Usando LEDs em um circuito retificador de ponte

Como eu conectaria 4 LEDs para que eles funcionassem como seu próprio retificador de ponte? Eu tenho um espaço limitado (o interior de uma luminária traseira de bicicleta), então eu gostaria de usar os próprios LEDs para retificar a CA proveniente de um gerador de roda de bicicleta.

Além disso, para limitar a corrente para não exceder a corrente direta para cada LED, como eu calcularia o valor do (s) resistor (es)?

Os LEDs normalmente têm limites de tensão de ruptura reversa muito mais baixos ( Vrrm = 5 a 15 Volts ) do que os diodos de silício menores e mais baratos ( 1n4001 = 50 Volts, 1n4007 = 1000 Volts, 1n4148 = 100 Volts).

( Wikipedia )

A voltagem direta Vf, por outro lado, varia de 1,7 volts para alguns LEDs vermelhos a 3,5 volts ou mais para alguns azuis e brancos. Compare isso com um típico 0,7 Volt Vf para um diodo de retificação de silicone padrão.

Em uma configuração de retificador de ponte completa, a tensão cai 2 x Vf durante a parte de condução direta do ciclo.

Portanto, se você construísse um retificador de ponte com LEDs, a tensão de saída cairia de 3,4 a 7 Volts ou mais, em comparação com a entrada. A condução começaria muito mais tarde na parte positiva do ciclo (quando a tensão subir acima do LED Vf), em comparação com um diodo de silício. Também terminaria mais cedo. Além disso, durante a parte reversa do ciclo, dependendo do LED específico usado, é provável que o "diodo" entre bem na condução dentro da faixa de tensão de entrada.

Em outras palavras, a ponte fornecerá tensão durante uma parte muito menor do ciclo CA do que os diodos de silício e fornecerá uma tensão mais baixa mesmo assim.

Como seu objetivo parece realmente acender os LEDs, em vez de apenas retificar a tensão, a saída da ponte pode não importar, mas é útil saber.

Uma alternativa sugerida, se você deseja usar os LEDs dessa maneira específica, é conectar os LEDs conforme desejar, mas adicionar um 1n4001 ou similar barato e minúsculo, em série o resistor limite de corrente e cada LED. Os diodos não são muito maiores que os resistores discretos que você provavelmente usará.

Por que isso funciona :
Os diodos de silício bloqueiam a tensão reversa melhor do que um LED, ou seja, para uma tensão muito maior.

No entanto, permanece a recomendação de usar apenas um IC integrado de ponte de 4 derivações (unidade única de 35 centavos, 800 Volts / 1 Ampere ) e usar os LEDs como em qualquer configuração de circuito CC. O requisito de espaço não aumentará significativamente.

Em relação ao cálculo do resistor limitador de corrente :

Obtenha a tensão de pico do sinal CA do dínamo da bicicleta, usando um multímetro no modo de tensão CA de pico, se disponível, ou tensão CA RMS (mais comum em multímetros básicos) e multiplicando por 1,4142 para estimar a tensão de pico. Tudo isso enquanto pedalava o mais rápido possível com o ciclo em seu suporte.

Adicione um fator de segurança dobrando esse pico de tensão se você estiver preocupado com os LEDs queimados devido à alta tensão ao acelerar ladeira abaixo, por exemplo. Os LEDs perdoam um pouco os picos de corrente menores se forem por breves períodos - não é a sobrecorrente que mata um LED normalmente, é incapacidade de se livrar do calor gerado.

Agora, se Vmax é o seu pico de tensão ajustado à segurança, subtraia seu LED Vf (2 x Vf se você estiver indo com a ponte, 2 x (Vf + 0,7) se você adicionar os diodos de silício), para obter a tensão Vres cada resistor precisa cair.

R = Vres / I,

Portanto, conecte a corrente recomendada I para o LED de sua escolha e você terá seus números.

Os LEDs geralmente vêm em 5 mA (SMD e alguns de 3 mm), 20 mA, 25 mA ou na região de amperes (por exemplo, LEDs Osram "Golden Dragon" ). Consulte as folhas de dados apropriadas.

Como você suspeita, você pode pular completamente o retificador de ponte e fazer com que os LEDs retifiquem a corrente para você:

Quando a corrente está fluindo de uma maneira, apenas uma série de LEDs acende. Quando está fluindo para o outro lado, apenas a outra corda acende. Enquanto uma corda estiver sempre acesa, a tensão reversa na outra corda será mantida baixa o suficiente para não danificar os LEDs apagados. Como apenas uma corda é acesa por vez, apenas um resistor é necessário.

Você pode adicionar mais LEDs, até a tensão do seu gerador, em cada string, apenas verifique se há o mesmo número de LEDs em cada string (para evitar o problema de quebra de tensão reversa). Portanto, se você estiver usando LEDs vermelhos de 1,7V e um gerador de 12V, poderá ter 7 LEDs em cada string - ou apenas um LED de cada lado, se precisar de apenas um total de dois LEDs.

O cálculo do resistor é irritante neste caso devido à variação de tensão do gerador. Se não houver outras cargas no gerador (como um farol), você poderá ver algumas tensões bastante altas.

No entanto, os LEDs são bastante robustos e, portanto, você não precisa ser exato para obter um bom resultado.

Se você usar o circuito acima com dois LEDs vermelhos em cada string, e seu gerador for classificado para saída de 12V, você verá cerca de 8,6V no resistor (12 - 1,7 - 1,7) sob condições ideais. Se os resistores forem classificados para 20mA, você desejará um resistor que consome 20mA quando 8,6V estiver do outro lado. Conectando isso em lei ohms, V = IR, 8.6 = 0.20 * R, dá R = 430então você vai querer algo em torno de 430 ohms para o resistor. 470 ohms é um valor comum e é adequado para este circuito.

Quando o gerador não tem outra carga, pode gerar tensões mais altas. É provável que você esteja bem, mas se você notar que a luz traseira não está funcionando, você deve medir a tensão do gerador com um resistor de 470 ohm e conectá-la a 12V acima para determinar um valor melhor do resistor.