Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

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Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 18 Mar 2018 18:26

Hola.

A propósito de unas charlas con otro forero, le he dado unas vueltas al tema tan frecuente de la iluminación de vehículos con tiras de LEDs, y pondré a continuación algunas conclusiones sobre posibles circuitos que saquen provecho del sistema. Sobre esta cuestión ya se ha escrito, y yo mismo recuerdo haber incluido comentarios.

Como siempre, serán bienvenidas todas las opiniones que aporten algo sobre el tema, añadiendo, modificando, corrigiendo...

Lo primero debe ser conocer las características de las tiras con las que se vaya a trabajar. Supondré que son de LEDs blancos; previstas para funcionar a 12 V, a pleno rendimiento, lo que genera una intensidad luminosa totalmente irreal para un modelo. Cada sección de estas tiras está formado por tres LEDs conectados en serie y con una resistencia de 150 ohmios.

Tiras-1.png

He utilizado una sola para estimar el nivel de iluminación adecuado y con una fuente de alimentación variable obtuve la siguiente gráfica:

Tiras-3.png

Si se utiliza un alimentador de corriente continua de 9 ó 12 V o una simple pila de 9 V, varias resistencias y un polímetro, con el circuito siguiente puede medirse la intensidad de la corriente para el nivel de iluminación preferido por cada uno:

Tiras-2.png

Para mi gusto particular esa intensidad es del orden de 1 mA. Puede medirse también la tensión en la tira, que este caso es de unos 8'2 V, coincidiendo con la gráfica anterior; unos 2'7 V en cada LED.

Adelanto ya el documento en pdf donde resumo lo que iré comentando aquí.

Saludos,

Germán
ILUMINACIÓN DCC MEDIANTE TIRAS DE LEDS.pdf
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 18 Mar 2018 18:51

...continúo con el tema...

El circuito al que se recurre habitualmente es: puente de diodos, condensador electrolítico de refuerzo y resistencia limitadora:

Opc-1.png

Y casi siempre será más que suficiente para el propósito de que se trata. Pero si damos un poco de juego al razonamiento, sin mucho esfuerzo podemos ver que:
- en primer lugar, con varios vehículos, la conexión de la central puede detectar cortocircuito debido a los condensadores descargados (esto es de sobra conocido)
- en segundo lugar, el condensador se carga a la tensión que suministre la central, y según norma, puede tener picos de hasta 22 V; luego la de trabajo debe ser de 25 V.
- otro detalle es la propia situación de los componentes que implicará cierto cableado.

Las dos primeras cuestiones las mejoramos simplemente cambiando de sitio el condensador y la resistencia:

Opc-1a.png

Ahora el condensador estará a la tensión que hayamos previsto para la tira; en el supuesto inicial, de menos de 9 V, lo que permite utilizar condensadores de mayor capacidad. El aspecto negativo es que al cargarse a una tensión próxima al mínimo de la tira, la persistencia de la iluminación en caso de mal contacto rueda-raíl podría ser breve.

El compromiso es descomponer la RLIM en dos en serie:

Opc-1b.png

Con este circuito el condensador se cargará a una tensión inferior a VDCC pero superior a la mínima necesaria para la tira de LEDs.

Ahora bien: Es muy importante tener en cuenta que esta solución exige tener asegurada por completo la conexión de la tira al condensador. De lo contrario, el condensador se vería conectado al VDDC a través de Rlim, y al ser VDCC superior a su tensión de trabajo, podría incluso explotar.

Una cuestión que tiene su importancia es el valor de VDCC que aplica la central a las vías. Después de consultar las normas NMRA y navegar un buen rato está claro que eso no está claro. En mi caso con el transformador del multiMaus de Roco tengo en la vía algo más de 18 V. Se puede medir de manera aproximada para cada caso con el polímetro:

Tiras-4.png

y ahora viene el hacer algún cálculo...
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 18 Mar 2018 19:09

Para solventar esta dificultad de conocer la tensión DCC en la vía, se puede añadir una protección al condensador: un diodo zéner que limite el valor de la tensión entre los terminales del condensador:

Opc-1c.png

Así vamos a hacer un supuesto para clacular las resistencias adecuadas:
- suponemos VDCC = 16 V, que puede ser el mínimo que suministre la central (en H0).
- utilizamos un zéner de Vz = 10 V 400 mW
- la longitud de la tira a emplear es de cinco tramos, que en las condiciones comentadas consumiría 5 mA con una tensión VT = 8'2 V

Ahora aplicando la ley de Ohm para calcular R2: R2 = (VZ – VT) / IT = (10 -8’2) / 5 = 0’36 KΩ (330 ó 390 Ω)

Igualmente, para clacular R1: R1 = (VDCC – VZ) / IDCC = (16 – 10) / 5 = 1’2 KΩ

Si ahora cambiamos de central o visitamos otra maqueta con nuestro material, cuya VDCC pueda ser superior; por ejemplo VDCC = 20 V, por R1 circularía:

IDCC = (VDCC - VZ) / R1 = (20 – 10) / 1’2 = 8’33 mA

de los cuales 5 mA circulan por los LEDs, y los otros 3'33 restantes a través del diodo zéner, que tendría que disipar una potencia de solamente VZ x IZ = 10 x 3’3 = 33 mW.

