El microcontrolador MSP430 crea ambiente

sobre el terreno
led de potencia
LED RGB para luz am
El microcontrolador MSP430 crea ambiente
Por Dirk Gehrke y Christian Hernitschek
En el sector de la iluminación se utilizan cada vez con mayor frecuencia los denominados
High-Brightness-LED. A continuación, presentamos una lámpara de luz ambiente
cuyo montaje precisa un número reducido de componentes. Cada uno de los tres
LED recibe una corriente constante a través de un regulador de conexión.
La regulación del brillo corre a cargo de un microcontrolador MSP430 en
forma de generador de señales PWM (modulación de duración de impulsos)
triple. La placa de circuito impreso puede montarse, por ejemplo, en una
lámpara de sobremesa con un cuerpo de vidrio congelado o como
proyector de LED para conseguir una iluminación indirecta.
Con independencia de su potencia, hoy
en día los LED funcionan, por lo general,
con corriente constante. El motivo de que
esto sea así es que el rendimiento luminoso (medido en lúmenes) es proporcional al flujo de corriente. Por lo tanto,
todos los fabricantes de LED especifican
parámetros, tales como el rendimiento
luminoso (también llamado rendimiento
óptico), el ángulo de emisión y la longitud de onda, con independencia de la
corriente directa IF y no, como podríamos suponer, tensión directa VF. Por esa
razón, en nuestro proyecto también incluiremos reguladores de corriente constante que cumplen este requisito.
Advertencia sobre
los LEDs luminosos
No mire nunca directamente a los LED.
Los LED que emiten luz muy brillante no
sólo resultan incómodos, sino peligrosos
para los ojos, ya que pueden dañar la retina. Por este motivo, recomendamos dirigir
la placa con los LED únicamente hacia una
pared blanca para lograr una iluminación
indirecta.
52
Alimentación estable para
High-Brightness-LED
La mayor parte de los convertidores conmutados disponibles en el mercado han
sido concebidos para funcionar como
fuentes de tensión constante y no como
fuentes de corriente constante. Para poder
utilizar un convertidor de este tipo como
fuente de corriente constante, resulta necesaria una pequeña modificación de conexión fácil de entender. En lugar del potenciómetro utilizado habitualmente para
la fijación de la tensión de salida se utilizará un resistor de precisión para corriente,
cuya caída de tensión determina el flujo
de corriente. La Figura 1 reproduce la
conexión de forma simplificada.
Atenuación de la intensidad de los LED
En principio, los LED se pueden atenuar
de dos maneras distintas. La primera y
más sencilla es una regulación analógica
en la que el flujo de corriente a través del
LED varía: una corriente menor significa
una menor luminosidad. Sin embargo,
este planteamiento presenta dos graves
inconvenientes. Por un lado, la luminosidad del LED no es proporcional al flujo
de corriente que pasa a través del LED y,
VOUT = VFB R2 + R1
R2
+5V
VIN
SW
2µH2
IF =
VOUT
+5V
VIN
R1
MODE
DRV
GND
GND
22µ
IF
2µH2
LED
MODE
TPS62260
EN
SW
VFB
RFB
FB
PwPd
TPS62260
VFB
EN
R2
DRV
GND
4µ7
GND
22µ
FB
10k
VFB
PwPd
1W
RFB
4µ7
070892 - 11
Figura 1. Convertidor conmutador configurado como fuente de tensión o fuente de corriente.
elektor, electronics worldwide - 02/2008
mbiente
por otro, la longitud
de onda emitida por el
LED cambia y, por lo tanto, también lo hace el color
cuando más disminuye el flujo de corriente (en relación con
la corriente nominal especificada
que pasa a través del LED). Estos dos fenómenos no suelen ser muy apreciados.
