terça-feira, 25 de julho de 2017

Lâmpada de LED queimou: baixa qualidade ou erro de projeto?

Último final de semana estive na casa de uma amiga e vi uma lâmpada de LED dessas comuns de 15W queimar. Fiquei intrigado, afinal, uma das maiores propagandas destas lâmpadas são, depois do seu baixo consumo, a sua vida útil. O que teria feito ela queimar tão precocemente? Curioso, peguei a lâmpada e abri. Dentro, algumas surpresas.
Vamos começar pelo básico: a foto a seguir mostra o circuito da lâmpada depois que removi tudo de dentro do invólucro e soldei alguns fios de volta.


A primeira coisa que se observa ao abrir a lâmpada é uma MCPCB com vários LEDs SMD soldados à ela. 


Dois LEDs foram substituídos por um curto de solda (bem na esquerda). Quando abri, os LEDs estavam escurecidos por dentro, e ao testar com um multímetro, verifiquei que ambos estavam abertos. Então removi eles, substituí ele por um curto para reestabelecer a continuidade do circuito de LEDs. Quando alimentei esta placa com 24V, os LEDs acenderam fracos, mas acenderam, excetos cerca de 6 ou 8, que quando testados, se mostraram em curto. Resolvi então analisar o circuito da outra placa antes de religar tudo e ver se funcionava. 


A princípio, eu acreditava que o circuito fosse uma fonte de tensão constante, semelhante aos carregadores de celular. Vindo da China, seria uma possibilidade de circuito: uma fonte de tensão constante com saída próxima da queda de tensão dos LEDs: design simples, barato e que duraria de forma aceitável, mesmo não sendo a forma ideal além de reduzir a vida útil dos LEDs. Olhando a parte de baixo da placa, achei um CI, uma ponte retificadora, um diodo retificador, um capacitor cerâmico e alguns resistores.


O CI é o BP2833A. Pesquisando na internet, foi fácil achar seu datasheet. Ele é um driver de corrente constante na topologia buck. O circuito sugerido pelo fabricante é o seguinte:


Olhando a placa, percebemos que o circuito da lâmpada segue o esquema sugerido, exceto pelo acréscimo de um resistor de 68 k em paralelo com os LEDs e pelo fato dos pinos 6 e 7 não estarem sendo utilizados.. A ponte retificadora é uma MB10F, com capacidade de 0,5 A e tensão de pico repetitiva de 1000 Volts. O diodo usado é um ES1J, também para 1000 V porém com corrente direta de até 1 A. O capacitor da entrada, responsável por retificar a tensão da rede é um AISHI de 10 uF para 400 V, com temperatura de operação de 105 °C. O de filtro para os LEDs é da mesma marca, de também 10 uF para 200 V e mesma temperatura de operação do outro. Havia ainda um resistor na entrada servindo de fusível (alternativa barata e compacta mas que funciona).
Ao juntar as duas partes novamente após ter substituído os LEDs abertos por um curto, a lâmpada funcionou. Mas aí fica a dúvida: o que causou a queima dos LEDs? O Circuito foi feito conforme sugerido pelo fabricante do CI, os componentes foram bem dimensionados. Seriam culpa dos LEDs possivelmente de baixa qualidade? 
Resolvi voltar e analisar a placa que contém os LEDs. Utilizando uma luminária de mesa, consegui ver as trilhas em relevo sob a máscara branca que cobre a placa. o que achei foram 30 LEDs dispostos em 15 arranjos em série de 2 LEDs em paralelo. Aí tudo ficou claro.



Colocar diodos em paralelo é algo mais complicado do que parece. Embora na teoria eles tenham uma queda de tensão fixa, na prática ela muda com a temperatura, corrente que circula por ele e até mesmo por impurezas na hora da fabricação. Ao ter dois LEDs em paralelo com quedas de tensão diferentes, a corrente passa a circular mais por um do que pelo outro. Como eles apresentam baixa resistência interna, a corrente que circula por eles pode ser muito maior do que a nominal mesmo para pequenas diferenças de tensão. Se você pesquisar na internet, verá bastante exemplos de como colocar diodos em paralelo é algo problemático. Como temos arranjos de dois LEDs em paralelo, bastou um deles queimar por excesso de corrente para que o outro recebesse o dobro de corrente, queimando também (olhe no esquema acima para entender). 
Que conclusão tirar: embora o projeto tenha sido bem feito, com uma boa qualidade construtiva (eu diria até muito boa se tratando de um produto chinês), a decisão de colocar LEDs em paralelo foi jogar roleta russa com a física. O problema é que para contornar isto, ou deveria ser usado uma fonte de tensão constante com resistores limitadores de corrente para duas sequências em paralelo de 15 LEDs em série ou duas fontes de corrente separadas para cada sequência de 15 LEDs em série. A primeira solução derruba a eficiência do circuito, e a segunda, ocuparia bem mais espaço e aumentaria consideravelmente o custo de produção. Fica claro que, para quem projeta circuitos procurando minimizar custos, colocar os LEDs em paralelo foi a saída mais sensata. 


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