Luz de la cima de la pirámide

La LED tricolor de alta (altísima :P) intensidad tiene las siguientes características (datasheet):

Pueden descargar los archivos fuente (LED.svg) del repositorio de código.

• 1 W y 350 mA por canal (1.05 A y 3 W total).
• Caída de tensión en polarización directa:
  • Rojo: 2.2 – 2.6 Vf
  • Verde: 3.2 – 3.8 Vf
  • Azul: 3.2- 3.8 Vf
• Ángulo de visión: 140-150 grados.
• Flujo luminoso:
  • Rojo: (620-630 nm) / 30-40 LM
  • Verde: (520-525 nm) / 40-50 LM
  • Azul: (455-465 nm) / 10-15 LM

Esta LED será alimentada por la PSU y se conectará a los conectores Molex a la salida de +5V (cable rojo). Los canales serán ánodo común. Por lo tanto (se asume el peor caso):

Tensión restante (utilizando peor caso):

• Rojo: 5 – 2.2 = 2.8 V
• Verde: 5 – 3.2 = 1.8 V
• Azul: 5 – 3.2 = 1.8 V

Por lo tanto las resistencias, calculadas por ley de Ohm, R = V/I, son:

• Rojo: 2.8/0.35 = 8.0 Ohms
• Verde: 1.8/0.35 = 5.15 Ohms
• Azul: 1.8/0.35 = 5.15 Ohms

Además, la disipación potencia de las mismas, calculadas por I^2 * R, son

• Rojo: 0.1225 * 8.0 = 0.98 W
• Verde: 0.1225 * 5.15 = 0.630875 W
• Azul: 0.1225 * 5.15 = 0.630875 W

Se decide adquirir las resistencias comerciales:

• Rojo:
  • 2 resistencias de 3.3 Ohms a 5% de 2 W (Naranja, Naranja, Oro, Oro)
  • 1 resistencia de 1 Ohm a 5% de 2 W (Marron, Negro, Oro, Oro)
  • 1 resistencia de 0.33 Ohms a 5% de 2 W (Naranja, Naranja, Plata, Oro)
    Total: 7.93 Ohms
• Verde:
  • 1 resistencia de 4.7 Ohms a 5% de 1 W (Amarillo, Morado, Oro, Oro)
  • 1 resistencia de 1 Ohm a 5% de 1 W (Marron, Negro, Oro, Oro)
    Total: 5.7 Ohms
• Azul:
  • 1 resistencia de 4.7 Ohms a 5% de 1 W (Amarillo, Morado, Oro, Oro)
  • 1 resistencia de 1 Ohm a 5% de 1 W (Marron, Negro, Oro, Oro)
    Total: 5.7 Ohms

Nota: Siempre es importante preveer un 30% más de potencia para las resistencias. Para el canal rojo idealmente el valor buscado fue de 1.5 W, sin embargo la electrónica no disponía de ese valor.

La intensidad luminosa del los LEDs será controlada por el Arduino con PWM, como se ilustra a continuación:

Para esto se conectarán transistores Darlington TIP120 (datasheet, en nuestro caso fabricado por ON Semiconductor) que funcionarán como llave de paso, cerrando y abriendo el circuito:

Una salida PWM del Arduino será conectada a la base del transistor, el colector al cátodo del LED y el emisor a tierra. Los transistores Darlington TIP120 soportan la corriente de 350mA del LED sin problemas (pues soportan hasta 5A) y además son lo suficientemente rápidos (tiempo de respuesta) para no afectar de forma significativa la onda cuadrada del PWM. Sería ideal analizar la onda producida entre el emisor y la tierra con un osciloscopio, pero no se cuenta con dicho equipo en el laboratorio.

Nota: El PWM del Arduino corre a aproximadamente 490.196Hz según este artículo.

Realizamos el siguiente diagrama electrónico (realizado con KiCAD):

Pueden descargar los archivos fuente (LEDDriver.sch y LEDDriver.cache.lib) del repositorio de código. Además hicimos un esquema de cómo quedaría organizado en una placa perforada para soldarla a finales de esta semana:

Pueden descargar el archivo fuente (LEDDriver.svg) del repositorio de código.

Nota: Gracias a este post por las aclaraciones.