La manera algo más compleja de regular
la luminosidad se realiza a través de una
fuente de corriente constante que regula
el LED con una corriente nominal especificada. Con ayuda de un circuito adicional, y una activación y desactivación rápidas del LED aplicando la tasa de impulsos
correspondiente, podemos conseguir que
éste emita de media menos luz, lo que
ópticamente se percibe como un valor de
luminosidad inferior. Al modificar la tasa
de impulsos se puede regular fácilmente
la luminosidad del LED. Este método se
conoce como modulación de duración de
impulsos (en inglés PWM = Pulse Width
Modulation).
Atenuar con PWM
Con ayuda del regulador de conexión
TPS62260 se pretenden mostrar, en forma de ejemplos, diferentes posibilidades para la implantación de la técnica
de PWM. El TPS62260 es un convertidor
reductor con elementos de conmutación
integrados y una frecuencia de reloj de
+5V
VIN
Si2302ADS
SW
PWM
LED
MODE
TPS62260
100k
EN
DRV
GND
FB
10k
VFB
1W
PwPd
10k
< 100Hz
< 50kHz!
10
2
PWM
GND
TS4148RY
070892 - 12
Figura 2. Tres posibilidades para la ejecución de la función de atenuación.
02/2008 - elektor, electronics worldwide
10k
PWM
< 5kHz
2,25 MHz (habitualmente).
En el circuito representado en negro que
aparece en la Figura 2, la señal PWM
llega al Pin EN habilitado para, con ayuda
de la tasa de impulsos, activar y volver a
desactivar el convertidor conmutado. Con
esta técnica, y en condiciones de laboratorio, es posible conseguir una frecuencia de
atenuación de hasta 100 Hz. La ventaja
de esta regulación es el escaso número de
componentes adicionales necesarios para
la función de atenuación. Además, se trata de la ejecución que ofrece la mayor eficacia energética, dado que, en las pausas
de conexión, el convertidor conmutado no
muestra prácticamente ningún consumo
de energía propio. El inconveniente reside
en que, al aplicar una tensión en el PIN
habilitado, el LED reacciona con retardo.
Esto se debe a que, debido a la función de
arranque suave, el regulador de conexión
se activa con un cierto retardo.
Tras el arranque, la corriente de salida
sube como un cohete hasta que alcanza el
valor nominal de la corriente del LED. Esta
subida puede generar problemas en algunas aplicaciones, dado que en caso de
que la corriente aumente lentamente desde el valor mínimo hasta el valor nominal también se produce un cambio en la
longitud de onda emitida por el LED. Esto
puede provocar problemas, por ejemplo,
53
led de potencia
+3V3
sobreexcitar la entrada de amplificador
de error y, de esta manera, desconectar
el LED. Dado que, en caso de atenuación,
este circuito no necesita pasar por el retardo de conexión de la entrada habilitada ni tampoco por el tiempo de inicio del
arranque suave, el LED puede conectarse y desconectarse rápidamente. De esta
manera, en este circuito el cambio de longitud de onda descrito anteriormente en
caso de una corriente que aumenta a un
ritmo lento es sumamente pequeño. Además, la frecuencia de atenuación en condiciones de laboratorio pudo aumentarse
hasta los 5 kHz.
La tercera posibilidad aparece representada en la Figura 2. En este caso, la señal PWM se conecta un transistor MOSFET conectado en paralelo al LED. Este
MOSFET puentea el LED y permite una
conexión/desconexión aún más rápida
del mismo, dado que el regulador funciona en corriente continua, teniendo en
cuenta que la corriente constante fluye a
través del LED o del MOSFET. Algunos
inconvenientes de esta solución son, por
ejemplo, los costes adicionales del MOSFET y una menor eficacia, dado que la
energía disipada de 180 mW en el resistor de precisión de 2 Ω es permanente. La
ventaja es la alta velocidad de conexión.
