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Alimentando una tira de LEDs

Fuente ATX mas LEDs

Objetivos

 

 
    • Usar una fuente ATX en un ejemplo práctico.
    • Presentar el transistor de potencia TIP 120.
    • Montar un circuito de ejemplo que incluya un dimmer
 
 

Material requerido.

Imagen de Arduino UNOArduino UNO o equivalente.
ProtoboardconexionesUna Protoboard más cables.
componente Un diodo LED
Resitencia variable de 1K Un potenciometro de 10k
Transistor Darlington  Un transistor Darlington TIP 120
Resistencia 1k una resistencia de 1K
LED stripe Una tira de LEDs

 

Los tiras de LEDs

 

Las tiras de LEDs o LED stripes son cada día más comunes, porque tienen muchas ventajas cuando se usan para iluminación de ambiente o escritorios.

Es de sobra conocido que las luces LED son mucho más eficientes energéticamente que las luces incandescendentes y que las halógenas y fluorescentes, pero ¿Qué significa esto?

Como habrás podido comprobar si alguna vez has intentado desenroscar una bombilla que lleva un ato encendida, la mayor parte de la energía que consume una lámpara incandescente, las bombillas de cristal de toda la vida, se dedica a producir calor más que a dar luz.

En una bombilla de filamento incandescente la relación entre la luz generada y la energía consumida, apenas llega al 8% y además tienen tendencia a quemarse pronto.

La cosa mejora ligeramente con halógenos y tubos fluorescentes paro siguen siendo un asco. Y el resto de tecnologías tradicionales de fabricación de bombillas mejoran más o menos el rendimiento a cambio de hacer crecer el precio exponencialmente.

En comparación, los LEDs que se usan para iluminación alcanzan rendimientos del 90%, lo que los hace ideales para el ahorro de energía y de factura de luz, no es de extrañar que se hayan extendido con rapidez y eso que aún están caras.

Una lámpara LED de 10W es equivalente a una bombilla incandescente de 80 o 90 Watios y además dura más, así que iros acostumbrando, porque están aquí para quedarse.

La mayoría de la iluminación comercial LED funciona a 12V mientras que nuestras instalaciones domesticas en Europa son de 220V y en América de 125V, así que vamos a necesitar un transformador para bajar la tensión de entrada a nuestras luces LED

Con el tiempo (y poco) las instalaciones domesticas incluirán una línea de 12V junto a las normales de 125 o 220V, para las luces LED o cargar los móviles y hasta nuestros Arduinos, pero de momento vamos a necesitar una fuente de 12V y mira qué casualidad, las fuentes ATX que vimos en la sesión anterior tienen salida de 12V.

Vamos a ver cómo usar estas fuentes para alimentar una o varias tiras de LEDs, que es algo que lo que cada día tendremos más necesidad.

Tira de LEDs

 

Conectando una tira de LED

 

Todas las luces LED de iluminación domestica que he visto son de 12V. La que voy a utilizar usa 72 diodos LED Azules en fila (Seria largo explicar porque tengo una tira de diodos azules de metro), repartidos en  una longitud de un metro y se consiguen por poco más del precio de una entrada de cine.

Leyendo sus características nos dice que se alimenta a 12V y es de 18 W, lo que considerando su rendimiento produce una luz intensa de color azul.

En cuanto hagáis los cálculos, (18 Watios / 12 Voltios  = 1.5 Amperios) os daréis cuenta que hay que olvidarse de los reguladores 78xx ya que no van soportar la intensidad necesaria. Pero las fuentes ATX pequeñas pueden soportar tranquilamente 300W, así que podríamos alimentar unas cuantas tiras de estas a la vez.

Para alimentar la tira LED, usaremos una de las salidas de disco duro, a la que conectaremos  un adaptador, del que retiraremos el conector que no necesitemos y lo sustituimos por un registro eléctrico, en el que atornillar los conectores de la tira.

 
  • Esto evita cortar conectores de la fuente que siempre tiene un cierto peligro y nos impedirá reaprovecharla, y además nos habremos agenciado un conector muy útil para el futuro.
 
Tipicos conectores de discos duros
de disco duro a registro

Si usamos el montaje de fuente ATX y Arduino que vimos en la última sesión y cargamos el mismo programa, montar esta tira usando uno de los conectores de disco duro, es pan comido.

Conectando los terminales de la tira de LED a 12V y GND, cuando enciendas la fuente, se iluminará la barra de LEDs.

Aquí os dejo un video con el resultado:

 

Esto ha sido tan asquerosamente fácil, que casi nos aburre y además nos sobra sitio en esta sesión, así que ¿Qué podemos hacer?

