EO_495

XVI Lighting LIGHTING 26 - GIUGNO/LUGLIO 2021 I diodi a emissione di luce, più noti come LED, hanno ormai soppiantato la maggior parte delle altre tecnolo- gie di illuminazione. Grazie alla loro versatilità, bassi co- sti ed efficienza, i LED sono ormai usati in qualsiasi tipo di applicazione nei casi più disparati: indicatori di stato, backlight per display LCD, illuminazione tradizionale o di atmosfera sono tutti ambiti in cui ormai è più conve- niente (sia economicamente che tecnologicamente) im- piegare LED piuttosto che fonti di emissione luminosa classica. Vediamo quali sono le caratteristiche dei LED che hanno imposto questa tecnologia come standard per le fonti luminose, e le relative tipologie di applicazione. Fisica del LED Il LED (Light Emitting Diode) è un componente elet- tronico attivo a semiconduttore che pone le sue basi sul diodo. Letteralmente LED significa “diodo a emissione di luce”, questo per sottolineare come la tecnologia in esame non è altro che una giunzione P-N con caratteri- stiche geometriche e fisiche studiate ad-hoc per sfruttare l’effetto dell’elettroluminescenza dei semiconduttori. Infatti, polarizzando direttamente una giunzione P-N con una tensione adeguata, maggiore della tensione di soglia (o di forward), le cariche nei pressi della giunzio- ne si spostano di livello energetico in livello energetico; quando lacune ed elettroni si ricombinano, se l’ener- gia rilasciata è sufficientemente elevata, saranno emessi dei fotoni, la cui frequenza (quindi colore) e intensità luminosa dipendono dalle carat- teristiche fisiche del materiale e dal livello di tensione applicato ai capi del dispositivo. Questa è la base del funzionamento dei LED colorati, che permettono agli ingegneri di utilizzare questi componenti nei più svariati modi possibili e sfruttarli in una moltitudine di applicazioni. Oltre al colore della luce emessa, anche la ten- sione di soglia minima che innesca il flusso di corrente dipende dal tipo di semiconduttore di cui è composto il dispositivo; i materiali più utilizzati per la realizzazione di LED sono Al- GaAs, GaAlP, GaAsP, SiC, GaN, GaP, Si e C. Pilotaggio dei dispositivi LED Il LED è un componente elettronico pilotato in cor- rente, per questo motivo bisogna sempre prevedere nel circuito di pilotaggio una resistenza di limitazione della corrente, senza la quale l’unica resistenza vista dal componente sarebbe quella interna della giunzione stes- sa; non limitando la corrente si correrebbe il rischio di danneggiare il componente, e di ottenere dei comporta- menti scostanti da un dispositivo ad un altro. In figura 1 è visibile lo schema di base per il pilotaggio di un LED. In questo circuito viene fornita una tensione positiva alla base di un MOSFET, innescando un flusso di corrente tra drain e source, mandando quindi in con- duzione il LED sul drain. Da notare, come appena detto, la presenza della resistenza di limitazione. Supponendo che la corrente di forward ottimale del componente sia I f , la tensione di soglia V th e la tensione di alimentazione del LED V in , il dimensionamento della resistenza di limi- tazione è calcolato come R=(V in -V th )/I f . Per esempio, un classico LED usato come indicatore di stato di alimenta- zione può avere V th =1,8 V e I f =20 mA; supponendo di ali- mentare il circuito con una tensione V in =5 V, la resisten- za di limitazione avrà valore R=(5-1,8)/0,02=160 Ohm. Lo schema proposto è utilizzato quando il pilotaggio avviene mediante un microcontrollore; in questo caso è sempre consigliato, infatti, adottare un transistor (o componente analogo) in grado di sopportare le corren- ti di forward dei LED: se si collegasse il com- ponente direttamente a un GPIO del micro- controllore, il rischio di danneggiamento del chip (dovuto alle correnti in gioco) sarebbe estremamente elevato. Ovviamente se c’è bi- sogno di pilotare dei LED di potenza (che possono assorbire anche più di 3 W o 5 W) bi- sognerà adottare dei driver di pilotaggio con- gruenti alla corrente richiesta. Da segnalare, a tal proposito, la linea di microcontrollori Power PSoC della Cypress, in grado di fornire direttamente nel chip anche un MOSFET di potenza, utile per pilotare LED di potenza mi- nimizzando la circuiteria a contorno. Una delle caratteristiche che hanno permes- LED: caratteristiche e applicazioni Un’analisi delle caratteristiche che hanno fatto diventare la tecnologia LED lo standard per le fonti luminose e una sintetica descrizione delle relative tipologie di applicazione Davide Di Gesualdo Alberto Di Paolo Fig. 1 – Circuito di base pilotaggio LED (Fonte: autore)