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ILUMINACIÓN
CON
NUEVAS
TECNOLOGÍAS
ILUMINACIÓN CON NUEVAS TECNOLOGÍAS – RGB LIGHTING SYSTEMS S.A. - 2016
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Enfoque de este escrito:
El mismo está orientado a dar una explicación en términos simples y coloquiales del uso de las
nuevas tecnologías en iluminación y más específicamente poder entender que es un LED, sus
comienzos, desarrollo, características, usos y límites actuales, tratando de derribar mitos que se
generan por desconocimiento o sobre expectativa.
No se va a ahondar en aspectos técnicos o matemáticos, tampoco se va a utilizar vocabulario técnico
específico, sino que, por el contrario, la idea es que alguien que esté en total desconocimiento pueda
comprender lo que necesita saber, y en caso de necesitarlo, tenga las herramientas para profundizar
la lectura de algunos temas.
Por eso, se han agregado al texto los hipervínculos que refieren a conexiones web, que permitirán
leer más sobre algún punto de interés en diccionarios o artículos disponibles al público en la red.
Estos vínculos no pretenden bajo ningún concepto utilizar propiedad intelectual alguna en beneficio
propio, de modo que la autoría de los escritos redirigidos a la web son propiedad de quienes las
hayan escrito o recopilado. Algunas de las imágenes ilustrativas son de uso y de descarga permitida
en la web, y otras son de producción propia.
La única pretensión es aportar un poco de luz a un tema, que paradójicamente, está envuelto en un
manto de oscuridad, misterio y dudas, generalmente creado por objetivos de marketing y mucho
desconocimiento en la materia.
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INDICE:
CAPÍTULO UNO:
ANTECEDENTES
1.1)
Por qué hablamos de nuevas tecnologías y no de LED?
1.2)
Antecedentes del LED
1.3)
Diodos Semiconductores
1.4)
Diodos Emisores de Luz (LEDs)
5
6
12
12
CAPÍTULO DOS:
FABRICACIÓN DE SEMICONDUCTORES
2.1)
Etapas de Fabricación
2.2)
Pirámide de Selección
15
21
CAPÍTULO TRES:
CARACTERISTICAS TECNOLOGICAS DISTINTIVAS
3.1)
Categorización de los LEDs
3.2)
Características Tecnológicas de los LEDs
3.3)
Uso de dimmers convencionales
22
22
36
CAPÍTULO CUATRO: MODOS DE USO DE LOS LEDs – FUENTES DE ALIMENTACION
4.1)
Magnitudes y Circuitos Básicos
4.2)
Circuitos con LEDs
4.3)
Fuentes de Alimentación de Tensión Constante y Corriente Constante
4.4)
Fuentes switching en lámparas de reemplazo
4.5)
Dimerización de las Fuentes Switching
39
41
43
45
47
CAPÍTULO CINCO:
LÁMPARAS, LUMINARIAS Y SISTEMAS LED
5.1)
Lámparas de reemplazo o Retrofit
5.2)
Lámparas con LEDs COB y reflectores
5.3)
Luminarias y sistemas LED
5.4)
Comparación y conveniencia de cada tipo– Conclusiones Conceptuales
48
51
55
59
CAPÍTULO SEIS:
CONTROL PWM, PROTOCOLOS, SISTEMAS RGB, AWB e IW
6.1)
Modulación por Ancho d Pulso - PWM
6.2)
Efecto de dimerización enriquecido
6.3)
Protocolos de control
(INCOMPLETO)
CAPÍTULO SIETE:
(INCOMPLETO)
CRITERIOS DE DISEÑO DE ILUMINACION CON LEDs
CAPÍTULO OCHO:
(INCOMPLETO)
EJEMPLOS DE APLICACIÓN EN OBRAS
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63
64
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CAPÍTULO UNO:
ANTECEDENTES
1.1) Por qué hablamos de nuevas tecnologías y no de LED?
Hoy por hoy, y en realidad desde hace ya cerca de 10 años, el LED (Diodo Emisor de Luz) es el
elemento que está liderando las nuevas tecnologías, y seguramente lo hará por muchos años más.
Pero si nos remontamos en el tiempo, el 21 de Octubre de 1879, Thomas Alva Edison, revolucionó
la tecnología de la iluminación, haciendo que una lámpara eléctrica, con un filamento de fibras de
bambú carbonatado, pudiera mantenerse encendida por 48 hs. antes de quemarse.
Thomas Alva Edison – 1847-1931
Bombilla de Edison
Si bien Edison no fue el primero en trabajar en este campo, se le atribuye la invención por haber
realizado el primer experimento con esa duración y a partir de ahí comenzó a mejorarse la
tecnología hasta llegar al filamento de tungsteno que sigue utilizándose actualmente.
Podemos inferir entonces, que, a partir de 1879, hablar de nuevas tecnologías en iluminación era
hablar de la lámpara incandescente.
En 1891, sólo 12 años después, Daniel McFarlane Moore, un ex-empleado de Edison, patentó la
“lámpara Moore” un primer intento de lámpara de descarga gaseosa, basada en nitrógeno y dióxido
de carbono, y tuvieron un éxito moderado al lado de la lámpara de filamento. No obstante, los
primeros ensayos se realizaron en 1707 por Francis Hauksbee, quien generó por ionización
electrostática del vapor de mercurio obteniendo una luz azulada.
También trabajaron el esta tecnología y obtuvieron logros destacados: Heinrich Geissler en 1856,
Nikola Tesla en 1893, Peter Cooper Hewitt en 1901, pero en 1926, Edmund Germer, Friedrich Meyer
y Hans Spanner propusieron incrementar la presión del gas dentro del tubo y recubrir la superficie
interior de éste con un polvo fluorescente que absorbiera la radiación ultravioleta emitida por el
gas en estado de plasma, convirtiéndola en una luz blanca más uniforme. La idea fue patentada al
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año siguiente y posteriormente la patente fue adquirida por la empresa estadounidense General
Electric.
Obviamente en ese momento se estaba hablando de una nueva tecnología, aunque las palabras
pudieran ser un “invento revolucionario”.
A estos cambios tecnológicos siguieron otros, y muchos son re-inventos basados en el anterior.
A la tecnología fluorescente la siguió la lámpara de vapor de mercurio, la de vapor de sodio de alta
presión, la de descarga de halogenuros metálicos, la de descarga de “tierras raras”, fluorescentes
compactas, fluorescentes tri-fósforo, inducción magnética de alta frecuencia, etc.
Las primitivas lámparas de filamento fueron evolucionando, hasta llegar a las lámparas halógenas,
una nueva tecnología que añadía un gas inerte en el interior del tubo de vidrio vacío donde el
filamento está en estado incandescente, sin quemarse por la falta de oxígeno, generando con esta
incorporación el denominado “ciclo halógeno” que proporcionó a la lámpara mayor brillo y duración
por la recombinación de elementos químicos, por lo tanto, mayor eficiencia. Una de las variantes
que debió tener la lámpara es el cambio del vidrio del tubo por cristal de cuarzo.
De todas formas, las sucesivas “nuevas tecnologías” siguen conviviendo hasta el día de hoy. Si bien
la lámpara de filamento común ha sido prohibida para uso domiciliario o comercial, ciertas
lámparas, como la que se encuentra en el interior de la heladera o las de baja tensión usadas en
automóviles, siguen siendo de filamento.
Desde hace unos años, la novedad es el LED, o Diodo Emisor de Luz, y es la nueva tecnología que
está presionando fuertemente.
Llamativamente el mercado pone en el LED mucha más expectativa que lo que se esperaba de las
tecnologías anteriores, y espera que sea en muy poco tiempo el reemplazo universal para todo lo
anterior, tal vez exigiendo demasiado en sus orígenes, generando mucha ansiedad, sin darle el
tiempo necesario para todo desarrollo (como lo necesitaron las tecnologías anteriores). Esta
expectativa exagerada también ha generado decepciones o frustraciones en los usuarios.
Entendemos que como todo desarrollo tiene que tener su tiempo de maduración y de ensayo- error,
como sucede con automóviles, medicamentos, etc.
Por eso es que preferimos hablar de nuevas tecnologías y no de “LEDs”, ya que tal vez en 10 años
estamos dándole la bienvenida a otro dispositivo tecnológico que hoy es impensado, y el LED pasa
a integrar la galería de antecesores.
1.2) Antecedentes del LED
Seguramente a muchos nos sucedió que, en nuestros años de estudio, la historia era algo tedioso y
aburrido. Pero tal vez, no era así, sino que la manera en la que se nos enseñaba la historia hacía que
no le diéramos la importancia que tenía.
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A la distancia, podemos asegurar que la historia es algo muy interesante e importante, sobre todo
para conocer el devenir de los hechos, y entender que las cosas no se generan en forma espontánea
y que, por el contrario, todo es un proceso.
El LED no escapa a esta regla general, y su aparición no fue un hecho fortuito y que de un día para
el otro alguien comenzó a fabricar lámparas distintas a las anteriores.
Volviendo a Edison, que ya lo mencionamos antes, en 1883 patentó lo que se conoció como el
“Efecto Edison”, y si bien en su momento no tuvo la importancia que merecía, fue la teoría de la
emisión termoiónica (Efecto Edison) que posteriormente sería parte importante de los fundamentos
de la válvula de vacío y el inicio de la electrónica.
"Electrónica es la rama de la Ciencia y la Tecnología que se ocupa del estudio de las leyes
que rigen el tránsito controlado de electrones a través del vacío, de gases o de
semiconductores, así como del estudio y desarrollo de los dispositivos en los que se produce
este movimiento controlado y de las aplicaciones que de ello se deriven".
Si bien este escrito no está dirigido a quienes posean conocimientos de electrónica, ni va a
adentrarse en definiciones ni fórmulas, es importante destacar el concepto, ya que como
veremos posteriormente el LED es un componente electrónico, se comporta como tal, se
rige por leyes físicas y químicas que corresponden a la electrónica.
Válvula electrónica o tubo de vacío:
Estos dispositivos aprovecharon la observación previa de Edison (1881-1983) en la que estableció
que, para que pase corriente entre una placa metálica a modo de electrodo (ánodo) y un filamento
(cátodo), es necesario que el ánodo sea positivo respecto al filamento (este último debe estar
encendido, es decir caliente para que se produzca la circulación termoiónica). Como dato adicional,
el filamento está recubierto por óxido de bario para posibilitar la emisión de electrones.
Esta propiedad fue estudiada por William Preece en 1885 pero fue John Ambrose Fleming, (también
ex-empleado de Edison) quien estudia este efecto entre 1890 y 1896 y patenta el diodo, primera
válvula de vacío, en 1904.
El “diodo”, como componente electrónico, posee la característica de que permite la circulación de
corriente en un solo sentido, es decir que los electrones sólo circulan desde el cátodo (electrodo
negativo) hacia el ánodo (electrodo positivo).
Diodo
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La aplicación inicial del diodo era como “rectificador”, (de hecho, fue el nombre como más se lo
nombraba hasta hace unos años donde los diodos comenzaron a tener otras funciones) y esta
función era la utilizada para convertir la corriente alterna en corriente continua en conjunción a
otros componentes asociados en el circuito.
Tubo de vacío de Edison
Los tubos de vacío no detuvieron su desarrollo, así en 1906 Lee de Forest propone incluir entre el
cátodo y el ánodo del diodo una rejilla para controlar el paso de electrones entre ambos, mediante
una polarización negativa respecto del cátodo, variable. Este nuevo tubo fue denominado “tríodo”
por ser de tres elementos, y su uso constituyó primer amplificador electrónico.
Imagen del tríodo original
Tríodo
Este desarrollo fue el disparador de incontables aplicaciones y nuevos inventos. En 1913 Walter
Meissner patentara su aplicación como oscilador electrónico, si bien en 1898 Nikola Tesla hizo su
primera experimentación de un oscilador electromecánico.
Los desarrollos continuaron, así en 1916 Walter Schottky introduce una nueva rejilla pantalla entre
la de control del tríodo y el ánodo para disminuir capacidades dando lugar al tetrodo.
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Tetrodo
En 1926, cuando Bernhard Tellegen, introdujo una nueva rejilla proponiendo un nuevo dispositivo:
el pentodo. Esta última rejilla, llamada supresora, está conectada cerca del ánodo y tiene como
misión eliminar la emisión secundaria de electrones que era un efecto indeseable en algunas
aplicaciones del tetrodo.
Pentodo
Estos elementos, en manos de otros inventores permitieron que la primera mitad del siglo XX fuera
dominado por los tubos de vacío, y permitieron inventos tales como:
 Las comunicaciones inalámbricas, siendo el hito más destacado la radio, basada en las
teorías de propagación de ondas electromagnéticas de James Maxwell (1873), demostradas
por Heinrich Hertz (1988).
En varios países se hicieron las primeras experiencias y desarrollos, Aleksandr Popov en San
Petersburgo, Rusia, Nikola Tesla en San Luis, Estados Unidos y Guillermo Marconi en el Reino
Unido.
 La televisión, que es una sofisticación tecnológica de la radio, pero que cuenta con
desarrollos tales como el “iconoscopio” que era una aplicación de un tubo de vacío que
capturaba imágenes, los métodos de conversión de imágenes en puntos y estos en ondas
electromagnéticas, y el tubo de imagen o tubo de rayos catódicos, otro tubo de vacío
especial.
 A estos desarrollos se suman otras incontables aplicaciones de la electrónica, como
instrumentos de medición, aplicaciones de electro medicina, microscopios electrónicos,
aparatos de uso doméstico, etc.
 Cómo nota de color, podemos mencionar que, la que fue considerada como la primera
computadora, ENIAC, contenía 17468 tubos de vacío, además de resistores, capacitores,
relays, y otros componentes.
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ENIAC
Como el uso de los tubos de vacío, por sus características físicas y eléctricas, lo hacían muy
complicado para usos portátiles, caro de producir, poco confiables por su fragilidad al ser de vidrio
y con elevado consumo de potencia, obligó a que durante la segunda guerra mundial, el gobierno
estadounidense estimulara económicamente a las compañías del sector electrónico para que
desarrollaran un sustituto del tubo de vacío, para poder utilizarlo especialmente en los aviones,
donde el peso, el espacio y la potencia son críticos.
El Transistor:
Debido a ese impulso, el transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en
diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter House Brattain y William Shockley, (galardonados con
el Premio Nobel en Física en 1956) siendo el reemplazo de la válvula termoiónica de tres elementos
(tríodo).
Primer transistor producido en los Laboratorios Bell
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Ya en 1951, Gordon Teal y Morgan Sparks construyeron el primer transistor bipolar de germanio
con posibilidades comerciales inmediatas.