Pues naturalmente, complicar el circuito para hacer cualquier cosa inútil, pero divertida, que preferiblemente no sirva para nada. Vamos a tener que montar un dimmer es decir un circuito que nos permita regular la intensidad de la luz de nuestra tira LED.

Como la intensidad de luz en un LED es proporcional a la intensidad de corriente que le recorre, bastara con usar algo que nos permita controlar ese flujo. Y la solución por supuesto es nuestro amigo el transistor.

Pero… Un momento. Nuestro viejo conocido 2N2222 solo soporta hasta 0,5 amperios y aquí nos vamos a 1.5 amperios. ¿Hay algún transistor capaz de soportar esta intensidad?

Transistor Darlington

La respuesta es, por supuesto, afirmativa. Podemos usar otro clásico de la electrónica, un Darlington TIP120 que es un transistor NPN de potencia, que soporta hasta 5 Amperios y una tensión de 60V. Es el transistor ideal para que nuestros Arduinos controlen pequeños motores, solenoides, tiras LEDs y similares con una mínima carga para nuestro micro controlador

La idea es utilizar uno de estos transistores para controlar la carga que pasa a la tira de LEDs y usar Arduino con un pin PWM que regule el paso mediante la señal que entrega en la base del transistor.

Es el mismo circuito que hemos usado con anterioridad pero simplemente cambiamos el modelo de transistor y la tensión de alimentación

 

Circuito de control

 

Vamos en primer lugar con el circuito correspondiente al transistor. Es el mismo que usamos en la sesión transistores, solo que allí usábamos un pequeño transistor conmutador y aquí vamos a usar uno de potencia media el TIP 120, cuya base gobernaremos mediante el pin digital 9 de Arduino.

Transistor TIP 120

Usaremos el mismo circuito de la sesión previa, con la fuente ATX y  añadiremos un potenciómetro para leer un valor en el pin A0, que usaremos para modificar el valor de tensión que pondremos en la base del transistor para controlar el brillo de los LED.

El circuito general será poco más o menos así:

Dimmer con Arduino

Repasemos la idea. El pulsador inicia y detiene la fuente ATX que se encarga de alimentar el circuito de 12V. Recordad que solo hay 12V cuando la fuente está encendida.

El transistor TIP 120, regula el flujo de corriente a su través de 12V y por la tira de LEDs en función de la tensión que pongamos en su base, desde Saturación (Pasa todo) con 5V en la base a corte (No pasa nada) cuando ponemos 0V en la base.

Para decidir que tensión le damos a la base lo leemos de un potenciómetro que hemos conectado al pin 9 de Arduino.

 

El programa de control

 

Para conseguir el variador de intensidad de la tira LED, usaremos de partida el programa anterior, ya que necesitamos usar la fuente ATX para alimentar los LEDs, pero añadiremos  unas líneas que lean el potenciómetro en el pin A0 y envíen un valor acorde al pin 9 para gobernar el transistor.

El programa es algo así:   Prog_83_2

bool PowerON = false ;

void setup()
   {  Serial.begin(9600);
      pinMode( 6, INPUT_PULLUP);   // Para leel el boton
      pinMode( 7, OUTPUT);         // Para encender la fuente con un LOW
      pinMode(13, OUTPUT);         // Para usar un LED de encendido
      pinMode( 9, OUTPUT);         // Pin PWM para regular la base del transistor
      digitalWrite(7, HIGH);       // Fuente apagada

      delay(1000);   // Pequeño retraso para asegurarnos de que la tension es estable
      Serial.println("Iniciando la fuente");
   }

void loop()
   {  bool boton = digitalRead(6) ;
      if (boton == LOW)
          {  PowerON = ! PowerON ;        // Ivertimos el estatus de la fuente
             delay(250);                  // Para evitar rebotes
             digitalWrite(13, PowerON);   // Encender o apagar el LED
          }
      if ( PowerON)
             digitalWrite(7, LOW);        // Enciende la fuente
      else
             digitalWrite(7, HIGH);       // Apaga la fuente

      int lectura = analogRead(A0);       // Leemos A0
      analogWrite (9, lectura / 4);       // Ponemos la tension de control
   }

Apuesto a que esperabais algo difícil, pues ya veis. No supone ninguna dificultad.

Lo único que cambia con el programa de la sesión anterior son las dos últimas líneas y a estas alturas no creo que nadie tengáis dudas de su significado. Lo de los dimmers está ampliamente sobrevalorado.

Aquí os dejo un pequeño video con el resultado:

 

 

Resumen de la sesión

 

 
    • Montamos un circuito que permitia encender y apagar la tira LED primero y después lo modificamos para incluir un variador de intensidad o dimmer mediante un sencillo potenciómetro.
    • Hemos usado una fuente ATX, para alimentar una tira de LEDs a 12V.
    • Hemos visto que los transistores Darlington como el TIP 120 soportan cargas de corriente importantes.