En condiciones de laboratorio, con el re-
+3V3
+3V3
+3V3
JP1
R5
47k
C2
100n
JP2
23
C3
VCC
5
10n
6
7
8
10
11
ENCODER
R1
24
4
3
22
TEST
U1
P2.0/ACLK/CA2
P1.7/TA2/TDO/TDI
P2.1/INCLK/CA3
P1.6/TA1/TDI/TCLK
P2.2/CAOUT/TA0/CA4
P1.4/SMCLK/TCK
P2.4/TA2/CA1
P1.3/TA2
P2.5/CA5
P1.2/TA1
XIN/P2.6/CA6
P1.1/TA0
XOUT/P2.7/CA7
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
21
20
18
P1.5/TA0/TMS
P2.3/TA1/CA0
17
16
NET-DIMM_LED1
15
NET-DIMM_LED2
14
NET-DIMM_LED3
13
P1.0/TACLK
NET-EN
MSP430F2131IRGE
R4
R6
PwPd
100k
VSS
100k
100k
R3
NMI/RST
1
2
070892 - 13
Figura 3. Circuito del módulo de control con el microcontrolador MSP430 y del conector JTAC (JP1), del conector EZ430 (JP2) y del transmisor
de impulsos incremental (R1).
en rojo en la Figura 2) la señal PWM se
conecta desacoplada a través de un pequeño diodo de señal débil a la entrada
de amplificador de error del TPS62260.
De esta manera, al aplicar una tensión
positiva de 600 mV o superior se puede
en la regulación de los LED de un proyector DLP o en el caso de la retroiluminación
con LED de un televisor LCD. En el caso
del circuito creado como ejemplo, el efecto no es apreciable a siempre vista.
En la segunda alternativa (representada
TP12
+5V
2
Vin
4
C12
C13
22µ
4µ7
VIN
SW
1
L11
U11
TPS62260
DRV
GND
FB
3
2
6
Vin
R11
4
10k
PwPd
R12
C11
7
VIN
D14
1
600mV
MODE
EN
5
C22
C23
22µ
4µ7
2Ω
5
TP22
+5V
Rojo
rot
SW
U21
TPS62260
EN
DRV
GND
FB
R21
3
10k
PwPd
7
4µ7
TP23
TP21
D13
R13
NET-DIMM
_LED1
10k
NET-EN
TS4148RY
TP32
+5V
2
Vin
4
C32
C33
VIN
SW
DRV
GND
TS4148RY
+5V
FB
3
R2
J1
R31
R32
C31
7
4µ7
3
4µ7
R12, R22, R32 = 2Ω
300mA
R12, R22, R32 = 1Ω69
350mA
TP33
TP31
R33
D33
10k
NET-EN
330 Ω
2
1
10k
PwPd
+3V3
Vin max < 6V
600mV
TPS62260
EN
D34
1
NET-DIMM
_LED2
10k
NET-EN
Azul
blau
L31
U31
MODE
6
22µ
1
D23
R23
C4
D1
C1
2Ω
5
R22
C21
TP13
TP11
D24
1
600mV
MODE
6
4µ7
Verde
grün
L21
1
2Ω
sobre el terreno
22µ
4µ7
BZX84-C3V3
NET-DIMM
_LED3
TS4148RY
070892 - 14
Figura 4. Módulo de conexión con los tres reguladores de conexión como fuentes de corriente constante y el elemento estabilizador independiente de 3,3 V.
54
elektor, electronics worldwide - 02/2008
Breve historia del LED
nico de aplicaciones. Precisamente sobre esto se investiga y desarrolla
desde hace más de 40 años.
La historia de los Light Emitting Diodes (LED), también llamados diodos
luminiscentes o, por lo general, diodos de luz, comenzó en 1962 en la
empresa General Electric (GE). Dicha empresa fabricó a escala comercial
y distribuyó el primer LED rojo. Sin embargo, los clientes tuvieron que
conformarse con un rendimiento luminoso bastante pobre. Un LED de
aquella época lograba un rendimiento luminoso de tan sólo 0,1 lm/W,
lo que corresponde a una eficacia del 0,1 %. La materia prima utilizada
para la construcción de aquellos LED era un cristal mixto compuesto por
arseniuro de galio y fosfuro de galio. Desde entonces el mercado de los
LED ha evolucionado enormemente. Muchos otros fabricantes han comenzado a desarrollar la técnica de los LED con el objetivo de aumentar
de forma continua la luminosidad de los mismos sin incrementar a la vez
el consumo de energía.