El transistor bipolar está basado en un material semiconductor, originalmente se usó el selenio,
luego el germanio y posteriormente se estandarizó el uso del silicio, que es tratado químicamente,
con elementos contaminantes, en varias etapas y utilizando patrones prediseñados, para producir
efectos de comportamiento electrónico controlables. Actualmente se comenzó a experimentar con
“grafeno” como un nuevo material semiconductor que puede aportar numerosas ventajas al campo
de la electrónica.
El desarrollo del transistor se basó en experiencias que se venían ensayando desde fines del siglo
XIX:
En 1874, Braun hizo notar efectos de una unión metal-semiconductor, en 1904 se utilizó un
dispositivo de puntas de contacto como rectificador (Diodo), en 1920 se había generalizado el uso
comercial de rectificadores cobre-óxido de cobre o hierro-selenio. En 1926, Julius Edgar Liliendfeld
patentó cinco estructuras que corresponden a dispositivos electrónicos modernos: en 1926, es el
"MESFET", en 1928, incorpora un aislante entre el metal de puerta y el semiconductor, por tanto se
trata de un MISFET o MOSFET.
Símbolo del Transistor Bipolar NPN
Símbolo del Transistor Bipolar PNP
La invención del transistor basado en cristales semiconductores, fue el quiebre tecnológico por
excelencia del siglo XX y literalmente el inicio de desarrollos en progresión geométrica.
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No solo la cantidad de componentes nuevos y los dispositivos que utilizan estas partes se han
multiplicado, sino que además la cantidad de transistores que se pueden integrar en una misma
superficie, se duplica cada casi 2 años. A esta observación se la conoce como “Ley de Moore”.
1.3) Diodos Semiconductores
Con esta nueva tecnología, surgieron los diodos semiconductores, que en realidad es una
simplificación de un transistor bipolar. Los diodos semiconductores comenzaron a expandir su
tecnología de fabricación, que, sumado a la constante investigación, permitió que surgieran muchos
tipos de diodos para varias aplicaciones.
Diodo
1.4) Diodos Emisores de Luz (LEDs)
La invención del LED tendría dos posibles orígenes, una que en 1961, Bob Biard y Gary Pittman
estaban trabajando en un proyecto para Texas Instruments cuando descubrieron que mediante la
mezcla de galio, arsénico y fósforo y pasando una corriente a través de ella podían obtener una
fuente de luz roja (de baja intensidad), aunque la otra se debe a Nick Holonyak, quien en 1962
trabajaba como científico asesor en un laboratorio de General Electric. Seguramente son
investigaciones paralelas y ambas con éxito.
Pero ya en 1927, Oleg Vladimírovich Lósev (1903-1942), en Rusia, desarrolló el primer LED, habiendo
advertido en forma casual los efectos de la electroluminiscencia, durante una experimentación.
Diodo Emisor de Luz (LED)
La emisión de luz de los LEDs se diferencia de las lámparas de filamento ya que se basan en la
“Electroluminiscencia”, que es un fenómeno óptico-eléctrico, en el cual un material tratado
químicamente, emite luz en respuesta a una corriente eléctrica que fluye a través de él, o por causa
de la fuerza de un campo eléctrico, y debe distinguirse de la emisión de luz por causa de la
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temperatura, que es la “incandescencia” o por causa de productos químicos, que es la
“quimioluminiscencia”
Según vemos en esta reseña de la historia evolutiva, desde los conceptos teóricos de fines del siglo
XIX hasta llegar a un LED que es capaz de iluminar, han pasado cien años, y se trabajó mucho para
llegar a este punto, con avances y retrocesos, pero lo que debe quedar claro, es que el LED es un
componente electrónico y responde a las leyes físicas y matemáticas propias de la electrónica en
general y del tipo de componente en particular y que de ninguna manera es una miniaturización
de la lámpara incandescente con mejores propiedades.
Los primeros LEDs que se comercializaron, a finales de los ‘60s y principios de los ‘70s, fueron
únicamente de color rojo, y se utilizaban fundamentalmente como indicadores luminosos en
equipos eléctricos y electrónicos, electrónica de consumo, primeros juguetes electrónicos, etc., y
fueron fundamentales en las primeras placas experimentales de programación de
microprocesadores, ya que permitía una visualización fácil de los estados lógicos (“1” encendido o
“0” apagado).
Una de las primeras aplicaciones del LED como componente electrónico aplicado en un dispositivo
más sofisticado, de mucho éxito, y de uso hasta el presente, fue el “display de siete segmentos”,
que permitió que muchos instrumentos analógicos de aguja, pasaran a mostrar cantidades en forma
numérica, surgiendo así también, las primeras calculadoras electrónicas que reemplazaron la
impresión en papel por el display.
El uso de los “siete segmentos” no fue una invención surgida del LED semiconductor, previamente
a su invención, se utilizaban tubos de vació con la representación en 7 segmentos, en equipos
computadores de alta sofisticación.
Display de Siete Segmentos valvulares
Display de Siete Segmentos con LED
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Uno de los dispositivos más icónicos por su penetración en el mercado y la innovación tecnológica,
fue el primer reloj digital de pulsera, producido por Texas Instruments, lanzado en 1975.
Reloj Digital de Pulsera de Texas Instruments
Posteriormente aparecieron los LEDs ámbar y naranja, y mucho después los verdes y azules. Los leds
azules fueron creados por Shuji Nakamura de Nichia Corporation Esto se debió al avance de las
tecnologías de fabricación.
Por los ‘90s, con el LED azul, comenzó la era de los LEDs blancos. Originalmente se utilizaba en
conjunción con un LED amarillo (utilizando la propiedad de mezcla aditiva de colores, ya que el azul
y el amarillo son complementarios), pero posteriormente se trabajó con la incorporación de
fósforos, que excitados con la luz azul de alta frecuencia, generan luz blanca en diferentes
tonalidades dependiendo de la composición del fósforo. Esta propiedad se conoce como
“fosforescencia”.
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CAPÍTULO DOS:
FABRICACIÓN DE SEMICONDUCTORES
2.1) Etapas de Fabricación
Los procesos descriptos en este capítulo son solo informativos, y si bien podríamos adentrarnos en
fórmulas matemáticas respaldatorias de cada proceso, solo se intenta describir que la fabricación
de semiconductores es un proceso extremadamente sofisticado y complejo.
Actualmente la fabricación de semiconductores y entre ellos los LEDs, (si bien siguen el esquema
teórico que vamos a repasar), tienen procesos que no se dan a conocer debido a que son parte de
los secretos industriales, con millones de dólares invertidos en investigación y desarrollo por parte
de las empresas líderes del mercado.
De todas formas, los pasos básicos se mantienen en el siguiente orden:








Purificación del substrato (Fabricación de obleas)
Oxidación
Litografía y Grabado
Impurificación
Creación de capas delgadas (Deposición y crecimiento epitaxial).
Colocación de los contactos metálicos
Testeo
Encapsulado
a. - Purificación del sustrato:
Primeramente, está la obtención de la materia prima, que es muy abundante en la naturaleza:
Sílice o Dióxido de Silicio, que es la arena de playa.
Luego se realizan una serie de procesos físico-químicos que van modificando en pasos las
propiedades del material, incluyendo oxidaciones, procesos térmicos, sometimiento a ácido
clorhídrico, destilación, etc., hasta llegar a la obtención de silicio poli cristalino en barras de alta
pureza.
Para la obtención de este elemento final, existen dos procesos primarios, con diferentes métodos,
pero con el mismo resultado:
Método de Czochraiski
Método de Zona flotante
Posteriormente, se cortan estas barras de silicio en “fetas” obteniendo así las “obleas” o “wafers”
sobre las cuales se trabajará para generar los dispositivos semiconductores.
El diámetro de las barras de silicio depende de ciertos parámetros en los métodos de crecimiento,
y del destino en el que se vaya a aplicar, y el espesor está relacionado al diámetro de la barra original.
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Barras de Silicio poli cristalino y los wafers (obleas)
El método utilizado depende del destino en el que se vaya a utilizar el silicio, por ejemplo, aquellos
silicios que se fabrican con el método de Czochraiski, tienen un mayor contenido de oxígeno, y no
es perjudicial para silicios de alta resistividad como los que se usan en circuitos integrados y
microprocesadores, mientras que aquellos silicios que se utilizarán en dispositivos de potencia,
provienen del método de zona flotante.
b. – Proceso de Oxidación Térmica:
En este proceso se hace crecer una capa de óxido de silicio sobre la superficie de las obleas, para lo
cual se colocan las obleas sobre un dispositivo deslizante de cuarzo, que ingresa a un horno
calentado por resistencias eléctricas. El horno puede ser vertical u horizontal indistintamente.
Obleas o Wafers ingresando a un horno Horizontal de Oxidación
El óxido es necesario para los procesos posteriores, creando lo que se conoce como “interface SiSiO2“. Existen dos tipos de procesos de oxidación: Seca y húmeda.
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En la húmeda se incorpora vapor de agua dentro del horno, permite que el proceso de oxidación
sea más rápido y la capa de óxido es más gruesa
En el proceso seco, la oxidación es con oxígeno gaseoso, es más lenta, más delgada, pero los óxidos
son de mayor calidad.
c.- Litografía y Grabado
Este proceso es una sofisticación industrial de la Litografía y grabado utilizados en pintura.
A grandes rasgos es generar en la superficie de la oblea ya oxidada, zonas expuestas y zonas tapadas,
para posteriormente insertar impurezas en el material, del mismo modo que se cubren algunas
zonas y otras se dejan expuestas para depositar tinta en una reproducción litográfica
En este caso, se hace en dimensiones microscópicas, ya que de una oblea salen cientos o miles de
dispositivos, por lo que los procesos se harán de una sola vez para todos los dispositivos.
Por un lado, se fabrica una película fotográfica de alta resolución con todas las zonas repetidas que
se necesitan, a esta película se la denomina “máscara” y por otra parte se cubre la superficie de la
oblea con una resina fotosensible.
Se coloca la máscara sobre la oblea con resina, se la expone a la luz ultravioleta para curar
(polimerizar) las zonas expuestas de la resina, las cuales quedarán solidificadas, y luego de un tiempo
se retira la máscara y se remueve la resina no polimerizada con un producto solvente.
Luego viene el proceso de grabado, en el cual se va a eliminar selectivamente en las áreas expuestas
el óxido de silicio que se consiguió con el proceso anterior, mediante el uso de ácidos y por último
se elimina la resina polimerizada con otro ácido que ataca al polímero.
Cómo en el punto anterior, existen varias técnicas para hacer la litografía y el grabado, (litografía
con luz ultravioleta, rayos X, haces de electrones, etc. Y grabado seco, húmedo, etc.)
Este proceso va a repetirse tantas veces como sea necesario que se incluyan capas de impurezas en
el cristal de silicio, siempre se utilizarán distintas máscaras ya que la geometría varía de capa a capa.
d.- Impurificación
La impurificación o inclusión de dopantes, es incluir dentro de la estructura cristalina del silicio,
sustancias ajenas (de ahí impurificación) que le van a aportar las cualidades físicas-eléctricas
deseadas para ese semiconductor.
Cómo venimos viendo, existen varios métodos para llegar al mismo objetivo, y siempre van a tener
variantes según las fábricas. En el caso de la impurificación se distinguen dos procesos diferentes:
 Difusión
En la difusión se incorporan átomos del material impurificante, dentro del silicio, a alta
temperatura (1000-1200°C), en forma controlada, en cuanto a la cantidad de concentración de
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impurezas que se desea obtener. Con esta incorporación (de diversos tipos de materiales) se
logra cambiar las características físico-eléctricas del material de base.
 Implantación Iónica
El método de Implantación Iónica un poco más sofisticado, en el cual se producen iones del
material contaminante deseado, acelerándolos mediante un campo eléctrico, chocando contra
la superficie del sustrato de silicio expuesto. La cantidad de iones implantados puede
controlarse mediante la intensidad del campo eléctrico y la corriente generada.
Este método se utiliza para impurificaciones más precisas.
Al igual que la litografía, este proceso va a repetirse tantas veces como sea necesario que se incluyan
capas de impurezas en el cristal de silicio.
e.- Creación de capas delgadas (Deposición y crecimiento epitaxial)
Este proceso permite incluir capas delgas de cualquier material, óxido, poli silicio, metales o
semiconductor con estructura cristalina. A este proceso se lo denomina epitaxia)
Nuevamente existen dos métodos diferentes para la realización de este proceso:
 Chemical vapour deposition (CVD) o Deposición por vapor químico:
Para la creación de una capa de silicio, las obleas de se colocan sobre un soporte de grafito, se
introducen en un horno con un contenido gaseoso, generalmente tetracloruro de silicio, a una
temperatura de 1200°C, perimiendo que se produzca la reacción química necesaria para la
deposición de la capa epitaxial sobre la superficie de la oblea.
 Physical vapour deposition (PVD) o Deposición física de vapor:
En este método no se utilizan las reacciones químicas, sino que se lo utiliza para deposiciones
de capas de óxido (que actúan de aislantes) a más bajas temperaturas (300-500°C), siendo más
rápidas en cuanto a los tiempos de proceso, pero suficientes para este tipo de capa.
Cuanto mayor sea la temperatura mayor será la calidad del óxido obtenido.
A temperaturas mayores y con la inclusión de otros compuestos en el interior del recipiente, se
obtienen capas de poli silicio que se deposita sobre la superficie de la oblea.
f.- Colocación de los contactos metálicos
Este proceso utiliza el método de deposición física de vapor (PVD) pero exclusivamente para crear
zonas metálicas en la superficie del semiconductor. Existe otra técnica denominada “salpicado”.
Estas zonas metálicas se utilizan para interconectar puntos dentro de cada uno de los chips, y para
dejar los puntos de interconexión al exterior que se utilizarán en el encapsulado.
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Se utiliza aluminio, el cual se vaporiza dentro de una cámara de alto vació, para que se deposite
sobre las áreas expuestas de la oblea, en un ambiente de alta temperatura.
Al enfriarse, el aluminio vaporizado se solidifica sobre la superficie de la oblea.
g.- Testeo
El paso final de la oblea terminada y antes del corte es el testeo de las unidades contenidas en la
oblea, las cuales como ya vimos, variarán en tamaño y complejidad de acuerdo al dispositivo que se
haya fabricado.
El testeo se realiza sosteniendo la oblea en una posición inicial, para que una barra con múltiples
contactos (agujas extra delgadas) se apoyen en cada uno de los dispositivos de la oblea. Mediante
estas puntas se obtienen parámetros eléctricos y de funcionamiento, y en el caso de los leds, se
mide además la cantidad de luz emitida.
La computadora guarda registro de cada uno de los resultados obtenidos para cada dispositivo en
particular y al final del proceso de testeo, sabrá cuales dispositivos alcanzan los estándares
esperados y cuáles no (los que serán descartados luego del corte) y los que superan los parámetros,
serán catalogados según una tabla de calidad, que será utilizada al momento de la venta del
semiconductor al mercado.
