
i LED, quando commutavo il circuito tra off e on per testarlo. Questo condensatore
assorbe lo spike che brucerebbe il led e quindi, lo protegge. Inoltre elimina
totalmente il flickering del led, addolcendo il ripple di corrente.
Mentre C2 protegge il LED, R1 protegge C2, nel caso il LED si bruci. Se ciò
accadesse e se non usassimo R1, ad ogni semionda, C2 verrebbe continuamente
caricato per arrivare virtualmente oltre i 300V. In realtà, non raggiungerebbe
mai questa tensione, perchè esploderebbe prima. Quando dico "esploderebbe"
non intendo semplicemente che si rompe, ma intendo proprio che esplode come
un petardo.
In Figura 2, ho staccato il LED. I grafici sotto, riportano la nuova condizione del circuito: abbiamo R1 che consuma poco meno di 1/4 di Watt, in verde vediamo che la tensione si stabilizza a 13,44V (quindi sotto ai 16V max di fabbrica di C1) e la corrente gialla circolante è di quasi 17mA. In questo caso, il circuito non si distrugge e basta solo mettere un nuovo led al posto di quello cotto.
Un'alternativa all'uso di R1, puo' essere quella di Figura 2.a, in cui uso
un diodo Zener. Questa soluzione è quella che preferisco, visto che lo
zener, non consuma nulla finchè il LED è vivo. R1, invece, consuma
sempre, sebbene ridicola, una potenza di 8,5mW.
Nel caso in cui il LED si bruci, la tensione ai capi di C2 comincia a crescere.
Lo Zener è come una valvola tarata ad aprirsi ad una ben definita pressione
e quando interviene, ferma l'innalzamento della tensione, quando detta tensione
corrisponde alla sua tensione di zener (Vz). Io uso degli zener da 6V. (ricordate
che bisogna sempre stare sotto i 16V di C2 e sopra i 3V del LED). In questo
caso, Dz comincia a condurre e manterrà C2 a 6V, assorbirà una
corrente sotto i 20mA e consumerà una potenza sotto i 100mW.
Per il ponte raddrizzatore, i diodi devono sopportare tensioni inverse alte.
Se prendete diodi a caso, senza considerare questa cosa, possono saltare in
un lampo. Io ho usato dei 4007 perchè sopportano 1000V inversi.
La tensione di rete 230V è definita con un valore detto efficace. Questo
valore RMS, in realtà, è un'oscillazione della tensione che va
da +325V fino a -325V. Cioè 650V picco picco. Ecco perchè ribadisco
di stare attenti a giocare con la 230. E' un attimo prendersi una scossa per
una svista o friggere qualcosa perchè si hanno i cavi in tensione che
toccano qualcosa di sbagliato.
Rispondo ad una domanda che nascerà spontanea a chi guarderà
la foto dell'interno del punto luce che ho fatto: perchè ci sono 2 condensatori
arancioni?
Perchè non avevo in casa la taglia giusta e poi avevo problemi di ingombro,
e ho usato 2 C in parallelo da 100nF ciascuno, per ottenere una capacità
totale di 200nF. Cosi sul led ho circa 12/13 mA, in profondità ci stavano
alla grande e il tutto funziona come nel filmato. Il led in questo caso è
un RGB 2 pin auto temporizzato.
(Questo circuito, con le modifiche di protezione fatte successivamente,
come figura 2.a, assorbe una potenza intorno ai 90mW).
Il circuito di Figura 1, lasciato sempre acceso, dato che sui condensatori
non ho perdite di potenza per effetto joule, consuma un kWh in circa 287 giorni
(il suo consumo medio è di circa 145mW). Un kWh sono circa 10 centesimi
di euro, oggi che scrivo nel 2009.
Per abbassare ancora di più la potenza consumata, ho fatto un altro circuito
con un C1 da 220nF e 2 R da 909k. In questo caso, avrò 93.15mW di potenza
media dissipata (ovvero un kWh consumato ogni quasi 15 mesi). Per contenerlo,
mi sono inventato una lampada notturna, infilando il circuito dentro un barattolo
di integratori vitaminici, a cui ho incastrato sopra un bulbo plastico sferico
strappato ad una lampadina di quelle classiche a basso consumo energetico fluorescenti.
Così è uscita questa cosa
a costo zero, che nel buio pesto, mi diventa utilissima.
NOTA IMPORTANTE: ricordate che il circuito non è isolato dalla rete. Significa che la tensione di circa 3V ai capi del LED è flottante, appesa alla 230. Quindi se toccate masse a terra, vi prendete una stecca! Se create un punto luce fatto cosi, isolatelo bene in modo che nessuno possa farsi male toccandolo.
Devo ringraziare MAX G per il suo supporto tecnico.
APPUNTO FIGATA:
Per chi vuole cimentarsi poi in test di circuiti o realizzazioni e/o sperimentazioni
didattiche, lascio questo link. E'
un applet java molto semplice, ma nel contempo molto intuitivo e interattivo,
realizzato da un grande che si chiama Paul Falstad. Questo è il suo sito:
http://www.falstad.com
, ha fatto molti altri applet molto interessanti. Dovete avere installato java
(che si scarica ed installa gratuitamente da www.java.com ) e dovete eseguire
il file circuit.jar.
La figura 3 è uno screenshot fatto togliendo le varie visualizzazioni
colorate (il bello è che l'animazione di funzionamento, fa vedere anche
come scorrono le correnti nel circuito e come si spostano le tensioni):
Altra cosa molto bella, è la possibilità di decidere
cosa visualizzare in un grafico cartesiano dinamico, per studiare i comportamenti
di correnti, tensioni e potenze in real time.
In questo shot, ho visualizzato la tensione che cade ai capi di C1, che oscilla
toccando il picco di 321V, mentre a fianco c'è il grafico della corrente
(in giallo) ai capi del LED. Come vedete, la corrente nel led non va mai a zero,
grazie al condensatore che lo alimenta anche quando la semionda va a zero.
Assolutamente da provare. Se poi volete vedere al volo il mio circuito funzionare, aprite l'applet e importate il testo contenuto in questo file: led230v , semplicemente facendo un copia/incolla. Se non avete il plug-in java installato, dovete scaricarlo. Nella pagina dell'applet, comunque viene messo il link.
Per concludere, nelle seguenti figure 4 e 5, mostro un terzo circuito realizzato senza basetta (destinato ad essere chiuso in qualche contenitore), con un C1 da 150nF, un ponte di diodi monoblocco e 3 R da 909k in serie sotto il condensatore C1 e uno zener. Il tutto per pilotare un led da 3mm, che solitamente si accontenta di una decina di mA (il consumo energetico di questo circuito è una cosa ridicola):