Para poder utilizar un diodo luminoso como fuente de luz a gran escala
hubo que aumentar aún más tanto la eficacia como la resistencia tanto
eléctrica como térmica. Al mismo tiempo, la idea era reducir considerablemente el precio de los LED para poder utilizarlos en un amplio aba-
gulador de conexión TPS62260 se logró
en esta configuración una frecuencia de
atenuación de hasta 50 kHz (!).
Conexión práctica
El elemento principal del circuito (Figuras 3 y 4)) es el microcontrolador MSP430F2131, que está programado como
un generador PWM triple y es el encargado de evaluar el transmisor de impulsos
incremental (R1). El transmisor de impulsos incremental se utiliza para seleccionar,
a partir de una tabla, las tasas de impul-
El rendimiento luminoso de los LEDs disponibles hoy en día en el mercado ha aumentado en 20 lm/W, en algunos casos incluso en 40 lm/W.
Esto equivale a una eficacia del 5 % y del 10 %, respectivamente. Esta
eficacia es claramente superior a la de la bombilla convencional de Edison. Dicha bombilla ofrece un rendimiento luminoso de aprox. 10 lm/W,
lo que equivale a una eficacia de tan sólo el 2%. Los LED muy luminosos
superan hoy en día a las lámparas halógenas (aprox. 25 lm/W) y seguramente dentro de poco también a las lámparas de ahorro de energía
(aprox. 60 lm/W).
sos de los LED rojo, verde y azul. La señal PWM generada de esta manera estará
disponible en las salidas TA0, TA1 y TA2 y
se emite con una frecuencia de impulsos
de aprox. 122 Hz. De esta manera se garantiza que la apreciación óptica de los
LED no sea un parpadeo, dado que el ojo
humano combina los impulsos individuales hasta extraer un valor medio.
Para la ejecución práctica del control de la
PWM se optó por la alternativa representada en rojo en la Figura 2, ya que se trata de una buena solución intermedia en-
Generación de impulsos
Los microcontroladores MSP430 disponen de distintas fuentes de impulsos integradas. De esta manera, en el caso del software del MSP430 se
puede elegir entre osciladores con cristal de cuarzo externo y osciladores
RC completamente integrados. Para que los costes del circuito no se dispararan, prescindimos de componentes externos y utilizamos el oscilador
RC integrado y calibrado. El término “calibrado” significa que los pa-
Realización de una PWM triple
El módulo “Timer_A” del microcontrolador MSP430 está compuesto por
un contador y por varias unidades Capture&Compare. La frecuencia de
las señales de PWM generadas se define por la superación de la capacidad del contador. Dado que el contador del Timer_A es un contador de
16 bits, la frecuencia de la PWM es la siguiente:
fPWM = fInput = 8 MHz = 12
216
65536
fPWM : PWM - Frecuencia_Señal
fInput : Frecuencia Timer_A - Frecuencia de Entrada
Si repetimos este cálculo con las frecuencias mínima y máxima calculadas anteriormente, obtendremos la desviación máxima de la frecuencia
de la PWM.