En el caso de los microprocesadores, circuitos integrados lógicos y transistores, los de más alta
calidad y desempeño serán catalogados con la letra “M” que corresponde a componentes para uso
militar.
Proceso de testeo por computadora
h.- Corte y Encapsulado
Una vez testeada la oblea, pasan al proceso de corte, el cual se realiza utilizando una sierra de
diamante refrigerada con fluido acuoso.
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Los chips que se van cortando, que ya fueron numerados en el proceso de testeo, son separados
según la categoría a la que pertenecen, incluyendo a aquellos que por defectos de fabricación son
descartados.
En el caso de los LEDs, aquellos de menor calidad serán utilizados para aplicaciones de menor nivel
y de muy bajo costo.
Proceso de corte con sierra de diamante
Un chip posteriormente es encapsulado. Se lo encapsula para que pueda ser utilizado en dispositivos
superiores. Sin el encapsulamiento no estaría protegido de contaminación con el medio ambiente y
no podría conectarse por lo diminuto de sus contactos.
Existe una muy amplia variedad de cápsulas de chips, según el uso que vaya a tener el dispositivo y
también en cuanto a la cantidad de patas y cómo va a ser soldado en la placa final (PCB)
Para el encapsulado se utiliza una base de resina epoxi para alta temperatura o cerámica, las cuales
ya tienen las patas metálicas o terminales. Se adhiere el chip en el centro de la cápsula y con una
máquina se sueldan hilos de oro entre los terminales externos y los del chip, para darle conectividad
al chip.
Una vez soldado, se cierra la cápsula y pasa a una nueva etapa de testeo final, corroborando que
todas las conexiones están correctas.
Salvo en el caso de los LEDs, se imprime la identificación del componente sobre la cápsula.
En el caso de los LEDs, se termina la capsula con la lente primaria de silicona, que protege al chip y
actúa como colimador primario de la luz emitida.
En general esta lente primaria permite una emisión de la luz en un ángulo sólido de 120°, pudiendo
haber cápsulas que lleguen a 140° o 150° dependiendo de los procesos de fabricación.
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Distintos tipos de encapsulados de LEDs
2.2) Pirámide de Selección
El concepto de Pirámide de Selección, es aplicable a la mayoría de los bienes producidos a granel,
sean provenientes de procesos industriales o de cosechas naturales.
Por ejemplo, de una cosecha de duraznos, se podrán seleccionar los mejores, en cuanto a
homogeneidad de tamaño, color, aspecto, etc., que se denominarán de primera calidad y que
generalmente se destinan a exportación, luego vendrá una serie de calidades intermedias para la
comercialización en el mercado local, y, por último, los de menor calidad, que se destinan a la
fabricación de dulces, conservas, etc.
Los de mayor calidad siempre son menos y su valor más alto,
Lo mismo ocurre con una partida de fabricación de LEDs, se podrán seleccionar los de más alta
calidad que están superando la media expectativa, son pocas y por ende más caros, otros que se
van catalogando en calidades intermedias y que se enviarán al mercado con su indicación de calidad
y serán más económicos que los selectos, y, por último, aquellos que no alcanzan las expectativas y
son destinados a aplicaciones menores y son de bajo costo.
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CAPÍTULO TRES:
CARACTERISTICAS TECNOLOGICAS DISTINTIVAS
3.1) Categorización de los LEDs
 Alta Eficiencia – Alta Potencia:
Los ubicados dentro del rango de luz visible se los utiliza para iluminación, y son los que
desarrollaremos más adelante.
 Baja Eficiencia – Alta Potencia:
Para usos industriales, curado de polímeros, tintas y pinturas, infrarrojos y ultravioletas para
usos medicinales e industriales, de longitudes de onda específica para uso como germicidas,
activadores del ciclo vital en plantas, etc.
 Alta Eficiencia – Baja Potencia:
Para pantallas gigantes de LEDs, indicadores, semáforos, luces accesorias de automóviles,
linternas, equipos de luz de emergencia, etc.
 Baja Eficiencia – Baja Potencia:
Especialmente usados en equipos electrónicos como indicadores y otros usos donde se
requiera solo una indicación de muy bajo consumo.
También se puede mencionar la existencia de los OLEDs, que la “O” corresponde a “Orgánicos” y es
especialmente usado para las pantallas de computadoras, TV LED, teléfonos celulares, etc.
Podemos decir que el uso del LED se ha extendido a aplicaciones impensadas hace unos años,
gracias a los avances tecnológicos en los procesos de fabricación.
3.2) Características Tecnológicas de los LEDs
Cabe reiterar en este punto el concepto de que un LED no es una lámpara miniaturizada, sino que
se trata de un componente electrónico con sus características particulares.
Vamos a enfocarnos especialmente en los LEDs de alta potencia y alta eficiencia, que son los que se
utilizan para iluminación. Estos LEDs poseen características distintivas además de principalmente su
emisión se encuentra dentro del rango de luz visible (del rojo al violeta).
a.- ALTA EFICIENCIA:
Denominamos EFICIENCIA, específicamente para los LEDs, a la relación que existe entre la luz total
emitida por el LED, expresada en “lúmenes” (lm) y la potencia que consume, en “Watts” (W), siendo
la eficiencia expresada en “lúmenes por watt” (lm/W). (En este caso se toman como idénticos los
términos Eficacia y Eficiencia)
Es decir, que un LED será más eficiente que otro, si al mismo consumo, el primero tiene un Flujo
Luminoso Total mayor al segundo, dicho en una forma más sencilla, si ambos consumen la misma
potencia y el primero ilumina más que el segundo.
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Para entenderlo con un ejemplo, el auto más eficiente, será aquél que recorra mayor distancia con
la misma cantidad de combustible, a igual velocidad.
La eficiencia de un LED es un parámetro muy importante a tener en cuenta a la hora de elegir un
LED componente para la fabricación de un sistema o luminaria. Si bien la determinación del LED
componente a utilizar pasa a ser decisión del fabricante de luminarias, el usuario dispondrá del
parámetro en forma global para la luminaria. El fabricante dirá que su luminaria tiene un consumo
y un FLT (Flujo Luminoso Total) determinado. Así mismo, el fabricante proporcionará datos
adicionales como ángulo de apertura del haz, tensión o corriente de trabajo, horas de vida útil
estimada, temperatura color o longitud de onda, etc.
Actualmente, un led de buena calidad para iluminación en blanco puro, puede estar en el orden de
los 180-240 lm/W, mientras que en blanco cálido estará en 160-220 lm/W.
Si bien existió un límite teórico que indica 240 lm/W para puros y 160 lm/W para cálido, este límite
ya ha sido alcanzado y superado en laboratorio para componentes que estarán disponibles en el
mercado en los próximos 24 meses, y por supuesto, los siguientes ya serán totalmente superiores.
b.- LARGA VIDA UTIL:
Debido a las características tecnológicas de los semiconductores, estos tienen en general larga vida
útil en comparación con las válvulas de vacío que se iban agotando a lo largo del tiempo.
Cualquier dispositivo semiconductor, mientras sea cuidado en sus condiciones de uso, tendrá una
larga vida útil en el equipo que se haya instalado. De todas formas, al tratarse de dispositivos con
materiales reales, éstos van sufriendo desgastes a lo largo del tiempo.
El LED no escapa a estas condiciones. Es un dispositivo, que, si se encuentra cuidado, va a durar
mucho en el tiempo. En un LED el “cuidado” está sujeto a dos parámetros fundamentales:
 Temperatura de trabajo:
Cada fabricante especificará cual es la temperatura de trabajo óptima y critica para el LED que
fabrica, pero es tarea del fabricante de lámparas o luminarias, que el componente se encuentre
debidamente refrigerado mediante el uso de disipadores.
 Corriente de polarización:
Otro parámetro que brinda el fabricante del semiconductor es la corriente de polarización o sea
la corriente que circulará por el componente. Esta corriente deberá responder los a los típicos
y máximos indicados y deberá estar sujeta a los ensayos que se realicen del dispositivo
funcionando a esa corriente y con el disipador elegido, para que el conjunto no supere las
temperaturas máximas.
Si esos dos parámetros se encuentran dentro de lo admisible, un LED va a poder llegar a tener una
larga vida útil. El valor en horas, está dado por el fabricante, no por medición real, sino que sale de
una serie de algoritmos matemáticos que estiman ese valor de horas por resultados de ensayos
sobre exigidos.
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También hay que tener en cuenta lo siguiente:
 Desgaste o envejecimiento del material:
Para el caso de los LEDs blancos más específicamente, que contienen sobre el chip un depósito
de fósforo, (entre el chip y la silicona del domo) el fósforo presenta cualidades de variación a lo
largo del tiempo que son dependientes de la temperatura de trabajo. Específicamente van
disminuyendo la cantidad de luz emitida y van virando la tonalidad de la temperatura color.
También la radiación UV ejerce un efecto de envejecimiento sobre el fósforo.
 Parámetro “L”:
El parámetro “L” es una referencia para la cual se calcula la vida útil de un LED. Los más
calificados, que son para iluminación, especifican el “L70” como punto de vida útil.
Esto significa que la vida útil de un LED va a finalizar, cuando la curva descendente de medición
de la luz emitida, llegue al 70% del valor inicial.
Al llegar al punto de “L70”, por ejemplo, el LED seguirá funcionando, pero la luz emitida no
estará de acuerdo con lo esperado para ese LED, por lo que su vida útil ya estará superada.
Otras mediciones para usos menos exigentes, se especifican con “L50” y “L30”.
Cada fabricante dará un valor de horas de vida útil teórico y promedio para cada tipo de LED que
fabrique y ponga en el mercado, pero este valor siempre estará sujeto o asociado a condiciones de
temperatura y corriente de trabajo para dicho valor estimado, por lo que no hay que generalizar lo
que el común de la gente utiliza como 50000 hs, o 100000 hs, ya que depende de los otros factores.
En unas páginas más adelante, veremos la influencia de la temperatura en la vida útil del LED.
Otra variable a tener muy en cuenta en la expectativa de vida útil, es la amenaza de factores
externos, como ser la exposición al sol. La luz solar directa posee un elevado índice de radiación
Ultravioleta que degrada los materiales del encapsulado de los LED, como ser la óptica primaria de
silicona y la capa de fósforo en los blancos, o el mismo chip de silicio en aquellos de color, además
de degradar los polímeros y resinas de las ópticas secundarias.
c.- RESISTENCIA A IMPACTOS Y GOLPES:
El LED, como cualquier otro semiconductor, es resistente a impactos o golpes por ser un dispositivo
de estado sólido, ya que no posee partes de vidrio como las válvulas de vacío o ampollas de vidrio o
cuarzo como las lámparas incandescentes o de vapor de sodio o mercurio que son vulnerables a los
golpes, ni los filamentos de las incandescentes que se cortan ante golpes o movimientos bruscos.
La única parte que puede ser vulnerable en dispositivos fabricados con LEDs, son las soldaduras de
los terminales de los mismos, en su unión con la PCB, o placa madre, ya que se sueldan utilizando
estañó libre de plomo, haciendo soldaduras muy rígidas. Si bien las placas que se utilizan, en general
son de aluminio y también son rígidas, debido al tamaño de las mismas cobran cierta ductilidad al
movimiento, y pudiendo hacer que las soldaduras se quiebren, interrumpiendo así la conducción
del circuito, generando fallas permanentes o intermitentes.
En este caso, la fragilidad no es del LED, sino que se trata de un problema mecánico que deberá ser
analizado y resuelto en cada caso por el fabricante, con ensayos.
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d.- EMISION Y COLOR:
Como se vio en el capítulo 1, los LEDs emiten en un solo color, bien definido y con un ancho de
banda estrecho, y el color depende de las impurezas con las que fue dopado el material
semiconductor.
Cómo se ve en la tabla, según el material que se usa como compuesto o impureza en la fabricación
del semiconductor, se obtendrá un color de emisión o longitud de onda de la luz emitida.
Las emisiones van desde el infrarrojo (no visible), pasando por los colores desde el rojo al azul en el
espectro de emisión visible, y por último en el ultravioleta, nuevamente fuera del espectro visible.
La siguiente tabla, muestra el compuesto o impureza que se utiliza para contaminar al sustrato de
silicio, para la obtención de colores. Es en general usado por la mayoría de las fábricas de LEDs.
Compuesto o Impureza
Color Emitido
Long. de Onda
arseniuro de galio (GaAs)
Infrarrojo
940 nm
arseniuro de galio y aluminio
(AlGaAs)
Rojo e
Infrarrojo
890 nm
arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)
rojo,
anaranjado y
amarillo
630 nm
fosfuro de galio (GaP)
verde
555 nm
nitruro de galio (GaN)
verde
525 nm
seleniuro de cinc (ZnSe)
azul
460 nm
nitruro de galio e indio (InGaN)
azul
450 nm
carburo de silicio (SiC)
azul
480 nm
diamante (C)
ultravioleta
400 nm
Esta tabla no es definitiva ni categórica, ya que debido a las constantes investigaciones surgen
nuevos compuestos para el dopaje del material semiconductor, y otros compuestos no son
divulgados ya que son considerados secretos industriales.
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Como vemos en la representación de Emisión por Longitud de Onda, dado el estrecho ancho de
banda de emisión en un color determinado, es casi despreciable la radiación de ondas infrarrojas y
ultravioletas para aquellos LEDs que se encuentran dentro del rango de luz visible.
No obstante, se fabrican LEDs infrarrojos y ultravioletas que son destinados a usos industriales, pero
no son objeto de discusión en este escrito.
Es un buen momento para desmitificar lo que se conoce como “…esos LEDs que cambian de color…”.
Como vimos recién, un led emite en un color único y bien definido, por lo tanto, y categóricamente,
UN LED NO CAMBIA DE COLOR.
Entonces, de dónde sale la idea? Lo que se conoce como “cambio de color” en realidad es un efecto
de “mezcla aditiva de colores”, que se produce en una cápsula que contiene tres chips o en una
luminaria que posee al menos tres cápsulas de leds de diferentes colores y que por medios de
control que veremos más adelante, se dosifica la intensidad de cada uno de los colores primarios o
componentes, para crear una resultante de color.
Para producir este efecto generalmente se utilizan tres chips, uno de emisión ROJA, otro de emisión
VERDE y otro de color AZUL, (conocidos como colores primarios en la mezcla aditiva de colores) que
es la mínima cantidad necesaria para realizar la mezcla o síntesis aditiva de colores, que es el mismo
principio que utiliza desde mediados del siglo XX la televisión color o el monitor de la computadora.
La obtención de un color determinado, dependerá del porcentaje de participación de cada uno de
los colores primarios en la mezcla.