 

 

 

 

 

 

 

(84) Comments

  • Estimado,

    Muy bueno el tutorial. Una pregunta quizá absurda… Dada la corriente que necesito controlar que es del órden de los 5A. Puedo utilizar dos TIP120 en paralelo? La corriente se dividiría entre los dos transistores?

    Gracias

    • En principio podria ser, pero no tendria mucho sentido porque seguro que podemos encontrar u darlington que aguente 5A por menos dinero que dos TIP120. Pregunta en tu tienda de electronica y seguro que hay uno barato

    • Hola Alberto.

      Tienes el BD649 que puede manejar 8A.

      Saludos.

    • Calito

    hola, para empezar quiera decir que no se mucho de electronica. segun la foto del transistor dice la patita de la izquierda es la base, eso entiendo, pero despues dice que la del medio es el colector y la de la derecha el emisor, entonces y siguiendo el diagrama de coneccion que le sigue el colector iria a los 12V y el emisor al + de la tira de led. Entonces no entiendo el diagrama de coneccion de arduino porque el colector esta conectado al – de la tira led y el emisor al GND de la fuente. Me podrias explicar por favor. Gracias.-

    • Hola Calito, No te lies mucho con que pata es la del dibujo o de tal otra cosa. COje el transistor que vas a usar y busca en internet cuales son sus patas y asi ya tendras claro el esquema ¿Vale?

    • Juan Carlos R

    Buenas noches!

    Disculpe la molestia pero tengo un proyecto que me ha estado volviendo loco porque debería ser simple pero pienso que hay alguna cosa elemental que no estoy viendo y no me deja avanzar.

    Mi proyecto consta en 10 LED tipo COB de 3W a 12V que deben poder encenderse independientemente. En mi caso las conecté similarmente a este ejemplo pero utilizando 10 MOSFETS canal N (IRFZ44N) y por supuesto cada “gate” de los transistores a un pin de Arduino(Uno) del 13 al 4.
    Mi programa entonces le indica que deben encenderse cada uno por 3 segundos y después encender el siguiente (algo así como una marquesina o secuencia lineal)

    Sin embargo obtengo un comportamiento extraño por parte de alguno de los LEDs/o Mosfets: al menos uno de ellos permanece encendido levemente aún cuando no es su turno y se rehúsa a brillar cuando es su turno en la secuencia… Ojalá me de a entender.

    Gracias de antemano

    • Hola Juan Carlos, tiene pinta que puedes tener algún problema en el cableado, porque la programación no es nada complicada. Revísalo bien o súbenos algún esquema foto a alguna parte que podamos verla.

    • Hola Juan Carlos.

      El problema radica en que estás usando unos MOSFET que necesitan mucho más voltaje en el gate que los 5V que suministra Arduino. Los MOSFET, a diferencia de los BJT, se activan por tensión, no por corriente como los segundos. La mayoría de los MOSFET de potencia necesitan de entre 7V y 10V en su gate para salir de la zona óhmica y entrar en saturación. Ese en particular requiere unos 10V aproximadamente. Se puede usar un BJT de propósito general como driver para activarlo con 5V, más una fuente de alimentación de unos 12V añadida. Pero hay una solución más rápida, y es usar un MOSFET Logic Level, como el IRL530, que se satura con 5V, justos los que dan muchos microcontroladores (están diseñados para eso).

      Saludos.

    • Joan Sebastian

    Buenas amigo, lo que pasa es que cuando realizo el montaje me doy cuenta que a la tira led solo le llega 5V por tal motivo no prende, realicé tal cual tu montaje y uso una fuente de 12V de 3,3A con una carga de 2 metros de tira de LED y un arduino nano. Me podrías colaborar, gracias.

    • Hola Joan, tienes que asegurarte que los led reciben los 12V nominales que requerieren o no van a prender ¿Vale?

      Debes buscar la causa de que lleguen solo 5V. COmprueba la salida de la fuente y si es de 12, busca el motivo de que la alimentacion caiga porque parece raro

    • Camilo

    Hola Admin,
    Muchas gracias por el tutorial! Soy nuevo con el arduino y tengo un par de preguntas que ojala puedas responder:
    1. ¿Por qué se utiliza una resistencia entre el Pin 9 y la base del transistor? ¿Qué sucedería si no lo uso?
    2. Tengo una fuente de poder de 12V 2A para encender una tira de 120LEDs ¿Es demasiada corriente? ¿Podría quemar la tira de LEDs si excedo la corriente necesaria?
    3. Tengo un transistor TIP122 en vez de un TIP120, en la tienda me dijeron que no tenían más TIP120 pero que este serviría para lograr lo mismo. ¿Es esto cierto?
    4. En el video mencionas que recomiendas usar cables más gruesos para evitar que se calienten mucho con el paso de la corriente. ¿Qué cables debería buscar? ¿Cómo podría preguntarlos en la tienda?