119 Hz< fPWM < 125 Hz
02/2008 - elektor, electronics worldwide
Hoy en día, es posible conseguir LED a precios razonables y con un rendimiento luminoso respetable, tales como el de Osram Opto Semiconductors (antigua Infineon) con la denominación “Golden Dragon”, de
Lumiled (Philips Semiconductors) con la denominación “Rebel LED” y de
CREE con la denominación “X-Lamp”. Por supuesto, existen muchos otros
fabricantes de LED de alto rendimiento pero que, por motivos de tiempo,
no pudieron ser probados para este artículo.
tre el número de componentes y el rendimiento. Cada LED (rojo/D14, verde/D24
y azul/D34) está regulado por un convertidor DC/DC con regulador de conexión
TPS62260 en funcionamiento de corriente
constante. En este caso, la resistencia de
2 Ω fija la corriente nominal que pasa a
través del LED y que asciende a 300 mA.
También pueden obtenerse corrientes más
altas de hasta 1 A si, en lugar del regulador TPS62260, recurrimos al “hermano
mayor”, el regulador TPS62290, manteniendo la carcasa su forma constructiva.
rámetros de calibración que se encuentran almacenados en la memoria de información del MSP430 se copian simplemente en el registro de
control correspondiente del módulo de impulsos. Con estos parámetros
de calibración se logra una precisión de la frecuencia del oscilador RC de
±2,5 % en un rango de temperaturas de entre 0° y 85°C. La frecuencia
del oscilador RC se encuentra entre los 7,8 y los 8,2 MHz. Esta frecuencia se utiliza como fuente de impulsos para la CPU y para el contador del
módulo del Timer_A.
La generación de señales de la PWM se ayuda de las unidades de salida
(Output Units) disponibles en todas las unidades Capture&Compare. En
el caso del MSP430F2131, el módulo Timer_A cuenta con un total de tres
unidades Capture&Compare y, por lo tanto, con tres unidades de salida.
Cada unidad Capture&Compare está compuesta por un comparador digital que compara un valor (TACCR0, TACCR1 y TACCR2) ajustable para
cada unidad con el contenido del contador. Si los valores son idénticos,
la salida del comparador activa la unidad de salida, lo que hace que el
contador de la señal de salida correspondiente de la PWM se ponga a
“1”. La reinicilización de todas las señales de salida de la PWM se lleva a
cabo con ayuda del software. Cuando se supera la capacidad del contador de 16 bits se produce una interrupción. En la rutina de interrupción
todas las señales de salida de la PWM se ponen a 0 una detrás de otra.
Dado que la reinicialización de las respectivas señalas de salida de la
PWM se produce con ayuda del software, existe una restricción en los
límites de la tasa de impulsos ajustable. La ejecución de la rutina de interrupción del módulo Timer_A dura aproximadamente 100 ciclos. Por este
motivo, los valores utilizados en las tres matrices de las tablas de colores
deben oscilar entre los 100 y los 65.535.
55
sobre el terreno
led de potencia
Transmisor de impulsos incremental
La configuración manual de la tasa de impulsos de la PWM se lleva a
cabo con un transmisor de impulsos incremental (transmisor de impulsos
giratorio) con una forma constructiva similar a la de in potenciómetro.
Sin embargo, el transmisor de impulsos incremental no contiene ninguna
línea de resistencia, sino dos contactos en los que, al girar el eje, se puede
leer un código de gray de 2 bits digital. El diseño del transmisor de impulsos incremental es muy sencillo. Sobre dos anillos conductivos aislados
entre sí se ha colocado un cursor con dos contactos deslizantes. Sobre
ambos anillos se colocó parcialmente un material aislante, de forma que,
al rotar el cursor de forma continuada, funciona como un conmutador y
genera en ambos pines de salida un código de gray de 2 bits.
VCC
VCC
VCC
A
B
A
P2.3
P2.4
B
VCC
PWM1
TA1
PWM2
TA2
PWM3
MSP430F2131
Inkrementaltransmisor de
geber incremental
impulsos
La Figura superior muestra el circuito conceptual de conexión del transmisor de impulsos incremental al microcontrolador, mientras que ésta
Figura representa la señal inicial durante una rotación continuada del
transmisor de impulsos incremental.