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En los sistemas más sofisticados, donde se requiera la obtención de más variedad de colores,
pasteles, por ejemplo, se agregan dos chips adiciones, uno de emisión ámbar y uno blanco, ya que
los colores ROJO, VERDE y AZUL utilizados no son exactamente los teóricos ideales. Este tipo de
aplicaciones son más requeridas en teatro.
Justamente acabamos de mencionar un chip blanco, y por lo visto esto no es posible, ya que por
definiciones físicas de la luz el blanco, es la suma de todas las longitudes de onda del espectro visible,
y es imposible que salga de un solo chip.
Anteriormente, en el final del capítulo 1, vimos que el primer LED blanco se logró combinando dos
LEDs complementarios entre sí, azul y amarillo.
Hoy los LEDs blancos se logran utilizando una tecnología reciclada y optimizada, ya que fue utilizada
en los tubos fluorescentes y en las lámparas mezcladoras, y es mediante el uso de una capa de
fósforo sobre el chip del LED.
Con esta capa de fósforo se pueden lograr blancos que generan tonalidades desde cálidos
(aproximadamente 2500K) hasta fríos o puros de (de 6000K hasta 10000K).
El fósforo usado es una variedad, conocida como fósforo siliconado que permite resistir mejor el
calor generado por el LED.
Para obtener un LED blanco, se parte de un LED Azul, el cual genera luz de alta energía al ser de baja
longitud de onda (450-470nm). El fósforo, en contacto con el chip, reacciona a la luz por sus
características de fosforescencia, y genera radiación en forma de luz blanca. La tonalidad de la luz
estará sujeta a las características físicas y químicas de la capa de fósforo utilizada.
En el caso de los LEDs blancos, puede aparecer un mayor contenido de radiación ultravioleta o
infrarroja que en un LED de color, por la acción inherente a la capa de fósforo, pero sigue siendo
despreciable en comparación a otras fuentes de luz.
Ya fue bastante complicado la separación de los LEDs de color en cuanto a su color, ya que dependía
de cada marca, tipo y hasta partida de producción, que íbamos a encontrar groseras o sutiles
diferencias en la tonalidad de los colores.
Así se comenzó a separar los LEDs de un color específico, en rangos de 5 o 10 nm, de forma tal que,
al construir una luminaria o sistema, se pudiera lograr la mayor homogeneidad de colores. Desde
luego que la selección fina aumenta el costo de los componentes.
Con la aparición de los LEDs blancos, surge todo un universo nuevo en cuanto a la categorización,
ya que ahora no hablamos más de longitudes de onda, comenzamos a hablar de un término que ya
se usaba para las lámparas blancas anteriores: La temperatura color.
A grandes rasgos, la temperatura color es una magnitud comparativa de la tonalidad de luz que
emitiría un cuerpo negro perfecto calentado a esa temperatura. En la práctica la comparación es
con un trozo de acero.
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Digamos que una luz (blanco cálido) de 3000K, sería la tonalidad de luz que emite un trozo de acero
que ha sido calentado a una temperatura de 3000°K (usando la tabla de temperaturas que mide el
cero absoluto con 0°K = -273°C). Por cuestiones de uso, antes se decía “grados kelvin” y actualmente
se dice solo “kelvin”, pero es indistinto.
Paradójicamente, las temperaturas color más bajas (2500K a 3500K) se las denomina como
“tonalidades cálidas” y la las más altas (6000K a 10000K) se las denomina “tonalidades frías”, pero
es una cuestión de convención y de la sensación que produce la tonalidad de la luz, ya que los fríos,
tiende al color azul y los cálidos al amarillo.
La selección de los LEDs blancos se complejizó, y surgió un parámetro para poder hacer una
selección homogénea de los lotes: lo que se conoce como BIN de Selección.
Cada fabricante proporcionará su tabla y curva de BIN de selección para cada tipo de led producido.
El BIN no es una característica, sino que solamente es una selección. (Ejemplo Cree)
El tema ahora pasa a ser económico, de la tabla anterior vemos que el componente de 3250K,
corresponde al Kit de selección “F7”, pero para ese Kit hay 16 subgrupos de selección. Todos van a
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estar dentro de los 3250K, pero probablemente algunos sean levemente más brillantes de que otros
y algunos sutilmente más cálidos o fríos.
El Kit F7 tendrá un precio determinado, pero si el fabricante es muy exigente en su selección, podrá
pedir que su partida sea del Kit “F7”, BIN “7B1”. Cómo la selección es más cerrada, el costo de estos
componentes será superior.
Por lo tanto, cuando un fabricante de luminarias realice la compra de los LEDs componentes para
una partida de producto, se asegurará de elegir el componente adecuado y su BIN de selección
acorde con la luminaria que planea fabricar.
Un truco de fabricación de luminarias que se utiliza, es hacer la compra de chips de buena calidad,
pero sin agudizar tanto el criterio de selección, obteniendo precios menores. Luego durante el
proceso de ensamblado, se hacen las mediciones de temperatura color y brillo de cada componente,
y se distribuyen realizando un promedio ponderado que asegure que la temperatura color y brillo
del sistema sea el que se etiqueta en la luminaria, aunque haya ciertas diferencias en los
componentes individuales. Así, la partida de luminarias será absolutamente pareja.
Al igual que los datos eléctricos y físicos del LED componente, el BIN de selección no es de
importancia para el usuario final de la luminaria o sistema LED.
Si vemos un cuadro comparativo de precios, veremos que aquellos componentes, que tienen el BIN
de selección más alto (en los cuales el flujo luminoso total es mayor para la misma corriente de
polarización), para una misma temperatura color, tienen un precio sensiblemente superior.
COMPARATIVA EN LEDs CREE
FLUX @ 700mA
CODIGO
(Mínimo en lm)
TONALIDAD Temp.Color
BLANCO
PURO
BLANCO
EXTERIOR
BLANCO
NEUTRO
BLANCO
CALIDO
6000K
5200K
4000K
3000K
PRECIO US$
XTEAWT-00-0000-000000F51
217
3.75
XTEAWT-00-0000-000000G51
231
4.38
XTEAWT-00-0000-000000H51
247
5.38
XTEAWT-00-0000-000000FE3
217
3.75
XTEAWT-00-0000-000000GE3
231
4.38
XTEAWT-00-0000-000000HE3
247
5.38
XTEAWT-00-0000-000000EF4
203
3.13
XTEAWT-00-0000-000000FF4
217
3.75
XTEAWT-00-0000-000000GF4
231
4.38
XTEAWT-00-0000-000000BE7
167
3.25
XTEAWT-00-0000-000000CE7
178
4.05
XTEAWT-00-0000-000000DE7
191
4.68
e.- REPRODUCCION CROMÁTICA:
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Este parámetro se aplica exclusivamente a los LEDs blancos y se mide mediante un índice.
El Índice de Reproducción Cromática (IRC o CRI en inglés), es una unidad de medida comparativa,
que indica la capacidad que tiene un LED (o cualquier fuente de luz) para reproducir a la vista los
colores de los objetos iluminados, comparándolo con una fuente de luz natural (solar) o ideal.
Este índice también se utiliza junto con el BIN para clasificar los LEDs componente. Existen en el
mercado desde CRI=60 a CRI=98, siendo más elevado su costo cuanto más alto es el CRI.
Un LED componente de buena calidad se encuentra en un promedio de CRI=80, que es suficiente
para aplicaciones de iluminación domiciliaria, industrial, comercial, etc.
Para aplicaciones especiales, como sistemas cialíticos de quirófanos o iluminación de obras de arte,
se requiere índices superiores, del orden de CRI=95 (o 95%).
Cuando una fuente de luz tiene un CRI bajo, va a tender a distorsionar los colores a la vista del
observador. Así, por ejemplo, si vemos un objeto azul iluminado con una lámpara de calle de vapor
de sodio de alta presión, que tiene un CRI muy bajo y con tendencia al amarillo, el objeto lucirá
negro, ya que la lámpara no emite componentes que puedan ser reflejados por el objeto azul.
Este efecto está ligado a los principios de la física de la luz.
f.- BAJA TEMPERATURA DE FUNCIONAMIENTO:
En comparación con otras fuentes de luz, digamos las lámparas halógenas o las de vapor de
mercurio, el LED es una fuente de luz fría.
Según un dato de General Electric, en una lámpara halógena tipo AR111, después de una hora de
encendido se pueden medir las siguientes temperaturas máximas:
Base (zócalo):
Espejo Reflector de aluminio:
Protector Antideslumbrante:
300°C
300°C
400°C
En una lámpara de vapor de mercurio o de sodio de alta presión, la temperatura exterior del bulbo
está cercana a los 350°C.
El LED, como es un componente electrónico, nunca podría soportar estas temperaturas de trabajo.
Según el tipo de LED, tecnología de fabricación y fabricante, lo que se denomina “Temperatura de
Juntura”, no debe superar los 65°C y 120°C en los más sofisticados. La “temperatura de Juntura” es
un término que refiere a una parte interna del chip, pero lo podemos generalizar a que es la
temperatura máxima que se puede medir sobre el chip.
Por qué calienta un LED?, la respuesta es simple, es por el Efecto Joule, que es aplicable a
conductores, resistencias (como el filamento de una lámpara incandescente) o semiconductor. Por
lo tanto, a mayor corriente circulando por el LED, más tenderá a calentar. El semiconductor (por ser
un dispositivo real) también posee una resistencia interna que ayuda a generar calor
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Ahora bien, en un LED en el aire, a una corriente nominal de trabajo, tomaría sólo unos segundos
llegar a la temperatura de juntura nominal, otros segundos en alcanzar el máximo, y otros tantos en
quemarse. Es una comprobación que no recomendamos, pero estén seguros de que sucede así.
Entonces, para que el LED trabaje dentro de lo que se conoce como Área de Operación Segura (SOA),
debe estar dispuesto de forma tal que el calor que se genera en su interior se extraiga al exterior en
forma constante y de ahí sea irradiado al ambiente. El método más común utilizado para todos los
semiconductores de potencia, es la utilización de disipadores de aluminio (u otros materiales
conductores térmicos) calculados y diseñados para cada aplicación.
Si el diseñador de la luminaria o sistema LED hace un buen trabajo en cuanto a la disipación térmica,
el LED tendrá la vida útil estimada.
Como el sistema de LEDs no trabaja en condiciones de laboratorio, hay factores externos que
influyen en el manejo térmico del sistema y por consiguiente en el cuidado de los LEDs.
Uno de estos factores es la temperatura ambiente y la incidencia de la radiación solar sobre el
disipador de aluminio. Supongamos un día soleado de verano, 30-35°C y al mediodía el sol incide
verticalmente, por lo que la radiación será máxima. Una luminaria con disipador de aluminio
expuesto al sol, partirá de la temperatura ambiente, y con la radiación absorbida, seguramente llega
a medir 90 a 100°C en su superficie. Si encendemos la luminaria, los LEDs comenzarán a trabajar a
una temperatura que ya supera el máximo seguro, y si a esto sumamos el calor por el trabajo
eléctrico, estará trabajando en condiciones no recomendadas.
Si el LED es de buena calidad, probablemente no se queme en forma inmediata, pero se verá
resentido y su vida útil disminuirá drásticamente.
En este gráfico comparativo con eje de tiempo logarítmico, se ven 4 curvas correspondientes a
cálculos de vida útil para un mismo LED. Se hacen dos estimaciones, a 25°C y a 65°C, donde se ve
claramente que las mediciones a más baja temperatura, indican mayor durabilidad, y, además, para
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la misma temperatura, el LED polarizado con una corriente de 350mA tiene mayor durabilidad que
el que está polarizado a 700mA.
También puede observarse en las tablas que entregan los fabricantes, el flujo luminoso total que
emite un LED, para la misma corriente de polarización, será menor a mayor temperatura de juntura.
Los conceptos a tener en cuenta para obtener del led la mayor vida útil no quedan a cargo del
usuario final, sino de los fabricantes de luminarias o sistemas LED los cuales además de estar bien
diseñados, basándose en todo el conocimiento teórico de las leyes de la electrónica y manejo
térmico, deben ser concebidos con conceptos estéticos, y el fabricante deberá suministrar al usuario
toda la información necesaria para que éste involuntariamente deshaga las previsiones tenidas en
cuenta durante el diseño.
Un ejemplo muy simple de esto, es que un usuario de una lámpara de reemplazo, tipo PAR30, por
ejemplo, puede verse tentado a usarla dentro de una luminaria embutida en el piso, donde no existe
conexión de aire que mantenga refrigerado al disipador del cuerpo de la lámpara,
Otro factor que conspira contra la correcta ventilación de un disipador de aluminio es la
acumulación de suciedad, que impide el normal intercambio de calor con el aire.
g.- BAJA TENSION DE FUNCIONAMIENTO:
La mayoría de los semiconductores están diseñados para ser operados a baja tensión, lo que los
hace extremadamente seguros para su manejo. Salvo en aquellos casos que, por requerimientos
especiales de la aplicación, se fabrican semiconductores para medias o altas tensiones.
Es importante aclarar para aquellos que no conozcan de electrónica, que tanto los transistores, y
diodos especiales (Zener, Schottky, Varicaps, LEDs, etc.) trabajan ÚNICAMENTE polarizado con
corriente continua, la cual se obtiene de fuentes de alimentación, baterías, pilas, etc. Nunca se usan
con corriente alterna en forma directa.
Los LEDs no escapan a esta regla, y operan en tensiones de corriente continua, que varían desde
1.7VDC a 4VDC.
La diferencia de tensión depende del color, en realidad no del color sino del contaminante usado en
el silicio, siendo de 1.7 a 2.0VDC los rojos, ámbar, amarillos y naranjas, 2.2 a 2.7VDC los verdes, y de
3.0 a 4.0VDC los azules y por ende los blancos.
De todas formas, vamos e encontrar algunas especificaciones mayores, algunas 14 a 50VDC, que
corresponden a chips compuestos por arrays de LEDs.
Hace unos años un fabricante de Corea del Sur, introdujo en el mercado un LED directo a 220VAC,
pero a pesar de la perseverancia del fabricante no tuvo aceptación en el mercado.
h.- OPTICAS SECUNDARIAS:
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Cuando se habló del encapsulado de los LEDs en el capítulo 2, se mencionó que el cierre final, en el
caso de aquellos LEDs de potencia, se realizaba con un domo de silicona transparente, que además
de proteger el chip actúa como lente primaria.