    Muchas gracias! Espero que no sea mucha molestia

    • Hola Camilo, a ver si te podemos responder:

      1. La resistencia de la base limita la corriente para que no supere la máxima que puede soportar el transistor sin romperse.
      2. Con esa fuente no vas a quemar los LEDs.
      3. Sí te servirá ese transistor.
      4. Creo que en la tienda no hay ahora mismo ese tipo de cables, pero seguro que en cualquier tienda o hipermercado puedes encontrarlos.

      Un saludo.

    • Hola Camilo,
      1 – Tengo muy olvidados mis dias de electronica pero en principio y aunque la impedancia de entrada de la base del transistor deberia ser muy baja, por lo que si omites la resistencia hay muchas posibilidades de que quemes el transistor o la salida de arduino

      2 – Necesitas conocer el consmuno de los LED de que dispones. COn una fuente de las caracteristicas que mencionas puedes alimentar hasta 2 Amperios, que no parece mucho si son las tiras tipicas de LED que pueden llegar a neceistar 5 amp. No quemaras en ningun caso los led por causa de la fuente ¿Vale? aunque tenga mucha capacidad el circuito recibira la corriente que vaya demandando (Salvo que haya un corto claro)

      3 – No he usado el TIP122, pero por lo que veo en internet son bastante similartes y deberia valer para este ejemplo de la tira de leds que no requiere ninguna caracteristica precisa

      4 – Tiens que entender que los cables se calientan en funcion de la intensidad que los recorren, y para soportarla necesita secciones cada vez mas gruesas. En la tienda puedes pedir cables de 2 A, ya que por lo que dices tu fuente tiene ese limite (Siempre conviene que te cubras y pidas cables de mas, 5a por ejemplo)

    • Antonio Avila

    Gracias por los tutoriales, ahora se como se conecta la tarjeta de arduino a una lámpara led.

    Saludos.

    • Hola antonio,

      SI lees el siguiente tuto veras lo que preguntas

  • Buenas. Me gustaría saber cómo sería el circuito del dimmer para utilizarlo con un ventilador de PC o un pequeño motorcillo. Supongo que tendría que poner un diodo para proteger el arduino. Podéis ayudarme? Los transistores que tengo en casa son Tips-120, Tips-240 y bd137. De electrónica no se practicamente nada. Gracias de antemano.

    • Hola setflag, Es exactamente el mismo circuito para un dimmer de luz o de un motor. Basta con usar un transistor que soporte la carga maxima y usar un LS120 o similar gobernado por un pin PWM de arduino.

      Si quitas los leds y los sustituyes por un ventilador ya lo tienes

    • Victor

    Hola Admin, tengo un pregunta para ti:
    ¿Cómo puedo calcular la resistencia colocada en la base del transistor? En algunos de tus esquemas aparece de 330 y en otros de 1k y no me aclaro.

    Tengo en mente controlar dos tiras LED por separado (de diferentes colores y especificaciones). Una de 29,4W (tiene mayor longitud) y otra de 7,2W, y ambas trabajan a 12V. ¿Cual seria la resistencia de base necesaria para cada circuito?

    NOTA: Los circuitos son similares a los tuyos, salvo por las tiras LED

    Gracias por todo!

    • Hola Victor, no te compliques mucho con el calculo de la resitencia en la base. La idea basica es que es la tension en la base la que controla el flujo de apertura del transistor y por eso cualquier resistencia entre 330 y 10K problamemnte te serira de modo similar porque buscamos la saturacion del transistor, sin mas. Otro gallo nos cantaria si buscasemos el control de ganancia del mismo

    • Hola Victor.

      Esta fórmula te puede servir:

      Rb = ((Vbase – 0.6) x hfe)/ Icarga

      Rb = resistencia a calcular
      Vbase = voltaje en la base del transistor (en este caso 5V de Arduino)
      hfe = ganancia del transistor (mirar hoja de datos)
      Icarga = corriente que demanda la carga (en amperios)

      Saludos.

    • Pues muchísimas gracias por todo, chicos, y genial el tutorial!

  • Admin, son excelentes tus tutoriales, nada mas que decir.

    • Farland Grimmlock

    Hola, tengo un arduino nano y quisiera controlar unas tiras led RGB que trabajan a 12v, he leido que hay manera de alimentar el arduino a 12v pero no se si la salida de corriente pueda llegar a los 12v que requieren las tiras led.

    Saludos.

    • Creo que so es lo que hacemos en la sesion que has visto

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