TA0
RST/NMI
VSS
070892- 16
Ilustraciones :
Con ayuda de ambas señales A y B se puede detectar un movimiento
giratorio, así como su dirección. En el diagrama de impulsos aparecen
marcados los estados recurrentes a, b, c y d. Si en el software del MSP430
se detecta un cambio del estado “a” al estado “b”, el indicador de la tabla
de color “LEDptr” (LEDptr = LED Pointer) aumenta. Un cambio detectado del estado “b” al estado “a” tiene como resultado una disminución del
indicador LEDptr.
Un rebote entre el estado “a” y el estado “b” provocaría a un aumento y
una disminución, lo que significaría un parpadeo de los LEDs debido al
cambio en las configuraciones. Tanto por este motivo como para el ajuste
de la resolución del transmisor de impulsos incremental, al seleccionar la
matriz (de la tabla de colores) del indicador LEDptr se dividirá por cuatro.
Y, para terminar, una indicación más sobre el modo de conexión del transmisor de impulsos incremental: En el esquema de conexiones de la Figura
3, las resistencias de pull-up no están conectadas a los contactos con V
de c.c., sino con el puerto P2.2 (pin 8) del microcontrolador MSP430. Esto
Lista de materiales
Resistencias: (SMD 0603, salvo indicación
en contra)
R2 = 330 Ω
R3,R4,R6 = 100 k
R5 = 47 k
R11,R13,R21,R23,R31,R33 = 10 k
R12,R22,R32 = 2 Ω (SMD 1206)
Condensadores :
C1,C11,C13,C21,C23,C31,C33 = 4µ7 /
6,3 V, X5R SMD 0603
C2 = 100 n SMD 0603
C3 = 10 n SMD 0603
C4,C12,C22,C32 = 22 μ SMD 1210
Semiconductores:
D1 = BZX84-C3V3 SMD SOT23
RotaciónRotation
en sentido
las agujas del reloj
im de
Uhrzeigersinn
+1
+1
B
Zustand:
Estado
a
-1
b
c
d
a
-1
b
c
d
a
-1
b
c
070892 - 17
no es una contradicción, ya que el software conecta el puerto P2.2 como
salida con un nivel superior y, por lo tanto, transporta una tensión de 3,3
V (V de c.c.). Por supuesto, también se podrían conectar las resistencias de
pull-up directamente a Vc.c. (3,3 V). El puerto P2.2 estaría entonces libre
para otras funciones.
Inductancias:
L11,L21,L31 = 2,2 μH, 1,1 A, 110 mΩ,
SMD 2 mm x 2,5 mm (MIPSA2520D2R2
de FDK)
Varios:
R1 = Encoder (Bourns 3315-001)
JP1 = Conector Header para PCB de 2x7 pi-
La tabla de colores está registrada en el MSP430 en una matriz (LookUpTable). La tabla está diseñada de tal manera que ser complementada en
todo momento mediante valores de modulación de duración de impulsos
para los LEDs rojo, verde y azul. Con cada movimiento giratorio del codificador giratorio se leen los valores registrados en la matriz en sus respectivos marcadores de posición para rojo, verde y azul y se utilizan para la
generación de tres señales de salida de la PMW. En estos momentos hay
registrados 252 valores que se pueden modificar según las necesidades.
+1
A
D13,D23,D33 = TS4148 RY SMD 0805
D14 = 1W LED Golden Dragon rojo
(Osram)*
D23 = 1W LED Golden Dragon verde
(Osram)*
D33 = = 1W LED Golden Dragon azul
(Osram)*
U1 = MSP430F2131IRGE (TI)
U11,U21,U31 = TPS62260DRV SMD SON6 (TI)
Tabla de colores
56
Rotación
en sentido
contrario a las agujas del reloj
Rotation
im Gegenuhrzeigersinn
nes con carcasa de protección
JP2 = Conector de 6 pines (Samtec:
TMS-106-XX-X-S-RA)
TP11..TP13,TP21..TP23,TP31..TP33 = Test
Point, i.e. Keystone 5001
Radiador Fischer SK 477 100
Cinta térmicamente conductora Fischer
WLFT 404 R25
Placa de circuito impreso 070892-2**
*LED alternativos:
LED Lumiled REBEL junto con la placa
070892-1**
LED CREE XLAMP junto con la placa
070892-3**
**Descarga del diseño de la placa y pedidos
en www.elektor.es
Un valor decimal de 100 desactiva los LED y un valor de 65.535 los activa, lo que correspondería a una tasa de impulsos del 100%.