Esta lente en el 98% de los casos es del tipo “Lambertian” (pudiendo existir algunas especiales con
patrón de radiación mariposa, ala de murciélago, enfocadas, etc.). El patrón de radiación
“Lambertian” hace que los rayos de luz salgan en todas las direcciones, pero como el chip emite en
menos de 180° esféricos, la lente primaria Lambertian colimará la luz emitida por el chip,
redirigiéndola a un ángulo esférico de entre 120° y 140°
Encapsulado de un LED Cree® con lente primaria Lambertian
El patrón de radiación refiere a la forma o dibujo que se genera de los valores medidos en un plano,
en una representación polar, o a simple vista, el dibujo que forma la luz emitida sobre un plano
paralelo a la base del led, transversal a los haces.
En la gran mayoría de las luminarias y sistemas de leds, el LED tal como viene de fábrica no alcanza,
y hay que adicionarle una lente secundaria que concentra la luz y la puede irradiar en ángulos muy
cerrados, medios o abiertos, o en patrones de radiación especiales, como los ovales, asimétricos o
los utilizados para iluminación vial.
Una de las mayores ventajas del LED para iluminación es que toda la luz irradiada por la fuente
puede ser dirigida intencionalmente con el uso de las lentes secundarias, siendo ésta la base de la
alta eficiencia del sistema, en comparación con las fuentes de luz que usan reflectores que son las
que siguen, y muy lejos en la tabla de eficiencia.
En otras palabras, al irradiar primariamente en 120°, significa que no tendremos pérdidas de luz
hacia la parte posterior, y si, además, toda esa luz la podemos juntar en haces más cerrados,
aprovecharemos al máximo la emisión del LED.
Las lentes secundarias son fabricadas con varios tipos de polímeros o con siliconas, y tienen una
eficiencia entre el 92% y 97% dependiendo del tipo y fabricante.
Los siguientes son ejemplos de ópticas segundarias para LEDs Cree línea XTE.
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Oval 15°x50° - 30°x60°
Asimétrico ~90°
Asimétrico 91°x21°
Cónico ~50°-75°
Cónico ~35°-50°
Cónico ~ 8° - 20°
Cónico ~ 8°
Cónico ~160°
Asimétrico ~ 87°
A diferencia de los materiales de algunas fibras ópticas que responden peor a longitudes de onda
más alta, los polímeros utilizados en las lentes secundarias poseen un ancho de banda
aceptablemente plano para todo el espectro de luz visible, infrarroja y ultravioleta.
Existe una variante a las ópticas secundarias, de uso físico similar, pero se trata de reflectores.
Algunos de éstos se fabrican en plástico blanco y otros en plástico con flash metálico. De todas
formas, estos accesorios poseen una eficiencia que no llega al 80%.
Cónico ~ 8°-15° (Metal)
Cónico ~8°-15° (Metal)
Asimétrico ~85° (Plástico)
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La diferencia de eficiencia se puede observar en los siguientes gráficos esquemáticos de la emisión
lumínica del sistema.
Lente Colimadora funcionando sobre el LED emisor
En la lente, fundamentalmente se realiza un proceso de colimación (obtención por medio de la
óptica de rayos paralelos) o enfoque de la luz, y que se realiza por las propiedades ópticas que tiene
el medio por el cual atraviesa la luz.
Reflector Concentrador funcionando sobre el LED emisor
En cambio, en el reflector, los haces que parten radialmente del LED, rebotan en la superficie y son
redirigidos con un ángulo determinado.
Si bien los reflectores se calculan y fabrican para que en el proceso de reflexión de los infinitos haces
que parten del LED reboten y salgan de la forma más paralela posible, no es tan exacto como en una
lente y las pérdidas por reflexión son muy superiores a la que genera la oposición del medio
cristalino en una lente. En el punto 5.2 se hablará más detalladamente de los reflectores.
Según el fabricante, el tipo de LED y el uso o aplicación, una lente puede ser simple (para un solo
LED) que son las que se ilustraron anteriormente o múltiple, que es conjunto de lentes unidas en la
misma placa de inyección del polímero.
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i.- CAPACIDAD DE CONTROL:
El LED se puede controlar? Este punto siempre genera polémica, ya que según que se considere, la
respuesta puede ser SI o NO.
Recapitulemos; el LED es un componente electrónico, por lo tanto, SI es controlable, y se hace
mediante un circuito electrónico asociado, que puede ser más o menos complejo.
Una lámpara de reemplazo, fabricada con LEDs, en el 95% de los casos, NO es controlable, salvo
encendido y apagado.
Es muy importante diferenciar entre un LED (que es el componente) y un sistema de LEDs, que
puede ser una luminaria o una lámpara de reemplazo, aunque comercialmente se les dice “Lámpara
LED” o “LED”.
Por el momento vamos a afirmar que el LED es absolutamente controlable, manejando su corriente
de polarización, mediante una técnica que se conoce como PWM, “Modulación por Ancho de Pulso”
(Pulse Wide Modulation en inglés).
Mediante el uso de esta técnica, podemos dimerizar un LED de 0% a 100%, manteniendo la
temperatura color invariable y la linealidad de la curva de dimerización (utilizando un algoritmo de
corrección anti logarítmico). Más adelante, en el Capítulo 6, describiremos la técnica y su
funcionamiento.
3.3) Uso de dimmers convencionales:
Un error común, cuando se pretende dimerizar un LED, es hacerlo variando la tensión que se le
aplica al circuito, de forma análoga a lo que se utilizó desde hace décadas para variar la intensidad
de las lámparas de filamento. En corriente continua se lo hacía con un reóstato (resistencia de
alambre bobinado variable) que aumentaba o disminuía el brillo, variando la corriente por el
filamento (muy usado en tableros de automóviles hasta mediados de los ‘90s.
En corriente alterna hubo varios sistemas, especialmente usados en teatro para los efectos de
entrada y salida de luz. Los primeros fueron con un rudimentario sistema de poleas que sumergían
una varilla de metal conductor en un recipiente con agua salada, cuanto más se lo sumergía, más
corriente pasaba por el circuito. Era toda una artesanía mantener la concentración de sal para que
funcionara adecuadamente, pero sirvió por muchos años.
Posteriormente se usó un sistema llamado “de bordonas”, porque se instalaban una cantidad de
poleas de acero, de sección similar a las cuerdas bordonas del piano, las cuales accionaban unos
sistemas autotransformadores variables (variac), variando así la tensión que se enviaba al circuito
de la lámpara.
A principios de los ‘70s, donde los semiconductores comenzaron a utilizarse para control de
potencia, aparecieron los primeros dimmers con doble tiristor o triac, que eran más o menos
complejos según su aplicación, llegaron a miniaturizarse para uso doméstico y aun hoy se siguen
fabricando.
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Estos dimmers electrónicos, no regulan la tensión tal como lo hacían los variacs, que conservaban
la onda senoidal variando su valor pico en la salida, sino que utilizan el concepto de valor eficaz de
corriente alterna , produciendo cortes en la onda senoidal, de modo que el valor eficaz de la tensión
será solo producida durante el tiempo de conducción, (matemáticamente es la integral en el tiempo
del área durante la conducción), pero como es muy complejo para quienes no están familiarizados,
digamos que, cuanto más tiempo conduzca el triac, mayor será la superficie de la graficación de la
onda resultante y mayor será el valor eficaz de la tensión.
En el siguiente gráfico vemos el comportamiento de los dimmers electrónicos con triac.
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Los hay de dos tipos “Leading Edge” que es el más común, más económico, introduce mayor ruido
en la línea, y enciende o dispara su conducción en la zona delantera de semiciclo que está
atenuando, y el “Trailing Edge”, que es menos común, más costoso por la complejidad del circuito,
introduce menos ruido en la línea y corta o cierra la conducción en la parte final del semiciclo.
En ambos, si bien es mayor en el “Leading Edge”, el flanco recto del inicio de conducción, produce
una serie de señales armónicas de la frecuencia de línea, que se traduce como ruido en la línea y
muchas veces interfieren con los equipos de audio o radio. Para evitar este problema, los circuitos
más sofisticados introducen filtros con bobinas y capacitores para anular las armónicas más altas.
Estos dimmers son perfectos para usar con lámparas incandescentes y halógenas, y hasta con las de
baja tensión, que utilicen transformadores electromagnéticos (bobinados) o electrónicos de buena
calidad, aunque según la calidad del filtrado, generan un poco de ruido en audio.
El problema aparece cuando se trata de dimerizar un LED variándole la tensión. Como todo
semiconductor, el LED tiene una curva de respuesta eléctrica (tensión vs corriente) que es
característica y que varía en más o en menos según el tipo, pero que responde al patrón.
Como vemos en el gráfico, (sobre el eje “X”), si comenzamos a incrementar la tensión que aplicamos
en forma directa sobre el LED, no habrá conducción de corriente (eje “Y”) hasta un valor
determinado (este varía con el tipo de LED), al que se lo denomina “tensión de umbral”, que es el
punto donde se rompe la barrera de potencial de la juntura del semiconductor y comienza a
conducir. Al principio la conducción es menor, pero vemos que si se aumenta en unos pocos mili
volts la tensión aplicada, la corriente se dispara.
Aunque limitemos con una resistencia en serie esa corriente, el efecto de la tensión de umbral, va a
ser un “defecto” en la linealidad de dimerización, ya que, si estamos subiendo el nivel, moveremos
la perilla y durante un porcentual de recorrido no tendremos efecto alguno, luego encenderá de
golpe, y el resto del porcentual de giro casi no tendrá efecto sobre el brillo del LED.
Si la tensión aplicada viene de un dimmer domiciliario con triac, el efecto va a ser similar o peor,
porque podemos encontrar problemas como parpadeos.
De todas formas, se fabrican algunos dimmers analógicos que compensan esos errores y que
funcionan aceptablemente bien, pero son exclusivamente para uso domiciliario y no profesional.
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CAPÍTULO CUATRO:
MODOS DE CONEXIÓN DE LOS LEDs – FUENTES DE ALIMENTACIÓN
4.1) Magnitudes y Circuitos básicos:
Existen dos magnitudes eléctricas básicas que pueden ser medidas en un circuito eléctrico o
electrónico, estas son la TENSION, o “Diferencia de Potencial” y también conocido como “Voltaje”,
que es la diferencia de potencial medida entre dos puntos del circuito, cuya unidad de medida es el
VOLT (o Voltio), “V” y la CORRIENTE ELÉCTRICA o Intensidad, que mide el flujo de electrones que
circula por una rama del circuito, y cuya unidad de medida en el AMPER (o Amperio), “I”.
De estas dos magnitudes, mediante cálculos, se pueden obtener otras magnitudes que son
necesarias a la hora de calcular un circuito, como la POTENCIA o “Energía Disipada”, cuya unidad de
medida en el WATT (o Vatio), “W”, que en corriente continua se simplifica con la siguiente fórmula:
W=VxI
Estas dos magnitudes básicas, se miden de forma diferente:
La medición de corriente se realiza con un AMPERÍMETRO, el cual se coloca en el medio del circuito,
EN CONEXIÓN SERIE, haciendo que la corriente circule a través de él. La medición de tensión se
realiza con un VOLTÍMETRO, el cual se conecta EN PARALELO a la rama del circuito, entre los puntos
que se desea medir la diferencia de potencial.
De aquí en más, es muy importante mantener frescos y en mente los conceptos de serie y paralelo
para comprender el uso de los LEDs.
Un circuito SERIE, es aquel en el cual los componentes se encuentran conectados uno a continuación
del otro, y todos son atravesados por la misma corriente, pero la caída de tensión, o diferencia
potencial de cada uno, va a depender de las características de cada componente (en el caso de
resistores, mayor o menor resistencia, a mayor resistencia, mayor caída de tensión).
Cabe recordar que la suma de las caídas de tensión parciales en cada uno de los componentes va a
ser igual a la tensión medida en la fuente de alimentación.
V = V1 + V2 + V3
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Un circuito PARALELO, es aquel en el cual los componentes se encuentran conectados de tal forma
que se forman ramales de derivación. A diferencia del circuito serie, la tensión va a ser la misma
sobre cada uno de los componentes, mientras que la corriente va a ser diferente en cada uno de los
ramales y dependerá de las características del componente (en el caso de resistores, mayor o menor
resistencia, a mayor resistencia menos corriente).
Cabe recordar que la suma de las corrientes parciales en cada ramal va a ser igual a la corriente
medida a la salida de la fuente de alimentación.
I = I1 + I2 + I3
Por último, vamos a mencionar que existen circuitos mixtos, que combinan ambas topologías
circuitales, habiendo muchas combinaciones.
En este caso:
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V = V1+V2+V3, V=V4+V5+V6
y
V=V7+V8+V9
La suma de las caídas de tensión parciales de cada ramal va a ser igual a la tensión de la fuente, pero
no significa que V1 deba ser igual a V4.
4.2) Circuitos con LEDs:
Por definición, El LED es un dispositivo electrónico para usar EN SERIE.
Es muy importante retener este concepto y asociarlo con el hecho que el fabricante especifica como
magnitud principal, la corriente directa que circula a través de él, (y la corriente máxima admisible)
y como dato secundario la tensión típica que cae entre ánodo y cátodo a determinada corriente,
generalmente el dato está en forma de curva.
Por lo tanto, la CORRIENTE es el valor que debemos controlar, y justamente se hace con un circuito
serie.
Hay aplicaciones que utilizan LEDs de baja potencia, donde normalmente la corriente de
polarización debe rondar los 20mA. Cómo estos LEDs son de bajo costo, el circuito asociado para el
control no debería ser muy complejo ya que sería muy costoso, aunque hay varios integrados en el
mercado que tienen la posibilidad de manejar varios de estos tipos de led en un solo chip, cada vez
más económicos.
Para estos casos, que son las conocidas cintas de LEDs o módulos de cartelería, se utiliza un circuito
mixto cómo el que vimos antes, donde se conectan en paralelo “n” ramales de 3 LEDs en serie con
una resistencia.
La resistencia actúa como limitador de corriente elemental y pasivo. Su valor se calcula para cada
ramal tenga una corriente máxima de 20mA
El conjunto esta alimentado por una FUENTE DE TENSION CONSTANTE (desarrollada en detalle en
la siguiente sección) que generalmente, para esta configuración, es de 12VDC.
La forma de conectar los LEDs de potencia, es radicalmente distinta. Estos son sustancialmente más
costosos, y por lo tanto deben tener un cuidado con un circuito asociado de mejor calidad de lo que
es una resistencia. No significa que no se pueda hacer, pero no es el modo correcto.
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Esta configuración circuital, que es la que se usa en lámparas o luminarias de potencia, coloca todos
los LEDs en serie, y alimentados con una FUENTE DE CORRIENTE CONSTANTE (desarrollada en
detalle en la siguiente sección), que entrega al circuito la corriente de polarización requerida,
pudiendo ser 350mA, 700mA, 1050mA o la que el circuito requiera.
Esta es la forma correcta de trabajar con LEDs de potencia. Comercialmente denominan a la fuente
de corriente constante como “driver para LEDs”, no está mal, pero a este tipo de fuentes, les falta
algunas características para ser un driver completo, por lo general, las más sofisticadas, reciben
señal de control para dimerización o control de la corriente.
Los drivers electrónicos, se alimentan con fuentes de tensión constante y se encargan de generar la
alimentación de corriente constante que requiere el LED, pero además puede cumplir funciones
adicionales como la de dimerización y la de protección térmica del circuito mediante el sensado
constante sobre la base de disipación de los LEDs de la luminaria.
En el capítulo destinado a Sistemas de Control se dará un detalle de la utilización de fuentes
controladas y drivers.
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4.3) Fuentes de Alimentación de Tensión Constante y Corriente Constante:
Las fuentes de alimentación son dispositivos electrónicos, más o menos complejos, que transforman
la energía de red (110VAC o 220VAC) en una salida de Tensión o Corriente continua, generalmente
de baja tensión, y para alimentar otros dispositivos electrónicos.
Se las denomina genéricamente “fuente switching” o “fuente conmutada”, por la tecnología usada
para convertir la corriente alterna en continua, reduciendo el tamaño, peso y el costo que tendría
una antigua fuente de alimentación con transformador electromagnético.
Algunos tipos pueden convertir de Tensión Continua a Tensión Continua, para aumentar la tensión
de salida o de Tensión Continua a Tensión Alterna, tal como son las conocidas UPS para alimentar
las PCs.
Las fuentes switching en su mayoría presentan una ventaja que es la de trabajar con tensión de
entrada o alimentación en un rango amplio, que generalmente van de 90VAC a 240VC (tal el caso
de cargadores de celulares o notebooks), detectando automáticamente este valor y manteniendo
constante el nivel de tensión de salida. Por debajo de ese valor de tensión se apagan y por encima
pueden llegar a quemarse.
La complejidad de la fuente hará que sea de mayor o menor calidad, en cuanto su estabilidad,
filtrado de componente alterna en la salida, corrección de coseno fi (Φ), filtrado de línea de
alimentación, protección térmica, protección contra cortocircuitos, etc.
Al complejizar más la fuente, aumenta su costo y su tamaño, pero en algunos casos es
extremadamente necesario que cumpla con ciertos requisitos técnicos.
Básicamente hay dos tipos de fuentes de alimentación según el tipo de salida:
 Las de Tensión Constante:
Estas fuentes son las más comunes en cuanto su difusión de uso, de hecho, una pila alcalina
o la batería de un auto, entregan tensión constante y es a la que la mayoría de los usuarios
están habituados a utilizar.
Estas fuentes de alimentación proveen en su salida un nivel de tensión que es fijo, (en
condiciones teóricas independiente de la carga), pero que en condiciones reales la salida
será la misma si no se supera la potencia máxima que puede entregar la fuente o exista un
corto circuito. La corriente que entregue esta fuente dependerá de la carga que posea,
pudiendo variar desde 0 al máximo indicado por el fabricante.
Por ejemplo, una fuente de 12VDC, 100W, podrá soportar esa carga máxima, es decir 8.3
Amperes, pero si se le carga por encima de esa carga máxima, la tensión comenzará a
disminuir y seguramente se dañará la fuente.
En una fuente de Tensión Constante, la corriente entregada depende de la carga, hasta el
máximo admisible según la potencia de la fuente
 Las de Corriente Constante:
Es un tipo de fuente que no era habitual para la mayoría de los usuarios, hasta que los LEDs
aparecieron en el mercado de la iluminación, solo se utilizaban en aplicaciones industriales.
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A diferencia de la anterior, esta fuente asegura una circulación de corriente fijo, (en
condiciones teóricas independiente de la carga), pero que en condiciones reales la corriente
será la misma a menos se exceda la capacidad de carga o que se abra el circuito serie.
Por ejemplo, una fuente de 700mA, 31W, podrá soportar esa carga máxima, es decir
entregar hasta 44.2 VDC en su salida, pero si se le aumenta la carga (más elementos en serie)
dejará de funcionar no pudiendo entregar la tensión máxima especificada.
En una fuente de Corriente Constante, la tensión entregada depende de la carga, hasta el
máximo admisible según la potencia de la fuente
Al no ser tan común el uso de fuentes de corriente constante con circuitos serie, se hace un poco
más complejo entender el funcionamiento, pero afortunadamente el cálculo de un circuito y la
fuente de alimentación que deba usar, no queda en manos del usuario final o del diseñador de
iluminación, sino que es tarea del fabricante de sistemas o luminarias determinar las características
de la fuente que asegure el correcto funcionamiento del sistema.
Hay que prestar mucha atención al uso de los términos CORRIENTE CONTINUA, que significa que la
alimentación tiene dos polos (positivo y negativo) manteniendo siempre en la misma polaridad, y el
término CORRIENTE CONSTANTE, que refiere al tipo de salida de la fuente.
En la siguiente tabla vemos un cuadro comparativo de ambos tipos de fuentes y lo que sucede con
cada una de ellas ante eventos como el corto circuito o el circuito abierto (vacío)
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
PARAMETRO
TENSION CONSTANTE
CORRIENTE CONSTANTE
TENSION
SIEMPRE SE MANTIENE CONSTANTE
DENTRO DEL RANGO ESPECIFICADO
SIEMPRE QUE NO SE SUPERE LA
CORRIENTE NOMINAL MÁXIMA
VARIA SEGÚN LA CARGA
VARIA SEGÚN LA CARGA
SIEMPRE SE MANTIENE CONSTANTE
DENTRO DEL RANGO ESPECIFICADO
SIEMPRE QUE NO SE SUPERE LA
TENSIÓN NOMINAL MÁXIMA
LA CORRIENTE ES NULA – LA TENSION
SE MANTIENE EN LA NOMINAL
LA CORRIENTE ES NULA – LA TENSION
TIENDE AL INFINITO, LIMITADA POR EL
MÁXIMO DE LA FUENTE
ES LA CONDICION “IDEAL” SIN CARGA
NO SE ACONSEJA PORQUE PODRÍA
LLEGAR A QUEMARSE
LA TENSION ES NULA – LA CORRIENTE
TIENDE AL INFINITO, LIMITADA POR EL
MÁXIMO DE LA FUENTE
LA TENSION ES NULA – LA CORRIENTE
SE MANTIENE EN LA NOMINAL
NO SE ACONSEJA PORQUE PODRÍA
LLEGAR A QUEMARSE
ES LA CONDICION “IDEAL” SIN CARGA
CORRIENTE
AL DEJAR EN
VACIO
AL PONER
EN CORTO
CIRCUITO
Es muy importante que un consultor técnico especifique la fuente apropiada para cada instalación.
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Para el caso de las fuentes de corriente constante es importante recordar:
NUNCA DEBE CONECTARSE LA SALIDA DE LA FUENTE A UN CIRCUITO DE LEDS
CON LA FUENTE CONECTADA A LA ALIMENTACION DE LINEA.
LO MAS SEGURO ES QUE SE QUEMEN LOS LEDs.
Esto se debe a si una conecta la fuente a la alimentación de red, la tensión de salida de la fuente
tienda a subir hasta el máximo teórico (si la fuente fuera ideal, tiende a infinito). Al conectar el
circuito de LEDs a esa tensión ya establecida, se producirá una corriente de pico muy superior a la
que puede admitir el conjunto de los LEDs, por lo tanto, lo más seguro es que se quemen.
4.4) Fuentes switching en lámparas de reemplazo:
Como mencionamos anteriormente, una fuente switching tiene varias etapas que completan el
proceso. El siguiente esquema muestra las etapas que componen una fuente switching de tensión
constante de buena calidad.
En grandes rasgos, posee una entrada de tensión de línea, la cual es protegida por un circuito que
detecta sobretensión, y en ese caso corta la operación de la fuente. Lo sigue una etapa que es
fundamental en la calidad de la fuente, que es una corrección dinámica del coseno fi y el filtrado de
los ruidos de línea. Actualmente ese proceso se realiza con un circuito integrado que además reúne
la función de la siguiente etapa y reduce el tamaño o elimina los capacitores electrolíticos de alta
tensión.
La siguiente etapa rectifica la Tensión Alterna, pasándola a Tensión continua, posteriormente se
hace una oscilación de alta frecuencia de la alta tensión rectificada, con el objeto de reducir el
tamaño y peso del transformador que aísla la zona viva (que tiene 220VAC) de la salida de baja
tensión. Este oscilador se detiene si recibe indicación de sobre temperatura, protegiendo la fuente,
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y se ajusta con la realimentación (generalmente opto aislada) de tensión de salida para mantener
este nivel estable.
La baja tensión alterna de alta frecuencia se rectifica y filtra, quedando tensión continua muy pura,
luego pasa por una etapa de protección que interrumpe la fuente en caso de corto circuito o sobre
corriente y pone la salida a disposición de la carga.
Con más o menos detalles, esas son las etapas de una fuente de alimentación switching, y el tamaño
de la misma dependerá de la potencia que maneje.
Ahora bien, las fuentes switching que se colocan dentro de las lámparas de reemplazo, deben ser
diminutas, para que puedan ser alojadas en el cuerpo de la lámpara.
Obviamente, para que esta fuente pueda caber en ese espacio, deberá tener menos componentes,
y por consiguiente eliminar etapas sacrificando la calidad, quedando en síntesis las siguientes
etapas:
Con esta reducción, se sacrifica fundamentalmente la detección de sobre tensión de entrada, las
protecciones y los filtrados de línea, y en su mayoría son para una sola tensión de entrada. Digamos
que, para un sistema cerrado, donde la carga no va a depender del usuario, no es necesario detectar
y proteger contra cortocircuitos, pero el problema fundamental es la falta de filtros de línea y
correctores de coseno fi.
Esta condición hace que en una instalación muchas lámparas de este tipo, tengamos un ruido de
línea bastante importante (la suma del ruido generado por cada lámpara), que hará que otros
dispositivos funcionen con problemas, por ejemplo, interferencias de radio, ruido en audio, etc.
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Este es el motivo fundamental por lo cual las lámparas de reemplazo no son aconsejadas para ser
aplicadas en proyectos profesionales.
No obstante, hay un cierto grupo de fuentes de alimentación de las lámparas de reemplazo, que
pueden operar con dimmers para lámparas incandescentes.
Las mejores, poseen un circuito adicional que se denomina “booster” que compensa la tensión de
entrada y reconoce su valor, produciendo el control de la corriente en los LEDs y generando un
efecto símil dimerización. En su mayoría dimerizan solo entre 10% y 100%, pero la curva de salida
no es tan lineal como en una lámpara incandescente. Los fabricantes de este tipo de lámparas,
generalmente identifican el envoltorio de la lámpara como “dimerizable”, pero solo en la ficha
técnica se aclara el rango de dimerización y las marcas y modelos de dimmers con las que pueden
ofrecer esta ventaja, por lo que la dimerización está bastante condicionada.
Las que no poseen “booster”, producen unos efectos indeseados de parpadeos y el apagado abrupto
de las lámparas. En otros casos pueden terminar quemándose. Esto ocurre porque el circuito de la
fuente puede mal interpretar la forma de onda, específicamente el flanco de corte, y procesarlo
como si estuviera trabajando en una tensión de alimentación menor, tendiendo a elevar el nivel de
la salida, incrementando la tensión y corriente en los LEDs, y por consiguiente dañándolos
definitivamente.
4.5) Dimerización de las Fuentes Switching:
Si bien lo vimos anteriormente, en el punto 3.3, ahora podemos fundamentar por qué no se puede
dimerizar una fuente switching con un dimmer común para lámparas incandescentes; se debe al
amplio rango de tensión de entrada en las fuentes, que soportará la baja de tensión de alimentación
y en las fuentes que vienen dentro de las lámparas, no efectúan la dimerización correcta, si no tienen
booster.
DEFINITIVAMENTE NO SE PUEDE DIMERIZAR UNA FUENTE SWITCHING
CON UN DIMMER PARA LÁMPARAS INCANDESCENTES PARA
USO EN PROYECTOS PROFESIONALES
Volvemos a enfatizar el concepto, que desarrollaremos en el capítulo 6, que para controlar y
dimerizar un LED se utiliza la técnica de Modulación por Ancho de Pulso en aplicaciones
profesionales.
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CAPÍTULO CINCO:
LÁMPARAS, LUMINARIAS Y SISTEMAS LED
5.1) Lámparas de reemplazo o “Retrofit”:
Tal como el nombre genérico lo indica, son lámparas con LEDs que se han hecho para reemplazar
las fuentes de luz de tecnologías anteriores.
Si bien algunas lámparas de retrofit funcionan con buenos resultados, (fueron evolucionando desde
las primeras lámparas que fueron lanzadas al mercado), no es el uso más aconsejado para la
tecnología con LEDs.
La razón por la cual podemos sostener esta afirmación es porque
CADA LUMINARIA DEBE SER CONCEBIDA Y DESARROLLADA
PARA LA FUENTE DE LUZ QUE VA A SER UTILIZADA
Por esta razón, el reemplazo no es el modo más eficiente de utilizar los LEDs. Cómo vimos
anteriormente, los LEDs necesitan un manejo térmico apropiado para asegurar su larga vida útil y,
por lo tanto, que la inversión sea aprovechada.
Una lámpara de reemplazo, vamos a suponer una MR16 (reemplazo de dicroica), posee un disipador
de aluminio o cerámica mínimo, debido a lo reducido del tamaño de la lámpara, por lo que la
transferencia del calor generado por el LED debe ser lo más óptima posible. Ahora, si esa lámpara
de retrofit es colocada en una luminaria cerrada, digamos un tipo spot, no habrá convección de aire
que intercambie el calor entre el disipador y el ambiente, por lo tanto, la lámpara comenzará a
trabajar en condiciones de exigencia para lo que no fue diseñada. Como ya vimos, si trabaja a mayor
temperatura, la vida útil del LED disminuye.
Para evitar esto, los fabricantes hacen trabajar al LED por debajo de la especificación a la que pueden
trabajar para obtener el máximo rendimiento lumínico, por ejemplo, un LED que puede trabajar a
700mA de corriente, se lo hace trabajar a 500mA, de forma tal que sea más dificultoso llegar a la
temperatura crítica. Entonces, el LED está trabajando al 72% de lo que podría estar trabajando, y se
está sacrificando el rendimiento de acuerdo al costo de ese LED.
De todas formas, las lámparas de reemplazo se fabrican y se utilizan, sobre todo para uso
domiciliario o en proyectos mal especificados.
Podemos encontrar fundamentalmente dos tipos de lámparas de reemplazo:
 Las que no sirven:
Son las más económicas, utilizan LEDs de menor calidad, tienen un pobre manejo térmico y
en algunos casos no son verdaderos reemplazos, ya que muchas no mantienen las
dimensionas normativas del tipo de lámpara.