Al conectar una tensión de funcionamiento de 5V, el microcontrolador
MSP430 entra en modo de demostración en el que lee y emite, uno detrás de otro y en un bucle continuo, todos los valores registrados en las
matrices. Tan pronto como en el transmisor de impulsos incremental del
circuito se realice un giro se podrá configurar un valor cromático individual que posteriormente será devuelto como valor fijo en el funcionamiento en régimen continuo.
elektor, electronics worldwide - 02/2008
La señal PWM se desacopla a través de
un pequeño diodo de señal débil (D13,
D23, D33) y supera con el flanco positivo
la entrada del amplificador de error del
regulador de conexión correspondiente,
que registra una tensión crítica de 600 mV.
De esta manera, al aplicar un novel alto,
el amplificador de error es superado y el
LED se apaga. Al disminuir el flanco de
la señal PWM el convertidor se activa de
nuevo y el LED se enciende.
El circuito completo recibe alimentación
a través de una fuente de alimentación
de conexión directa de 5V/1A con tensión continua regulada. Una estabilización de tensión sencilla con una resistencia y un diodo Z reduce la tensión
de funcionamiento para el controlador
MSP430 de 5 V a 3,3 V.
El circuito se montará sobre la placa que
aparece en la Figura 5. La placa de
circuito está disponible en tres versiones
que sólo se diferencian en el diagrama
de conexiones (footprint) de los LED con
el objetivo de poder albergar las diferentes formas constructivas de los mismos. Las opciones de composición de
los LED aparecen relacionadas en la lista de materiales.
Figura 5. Placa de circuitos para el montaje de los circuitos de las ilustraciones 3 y 4. Existen tres versiones diferentes para su descarga para
poder utilizar tres tipos diferentes de LED.
Imágenes térmicas
La temperatura de funcionamiento de los
LED de alto rendimiento es extremadamente importante, ya que ésta afecta en
gran medida a la vida útil, a la tensión directa, a la longitud de onda emitida y también a la luminosidad de los LED. Cuando
más alta sea la temperatura de funcionamiento del LED, menor será su vida útil
media. Por este motivo, las dimensiones
de la placa experimental se eligieron de
tal manera que en la parte posterior de la
placa fuera posible pegar un disipador de
calor del tipo SK477100 (Fischer) con ayuda de una cinta térmica adhesiva por ambos lados. De esta manera, y en caso de
modulación total de los tres LED, la temperatura se reduce de 61º C (sin disipador
de calor) a 54º C (con disipador de calor),
teniendo en cuenta además que con el disipador de calor la distribución del calor
sobre la placa resulta mucho mejor.
Para la imagen térmica que se muestra como ejemplo, se optó por la placa
construida con LED CREE. La Figura 6
muestra de forma clara la temperatura
que alcanzan los LED cuando funcionan
sin disipador de calor (mitad izquierda de
la Figura) y con disipador de calor (mitad
derecha de la Figura).
Software
El código fuente del software para el microcontrolador MSP430 en esta aplicación
se encuentra disponible en la página web
02/2008 - elektor, electronics worldwide
57
sobre el terreno
led de potencia
63
60
56
52
48
44
40
36
32
28
24
°C
Figura 6. Imagen térmica de una placa equipada con LED CREE. A la izquierda sin refrigeración y a la derecha con disipador de calor pegado.
de Elektor para su descarga. Al principio
se registra el archivo “MSP430F21x2.h”.