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En las siguientes imágenes veremos algunos tipos de lámparas de reemplazo que entran en
la categoría de “no sirven”

Reemplazo de lámpara de bajo consumo:
Realmente no es interesante
reemplazar una lámpara
que ya es de bajo consumo

Reemplazo de AR111:
presenta 2 problemas
no coincide el tamaño ni
la forma, y el disipador
no es adecuado ya que está
diseñado para trabajar
con turbina.

Reemplazo de GU10:
También presenta 2 problemas
la forma excede en altura el
estándar GU10, y el LED
utilizado es de 120° y ninguna
MR16 es de es de esa apertura

Reemplazos con LEDs
Obsoletos e ineficientes

El reflector no tiene sentido
Debido a que está fuera del
Ángulo de emisión del LED
(Vamos a detallar el tema del reflector más adelante en el punto 5.4)
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Pág. 49

Sin Comentarios

Estas luminarias
utilizan un LED de
alta potencia que
resulta ser ineficiente
por la falta de lente
colimadora

Los reemplazos de tubos fluorescentes merecen un tratamiento destacado ya que hay
varios puntos a considerar.
No se adaptan a las luminarias que fueron diseñadas para una emisión en 360°, y estos
tubos emiten en 120° a 140°. Utilizan artefactos que ya son obsoletos y no diseñados
para estos reemplazos.
Cuestan 10 veces lo que cuesta un tubo fluorescente.
Un tubo fluorescente T5 estándar tiene una duración 25000 hs, similar o mayor a lo que
puede durar un tubo de LEDs.
Se instala reemplazando un tubo en zócalos cuyos contactos ya presentan corrosión por
temperatura y pérdida de flexibilidad.
Algunos tubos requieren que se elimine el balasto serie, debiendo intervenir en la
instalación. Los tubos que no requieren quitar el balasto, mantienen una pérdida de
energía/calor en el balasto.
Utilizan LEDs que no son de muy alta eficiencia, 80-100 lm/W, (fluorescente T5 = 105
lm/W).
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 Las que sirven:
Generalmente son más caras, porque poseen mejor diseño y mejores materiales
constructivos (LEDs, disipadores, fuentes, ópticas), manejan mejor la temperatura, y su
calidad es visible respecto de las que no sirven.
Lámparas AR111 y MR16 para 12VAC/DC
Lámparas GU10, PAR20, PAR30 y PAR38 para 220VAC
5.2) Lámparas con LEDs COB y reflectores:
Representan una posición intermedia, entre las lámparas de reemplazo y las luminarias LED,
porque no usan una luminaria existente o perteneciente a tecnologías anteriores.
a.- QUE SON LOS LEDs COB?:
COB significa “Chips On Board”, y se trata de una placa (board), en la que han sido colocados varios
chips de LEDs en formato Array (en una matriz) los cuales se interconectan en un circuito mixto de
series de leds puestas en paralelo, obteniendo mucha potencia lumínica en un espacio reducido al
eliminar los encapsulados individuales.
LED COB Típico, en array de 5 x 7
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Los sistemas de conexión son muy simples, poseen los contactos positivo y negativo de tal forma
que pueden ser atornillados como en la imagen o con unos accesorios que se sujetan la placa, tienen
unos contactos flexibles que apoyan en los contactos de la placa y el cable se coloca a presión, lo
que significa que este tipo de LED no debe ser soldado.
En principio parece ser una idea maravillosa, pero hay un tema importante: ya vimos que un LED
genera temperatura y hay que disiparlo, si juntamos en poca superficie muchos LEDs, en el caso de
la imagen son 35 chips, por lo tanto, para asegurarle una larga vida útil, el manejo térmico debe ser
muy bien estudiado y resuelto.
En la siguiente imagen vemos una lámpara COB típica, en la que se ve que tiene un LED COB en el
centro del reflector, el aro de colocación en el techo, y el disipador en la parte de atrás.
Lámpara COB de 6”, 60° - 1430lm – 18W
Normalmente, las lámparas que se están comercializando actualmente, son de alta potencia, 15, 18,
26, 35 Watts, y el disipador no parece estar lo suficientemente adecuado para dispar el calor del
LED, condensado en esa pequeña superficie, con esas potencias de trabajo.
Hay consumidores que a un año de haber colocado lámparas COB ya están experimentando una
fuerte disminución de la emisión lumínica y otras lámparas que se han quemado prematuramente.
Por qué sucede esto?, Las empresas que producen los LED COB respondieron a una demanda
creciente de aquellos fabricantes de luminarias tradicionales y querían incorporar LEDs a sus
productos. Estos fabricantes, con las aparentes ventajas del LED COB, fácil de colocar, sin soldar,
disponibilidad de reflectores (no hay lentes para LEDs COB) y que generalmente hay un driver para
esa potencia y corriente del LED, comenzaron a hacer este tipo de luminarias, obviamente tienen
un alto brillo, pero al no conocer profundamente la tecnología, han ignorado los efectos que la
temperatura produce en el semiconductor, con las consecuencias a mediano plazo del fracaso de la
luminaria y por ende de una instalación.
El otro factor que es común de escuchar, es que los clientes quieren ver un solo punto luminoso, tal
como eran las lámparas halógenas, en lugar de los multipuntos de los LEDs.
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Antes de seguir con los reflectores, se mencionó que no hay lentes para el LED COB. La razón es
simple, una lente trabaja con un punto focal, que para las lentes que vimos en el punto 3.2.h,
coincide con la posición del chip emisor de luz.
Si quisiéramos tener una lente para un LED COB, se podría hacer, pero en el array que vimos hay 35
chips, o sea, 35 puntos focales diferentes. La lente que considere a esos 35 puntos como un único
punto focal, debería ser muy grande de tamaño, por lo tanto, muy cara, por ese motivo se optó por
los reflectores para el uso de LEDs COB.
b.- REFLECTORES:
Cuando se comenzaron a optimizar las luminarias con lámparas incandescentes, halógenas o de
descarga, se recurrió a una función matemática que es la “parábola”, con cuya fórmula se
comenzaran a fabricar reflectores o espejos parabólicos cóncavos
No vamos a entrar en las fórmulas matemáticas de esta función, que obviamente justifican su
funcionamiento, pero básicamente la función genera una curva que no es circular, posee un vértice
donde cambia la dirección de la curva, ese vértice marca un eje de simetría, sobre el cual, a una
determinada distancia, que sale del cálculo de la fórmula, se ubica el foco de la parábola.
Función Parábola
En la imagen de la derecha, se ve que cualquier haz recto que parte en ángulo desde el foco hacia
la parábola, rebotará con el mismo ángulo de incidencia con el que impactó en la parábola, saliendo
de la parábola en forma paralela.
Basados en esta función se diseñaron espejos parabólicos cóncavos, tanto en forma de casquete o
longitudinales, según el tipo de fuente de luz que se utilizaría.
Según se varíen parámetros de la ecuación de la parábola, tendrá una forma ligeramente diferente
y hará que los rayos salientes de la misma puedan ser paralelos, o se concentren en un punto remoto
o se dispersen.
Para que estas condiciones se cumplan, la fuente de luz debe estar ubicada en el foco (o punto focal)
de la parábola. Si se desplazara de este punto, el rendimiento de luz en la salida disminuye.
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La siguiente imagen nos ilustra un espejo reflector parabólico con la fuente de luz en el foco.
Reflector Parabólico con la fuente de luz en el punto focal
Como vemos, la fuente de luz emite rayos en 360° (podría ser una ampolla de una lámpara de
mercurio halogenado o un tubo fluorescente). Vemos una cierta cantidad de rayos directos
(representados cada 10°) que parten del punto focal, algunos salen en forma directa, en cualquier
dirección porque son los que se emiten hacia el lado abierto de la parábola. En cambio, los que
entran en la parábola son reflejados por el espejo y se emiten hacia el exterior en forma paralela.
Desde luego que el espejo no es ideal y hay una pérdida lumínica, pero un espejo bien calculado
potencia el uso de una lámpara ya que recupera en forma precisa las emisiones que no salen
directamente hacia el objeto a iluminar.
Ahora bien, si volvemos a mirar la imagen de la lámpara con LED COB, vemos que se usa un espejo
reflector parabólico, pero el LED (fuente de luz), que por sus características constructivas emite en
aproximadamente 120°, es decir 1/3 de los 360° de emisión de la lámpara vista anteriormente.
Por cuestiones mecánicas el LED es colocado sobre el disipador, y sobre ese disipador se monta un
reflector parabólico, con un orificio en la zona del vértice de la parábola para calzar sobre el LED
COB. Todo el conjunto se cierra con el aro exterior que tiene los herrajes metálicos para su fijación
en cielo raso.
En forma, esto está perfecto, pero como vimos antes, la función de la parábola requiere que la
fuente de luz esté situada en el punto focal para que el rendimiento sea el óptimo, y en este caso,
el punto focal se lo hizo coincidir a la fuerza con el vértice de la parábola, por consiguiente, una
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buena parte del reflector parabólico va a ser inútil, ya que la emisión del LED (en 120°) ha a incidir
en la parábola a partir de determinada altura, según sea la forma de la misma.
Reflexión en una parábola con la fuente de luz colocada en el foco coincidente con el vértice
Como vemos en la imagen, hay una zona del reflector que no se aprovecha, y solo a partir de ahí los
rayos incidentes comienzan a salir de la parábola en forma paralela.
Además de que el reflector no es totalmente efectivo desde el punto de vista lumínico, impide la
convección natural de aire que permita el intercambio de calor entre el LED/Disipador y el ambiente.
En pocas palabras, son lámparas que se comercializan, presentan un brillo impactante, pero, a juzgar
por lo que acabamos de ver, el resultado no es el más óptimo.
5.3) Luminarias y sistemas LED:
A diferencia de las lámparas de reemplazo, o los reemplazos COB, están diseñadas y desarrolladas
para la aplicación de la tecnología de LEDs.
El concepto aplicado es:
NO SE REEMPLAZA LA LÁMPARA
SE REEMPLAZA LA FUENTE DE LUZ MANTENIENDO LA LUZ
NECESARIA PARA CADA APLICACIÓN
La tendencia de este nuevo paradigma es integrar la luz a la decoración y a la arquitectura y
abandonando el concepto luminaria + lámpara.
Si las comparamos con las lámparas de reemplazo:
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





Poseen mayor eficiencia, ya que se utilizan LEDs de mejor calidad.
No requieren luminarias convencionales, por lo general son auto portantes.
Disponibles en varios rangos de potencia, ángulos de apertura y temperatura color.
Utilizan fuentes y drivers específicos.
Totalmente dimerizables y controlables.
Tienen disipadores apropiados para optimizar el manejo térmico
Ejemplos de luminarias LED para arquitectura en formato
Ejemplo de luminaria lineal para arquitectura
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En la imagen anterior, vemos un ejemplo de luminaria para arquitectura, donde los LEDs se colocan
longitudinalmente, generando un concepto diferente, sin reemplazar una luminaria + lámpara
tradicional.
El concepto de base, puede usarse en luminarias de embutir, adosar o suspender, donde en esta
última configuración, se le puede agregar iluminación uplight, para dar efectos de color o blanco
hacia el techo, generando la sensación de luz que ayuda a dar volumen al ambiente.
En este caso, toda la luminaria es un disipador, por lo que el manejo térmico es óptimo.
Ejemplo de luminaria lineal para arquitectura tipo “wall washer”
Otro tipo de luminarias LED son los que se conocen como “wall washer” o “bañadores”, en los que
la carcasa exterior de la luminaria es a su vez el disipador de calor, ya que se trata de un cuerpo de
aluminio con aletas.
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Estas luminarias están diseñadas para trabajar en intemperie, especificadas como IP65, y en algunos
casos especiales pueden fabricarse para sumergir, IP68, donde la protección ambiental es mucho
más rigurosa.
Otro tipo de luminaria LED, en los que no se reemplaza la lámpara, sino que todo el concepto fue
generado en función de la tecnología, son las luminarias para uso vial
Luminaria vial y detalle de la placa interior
Como se ve en la imagen, todo el cuerpo de la luminaria responde a un nuevo concepto y no se trata
de la utilización de una carcasa existente para una tecnología anterior a la cual se le ha colocado la
placa de LEDs en su interior.
En el detalle, se ve la placa de circuito impreso donde están montados los LEDs, y sobre cada uno
de ellos hay una lente individual (si bien se aplican en conjunto sobre la placa). Estas lentes,
disponibles en varios ángulos apertura y patrones de emisión, producen que la luz generada por los
componentes de la placa, se distribuya en forma uniforme a lo largo de la calzada, dependiendo la
apertura del haz del tipo de lente utilizada y de la altura a la que se coloca la luminaria.
El sistema es desde lo teórico, bastante eficiente en cuanto a la distribución lumínica, pero como ya
se ha visto en varios ejemplos de aplicación, en los que se reemplazan las viejas luminarias por estas
nuevas, no se considera que se debe tener en cuenta la altura y la separación de los postes para
determinar el tipo de lentes a utilizar para cada caso, por eso es que estamos viendo que se han
hecho algunos reemplazos en calles y avenidas sin considerar todas las variables, con un resultado
que deja bastante que desear. En esos casos, el problema está centrado en que no se colocó la
luminaria adecuada para ese emplazamiento.
5.4) Comparación y conveniencia de cada tipo – Conclusiones Conceptuales:
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Después de haber visto los dos tipos de posibilidades de implementación de iluminación con LEDs,
puede que exista la pregunta comparativa:
Qué es mejor? Lámparas de reemplazo o Luminarias/Sistemas LED?
Antes de contestarla, vale aclarar que esta dicotomía está generada a una puja de intereses. El uso
de lámparas de reemplazo está siendo empujado en el mercado, por un lado, encontramos la
demanda errónea, con cierta nostalgia, de los consumidores o clientes que se ven tentados a seguir
con los conceptos de luminaria + lámpara, “como fue siempre”, y por otro lado la presión de
marketing que ejercen las grandes marcas fabricantes de lámparas tradicionales, que no quieren
perder su mercado cautivo, aun ofreciendo productos que poseen vicios de criterio de utilización.
Esto genera que el efecto se realimente.
DEMANDA ERRÓNEA
DE LOS CLIENTES
PRESIÓN DE MARKETING DE LOS
LAMPAREROS TRADICIONALES
La respuesta a la pregunta, es que siempre es mejor una luminaria o sistema LED que una lámpara
de reemplazo. En todos los casos que sea posible, sobre todo en aplicaciones nuevas, hay que usar
luminarias o sistemas LED, ahora si no hay posibilidades de intervención en una instalación
existente, hay que volcarse a las lámparas de reemplazo.
Definitivamente hay que dejar en claro que un Proyecto Profesional, que envuelve diseño,
luminarias y control, nunca puede hacerse con lámparas de reemplazo, sino que deben utilizarse
sistemas LED para arquitectura.
El LED NO debe ser tomarlo como el reemplazo milagroso para todas las aplicaciones actuales. Si es
seguro que llegó para quedarse y que seguirá evolucionando en los próximos años hasta metas
imprevisibles hoy en día, pero especialmente debe ser utilizado para aquellas aplicaciones donde
las lámparas no podían ser usadas.
Hoy en día no se puede pensar en diseñar con lámparas halógenas, y posteriormente pasar ese
diseño para usar lámparas LED. Debemos diseñar con LEDs aplicando los conceptos inherentes a su
utilización tecnológica, aprovechándonos de sus bondades y dentro del esquema estético
requerido.
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CAPÍTULO SEIS:
CONTROL PWM , PROTOCOLOS, SISTEMAS RGB, AWB e iW
Como hemos visto en varias ocasiones en los capítulos anteriores, hemos hablado de la posibilidad
de dimerizar los LEDs utilizando una técnica llamada PWM, el acrónimo en inglés de Modulación por
Ancho de Pulso.
La técnica PWM se utiliza directamente para controlar la corriente que circula por el LED, mediante
el driver específico, digamos que es el nivel más bajo del control.
La comunicación entre el controlador y el driver, digamos el nivel superior, se hace mediante un
protocolo de comunicación, mediante el cual, el controlador le indica a cada uno de los drivers que
se encuentran conectados, el nivel al que debe controlar al LED.
Accesoriamente los protocolos pueden administrar otros datos entre el controlador y los drivers,
como ser temperatura, horas de trabajo, estado de las fuentes, salida efectiva de luz, etc.
6.1) Modulación por Ancho de Pulso - PWM:
La modulación por ancho de pulso no es una técnica nueva que haya sido creada para controlar
LEDs, sino que se tomó de usos anteriores, como por ejemplo la regulación de velocidad en motores
de corriente continua, regulación de temperatura en hornos de precisión, etc.
Consiste básicamente en “interrumpir” la corriente constante que fluye por el LEDs de manera
continua, una cierta cantidad de veces en un período de tiempo, es decir “prendiendo” y
“apagando”, obteniendo como resultado que la potencia utilizada durante ese tiempo sea menor.
Tal como viéramos para el control de la tensión alterna en un dimmer, matemáticamente la potencia
es la integral en el tiempo del área resultante en el gráfico durante la conducción.
El siguiente gráfico muestra una representación (esquemática sin nivel de detalle) del nivel de
corriente constante en el tiempo, el cual es continuo, sin interrupción, que representa el 100% de
conducción.
En este gráfico y en los siguientes, tomamos un valor máximo de corriente (supongamos 700mA) y
establecemos arbitrariamente que el período de tiempo es de 2ms.
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Este gráfico muestra la misma corriente constante que es interrumpida durante 0.5ms del período
de 2ms, lo que indica que la conducción se establece durante 1.5ms, es decir el 75% del tiempo.
Este gráfico muestra la misma corriente constante que es interrumpida durante 1ms del período de
2ms, lo que indica que la conducción se establece durante 1ms, es decir el 50% del tiempo.
Este gráfico muestra la misma corriente constante que es interrumpida durante 1,5ms del período
de 2ms, lo que indica que la conducción se establece durante 0.5ms, es decir el 25% del tiempo.
El siguiente gráfico nos grafica una conducción nula, lo que indica que la conducción es del 0% del
tiempo. La línea es plana en el nivel 0.
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Si vemos los gráficos anteriores todos juntos de un solo vistazo, se nota enseguida que en todos los
casos el período es igual (en este ejemplo 2ms), y lo que varía es el ancho del pulso encendido.
De esta forma se aprecia que se está variando el ancho del pulso de conducción (duración del
encendido) dentro de un período de tiempo constante, por tal motivo, la técnica se denomina
Modulación de Ancho de Pulso.
Con esto estamos viendo que, durante el período de conducción (encendido), el LED se encuentra
trabajando en su régimen normal, a pleno, por tal motivo no hay alteraciones en las características
de la luz emitida durante el período de encendido.
El área representada en amarillo, es la superficie gráfica del tiempo de conducción, y responde como
ya se dijo, a la integral en el tiempo de ese período de conducción sobre el período tomado en
cuenta. Sí vemos que, según el tiempo de conducción del ejemplo, tenemos 100%, 75%, 50%, 25%
y 0%, según sea el ancho del pulso.
Entonces, “si el LED conduce en su nivel de corriente constante, cómo es que dimeriza?”
En realidad, el LED no se dimeriza en forma convencional, pero el efecto visual es de dimerización.
Esto se debe a una característica de la visión humana que es la “persistencia”. La persistencia hace
que, por un corto período de tiempo, (aproximadamente 100ms), el nervio óptico sigue enviándole
al cerebro información que “persiste” en la retina, aunque el estímulo ya no esté. Existe una
controversia respecto del tema de la persistencia que no son objeto de discusión en este escrito,
pero, de hecho, cuando un LED dimeriza mediante la técnica PWM se ve como un continuo y cuando
vemos cine o televisión vemos una continuo y no un salpicado de imágenes sueltas. Dicho en
términos matemáticos, el ojo es el encargado de hacer la integración en el tiempo.
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Para que no se produzcan efectos de parpadeo en la visión, el proceso de encendido y apagado del
PWM debe hacerse a alta velocidad. Según la tecnología que se aplique, esta velocidad o frecuencia
va desde los 120 Hz a los 30.000Hz (Hz =Hertz = Ciclos por segundo), siendo un estándar común
entre 1000 y 2000 Hz. Cuando la tecnología PWM se utiliza para iluminación en televisión HD, esa
frecuencia debe elevarse por encima de los 25000 Hz, para evitar el “flickeo” o parpadeo como
efecto de los cortes de la luz y el barrido de los campos de video.
El pulso PWM se genera electrónicamente por medio de un microcontrolador, que se encarga de
traducir un comando de entrada en esta señal PWM. Ahora bien, como una analogía a los
microprocesadores de una computadora, donde un procesador de 64 bits es mejor y más rápido
que uno de 32 bits, un PWM será más exacto y más suave en la dimerización cuantos más bits posea.
A esto se lo denomina “resolución” (análogamente a una pantalla de PC o TV), siendo los más
comunes los de 8 y 10 bits y los más precisos los de 16 bits. Una resolución mayor carece de sentido
práctico visualmente.
El control de los drivers PWM más sofisticados poseen grabada una tabla que corrige las posibles
diferencias entre el porcentaje de dimerización enviado al driver y el porcentaje de luz entregado
por el LED, ya que los LEDs presentan al ojo una curva logarítmica. Con esta tabla se corrige la curva
de dimerización lo mejor posible para obtener un resultado lumínico lo más lineal al ojo.
El siguiente enlace nos muestra en video en el cual vemos el trabajo del PWM en forma dinámica
mediante la representación directa en un osciloscopio digital.
(Descargue el video desde la página Web y actívelo desde su carpeta de descarga)
6.2) Efecto de dimerización enriquecido:
Se ha leído en varios foros de usuarios de tecnología de LEDs, que, al utilizarlos con dimerización,
manifestaban cierto descontento que está relacionado con la falta del efecto de calidez que
generaba una lámpara halógena o incandescente durante la dimerización en bajos porcentajes.
Como ya dijimos antes, un LED no cambia su temperatura color mientras dimeriza.
En las lámparas halógenas o incandescentes, este efecto aparecía, ni más ni menos, que, por estar
trabajando a una tensión menor, por lo que circula menos corriente y por lo tanto el calor en el
filamento es menor, y la incandescencia es mucho más ámbar o rojiza (temperatura color más baja).
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Para satisfacer a esta gama de usuarios, se han desarrollado sistemas conjuntos de drivers y
configuraciones combinadas de LEDs, donde al entrar en una zona baja de dimerización, el driver,
mediante una tabla pre-programada, baja el nivel de los LEDs blancos de la lámpara a la vez que
enciende un conjunto de LEDs ámbar, situados en la misma placa de LEDs. AL ir llegando al nivel 0%
apaga ambos conjuntos, y en el estado de 100%, los LEDs ámbar permanecen apagados.
Generalmente se trata de sistemas cerrados, es decir que el driver y la placa de LEDs conforman una
unidad que fue concebida para tal fin. Con esta sofisticación tecnológica, obviamente de mayor
costo que una lámpara monotonal, se genera el efecto de calidez que estos usuarios requieren.
6.3) Protocolos de control:
El concepto de protocolo es bastante interesante, ya que por definición, es un conjunto de normas
y procedimientos que se utilizan para comunicarse, brindando un marco de orden para el
entendimiento, entre dos o más partes. La definición envuelve el concepto de bi-direccionalidad,
aunque puede haber excepciones según sea el protocolo.
Podemos citar dos ejemplos muy cotidianos que ejemplificarían la idea:
 Uno sería el uso de los colores para el semáforo. Todos conocemos el protocolo o las reglas,
donde cada uno de los colores tiene un significado y, supuestamente, la gente lo respeta.
Este caso no es bidireccional, ya que nadie le contesta al semáforo.
 Otro ejemplo es el lenguaje, ya que todos debemos utilizar la misma palabra (o algún
sinónimo) para referirnos un objeto.
Dentro de esta definición, los protocolos de control en iluminación, son un conjunto de reglas
predefinidas que deben seguir los dispositivos electrónicos conectados en un sistema para
garantizar que las órdenes enviadas por el controlador van a ser ejecutadas por los dispositivos
receptores en forma exacta.
Si bien no es una condición excluyente, para cumplir con la definición de protocolo, la comunicación
debe ser en ambos sentidos, es decir que el dispositivo receptor podrá enviarle un “mensaje” al
controlador y éste recibirlo y actuar en consecuencia.
Los protocolos de control de iluminación son una especificación o en algún caso una simplificación
de los protocolos de comunicación, que se utilizan para la comunicación entre computadoras,
algunos utilizan plataformas físicas estándar como RS-232, RS-485 o Ethernet.
Básicamente, la función de un control de iluminación es encender o apagar luces, dimerizarlas, y
eventualmente combinar accionamientos de otros dispositivos como cortinas, aire acondicionado,
riego, audio, video, etc.
A continuación, se enumeran distintos protocolos de control de iluminación más utilizados
comercialmente con una breve descripción de sus características distintivas, ventajas y desventajas
de cada uno, pero todos conviven y se utiliza uno u otro según la envergadura de la aplicación y el
favoritismo del diseñador.
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A PARTIR DE ESTE PUNTO FALTA COMPLETAR EL ESCRITO
a.- D.A.L.I.:
b.- D.M.X:
c.- ArtNet
d.- KNX:
e.- Domótica:
f.- Inmótica:
g.- X10:
h.- B.M.S:
i.- Teknel:
j.- Zigbee:
6.4) Controladores:
6.5) Sistemas RGB, RGBW y RGBAW:
6.6) Sistemas AWB:
6.7) Sistemas iW:
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CAPÍTULO SIETE:
(INCOMPLETO)
CRITERIOS DE DISEÑO DE ILUMINACION CON LEDs
“Iluminar es un hecho artístico – estético que involucra intencionalidad y creatividad.
Brindar luz a un ambiente o área es alumbrar”
“Básicamente el diseño lumínico con nuevas tecnologías es en sí UN CAMBIO DE PARADIGMA, para
lo cual deben abandonarse los preconceptos anteriores.”
“Cuanto más eficiente es el sistema de iluminación, basado en un buen diseño, menores serán los
costos operativos”
“Para lograr un sistema de iluminación eficiente se debe partir de un buen diseño de iluminación”
“Dentro del cambio de paradigma propuesto para el uso de nuevas tecnologías, hay que incorporar
el concepto que se debe especificar una luminaria por la luz que emite (lm) y no por la potencia que
consume”
Diseño Lumínico
Proyectos de remodelación
Primeramente, hay que evaluar la posibilidad de incorporar luminarias LED, en el caso que
fuera posible intervenir en los cielos rasos.
De no ser posible, y tener que respetar las luminarias existentes, hay que optar por las
lámparas de reemplazo, siempre de buena calidad y asegurándose que las luminarias estén
debidamente aero ventiladas.
Proyectos Nuevos Inmediatos
SIEMPRE deben plantearse con luminarias de LEDs y NUNCA con lámparas de reemplazo.
El proyecto debe iniciarse en base a la tecnología a utilizar, y no tratar de reemplazar con
LEDs plantas pensadas para halógenas. Las plantas y cálculos deben basarse en las curvas y
características de las luminarias o sistemas a utilizar.
Con estos datos se especifican las luminarias, indicando todos sus datos, cantidades,
accesorios y control.
Proyectos Nuevos Mediatos
Cumple todas las características indicadas para un proyecto inmediato.
La diferencia radica en que NO DEBEN especificarse las luminarias y sus accesorios, ya que
la tecnología a utilizar posee cambios regulares, por lo tanto, una luminaria actual puede
llegar a ser obsoleta en 12 a 18 meses.
En estos casos debe quedar especificada la luz necesaria y al momento de realizar la obra,
se especificarán las luminarias vigentes, que cumplan con esa especificación lumínica.
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Consideraciones Generales
Básicamente el diseño lumínico con nuevas tecnologías es en sí UN CAMBIO DE
PARADIGMA, para lo cual deben abandonarse los preconceptos anteriores.
Ya no debe especificarse en base a la potencia de la lámpara, sino que se debe diseñar por
los niveles de iluminación o iluminancia necesarios.
Con las nuevas tecnologías se hace imprescindible requerir los servicios de consultores
especialistas que estén al tanto de los permanentes avances.
Distribución de la Inversión
No necesariamente una instalación con LEDs tiene que resultar siendo más cara que
utilizando iluminación tradicional halógena o HQI.
Hay que considerar que la inversión va a ser dentro de un nivel similar pero distribuido de
otra forma que como se realiza actualmente.
Esto significa que tendremos que planificar en forma conjunta con otras áreas de la obra.
MAYOR INVERSION EN:
 Diseño
 Lámparas/Luminarias
 Fuentes y Drivers
 Accesorios
 Control
MENOR INVERSION EN:
 Potencia Instalada.
 Tableros y Cableados.
 Aire Acondicionado.
 Modificaciones sobre cañerías colocadas innecesariamente.
Ventajas de la Iluminación Eficiente
MENORES COSTOS:
Consumo Eléctrico
(20-25% de un sistema halógeno)
Consumo de Aires Acondicionado
(~30% de reducción)
Menor costo de mantenimiento en reposición de lámparas y mano de obra.
Menor costo de mantenimiento general por fallas en accesorios (ej. cables y zócalos)
calcinados.
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