En este archivo se definen todo los nombres del registro de control, así como los
nombres de los bits de control según la
descripción del MSP430. A continuación,
se determina la longitud de la tabla de
colores. En este punto se ha de tener en
cuenta que el valor del parámetro “LED_
TabLength” debe ser cuatro veces la lon-
Los autores
Ing. lic. Dirk Gehrke
Dirk Gehrke, nacido en Münster (Westfallen),
estudió Telecomunicaciones en la Universidad en la Escuela Técnica Superior de Dortmund. En 1998 comenzó a trabajar en Texas
Instruments ocupando el cargo de FAE (Field
Application Engineer) en Inglaterra, Francia y
EE.UU. Desde el año 2000, ejerce como FAE
en el ámbito de los Productos de Gestión de
la Energía en Freising. Desde enero de 2006,
y como Director de Desarrollo Empresarial, es
responsable de productos analógicos para el
área EMEA (Europa, Medio Oriente y África).
Contacto: www.ti.com/europe/csc
Futuras perspectivas
Ing. lic. Christian Hernitscheck
Christian Hernitscheck estudió Electrotecnia
(especialidad en Microelectrónica) en la Escuela Técnica Superior de Landshut. Desde 1998,
trabaja en Texas Instruments como FAE para
toda Europa siendo responsable en primera línea de los microcontroladores MSP430.
Contacto: www.ti.com/europe/cs
58
gitud de la tabla. A continuación, sigue la
tabla de colores. Para cada uno de los LED
se determina una matriz propia. El indicador “LEDptr” se utiliza para seleccionar la
configuración de la tasa de impulsos de la
PWM correspondiente a las tres salidas a
partir de las respectivas matrices de las tablas de colores (véase también el cuadro:
“Tabla de colores”).
Al comienzo del programa principal
“main” se inicializa el microcontrolador.
Aquí se desactiva el temporizador de vigilancia (watchdog timer), se cargan los
valores de calibración correspondientes al
FSB (front side bus) ajustable, se configura el módulo “Timer_A” y las entradas y
salidas digitales desmultiplexadas se inicializan en consecuencia. El bucle principal está compuesto de dos bucles “while”
(mientras). En el primer bucle “while” se
incrementa el indicador de la tabla de colores LEDptr, lo que tiene como resultado
un cambio continuo de la tasa de impulsos
de la PWM y, con ello, del color configurado. El ajuste temporal de las modificaciones de la tasa de impulsos se consigue con
ayuda de dos bucles “for” conectados uno
en otro. El primer bucle “while” se ejecutará el tiempo que sea necesario hasta que
el transmisor de impulsos incremental provoque un cambio en una de sus salidas. A
continuación, se procesa el segundo bucle
“while” que ha sido definido como bucle
continuo. Aquí, el indicador de la tabla de
colores se incrementa o disminuye en función del movimiento giratorio del transmisor de impulsos incremental.
La placa de circuitos ofrece la posibilidad de incluir funciones adicionales. De
esta manera, se previó, por ejemplo un
conector para el módulo de transmisores
del eZ430-RF2500 de Texas Instruments.
El kit eZ430-RF2500 se suministra con dos
módulos de transmisores. Uno de estos
módulos se puede equipar con un transmisor de impulsos incremental (para ello
se pueden utilizar pines de prueba del microcontrolador en el módulo de transmisores) con el objetivo de establecer una
comunicación con la placa de LED.
La placa utilizada en este caso ha sido diseñada, principalmente, como placa experimental y de evaluación. Dado que el código fuente del microcontrolador MSP430
está disponible, también se pueden llevar
a cabo otros proyectos. Los convertidores
conmutados utilizados en este caso también pueden usarse en otras aplicaciones.
¡Divertíos experimentando!
(070892e)
elektor, electronics worldwide - 02/2008