Así se puede calcular cualquier otra condición particular.

...
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Jose » 18 Mar 2018 19:27

Muy bien explicado y comprendido por mi parte.

Buen articulo sobre iluminación interior.

Un saludo y gracias.



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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 18 Mar 2018 19:32

SEGUNDA OPCIÓN

Ahora, todavía se puede mejorar un poco el tema de la instalación física del circuito: si se trata de vehículos largos de bogies, con tomas de corriente de un carril en uno de los bogies y del otro carril en el otro bogie, se puede construir el mismo circuito anterior pero empleando dos "medio puente" de diodos...

Opc-2.png

...que se presentan como D1-D4 por la izquierda y D2-D3 por la derecha. El cableado se simplifica porque los dos polos de la tensión rectificada ya son los mismos de la tira. El esquema de la parte inferior es el mismo pero mostrando más claramente (espero) cómo está configurado el puente de diodos.

Los dobles diodos se presentan en formato smd, ahorrando espacio, y son muy económicos para las corrientes manejadas. Por ejemplo:

Doble diodo.png

Además se ve perfectamente cómo se pueden emplear dos condensadores (en su sitio habitual: los aseos). La resistencia limitadora RLIM se sitúa en cualquier parte del cableado siempre que quede en serie con la alimentación global. Y puede estimarse experimentalmente (entre 1 KΩ y 2K2...).

Y por las mismas razones que ya se comentaron anteriormente, será preferible descomponerla en dos:

Opc-2a.png

Y si no se quieren hacer cálculos, se podrá sustiruir RL por la mitad de su valor con el mismo para R1 y R2 también, siempre que los condensadores tengan una tensión de trabajo de, al menos, 16 V, por seguridad (además de asegurarse de que el circuito está perfectamente conectado siempre antes de aplicar la tensión de la central, como ya se dijo.

Podrían conectarse diodos zéner como en el circuito anterior.
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor PRORENFEH0 » 18 Mar 2018 19:37

Leches German eres un crack tomo nota de todo para cuando tenga que iluminar mis coches de viajeros -derisive -derisive


Saludos [|:-{))
Es tu Actitud no tu Aptitud la que determina tu Altitud :-)
orange, no gracias

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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 18 Mar 2018 19:46

Olvidé mencionar una particularidad del circuito y es que cada condensador se carga principalmente en uno de los semiciclos; por ejemplo, cuando Vía J es positiva respecto a Vía K (conducen D1 y D3) se carga directamente C1 (y C2 a través de R1+R2) y en el semiciclo contrario (conducen D2 y D4) se carga directamente C2 (y C1 a través de R1+R2). Y en los fallos de contacto se descargan simultáneamente, cada uno a través de su resistencia R1 o R2.

TERCERA OPCIÓN

Otra modificación del circuito básico que tiene su interés: cortando una de las pistas de la tira por un punto intermedio se separa en dos partes, cada una de las cuales estará reforzada por su condensador:

Opc-3.png

La particularidad de este circuito es que sólo una parte está alimentada en cada semiciclo. Cuando Via J sea positiva frente a Vía K, la corriente circulará a través del diodo D1, la sección izquierda y el diodo D3, mientras que en el semiciclo contrario la corriente circula a través del diodo D2, la sección derecha y D4. Esta particularidad hace que la corriente consumida en los dos semiciclos sea menor que en las opciones anteriores.

Ahora bien, si el número de secciones de tres LEDs no es el mismo en cada parte, la resistencia limitadora única haría que una de ellas luciera algo más que la otra. Más que un inconveniente, puede ser interesante para algunos casos, como, por ejemplo, coches mixtos cafetería-departamentos donde la cafetería pueda tener un nivel de iluminación superior. O bien pueden emplearse dos resistencias limitadoras: una en la rama del diodo D1 y otra en la del opuesto D2, calculadas cada una de ellas en función de la corriente necesaria:

Opc-3a.png

...o bien tanteando hasta dar con la combinación deseada (que a estas alturas ya será fácil de controlar).
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 18 Mar 2018 20:04

OTRAS OPCIONES

Finalmente aún puede mejorarse el rendimiento con una instalación sencilla y simplificada, si se emplea un solo diodo rectificador en lugar del puente de diodos supuesto hasta ahora:

Opc-4.png

La característica es que sólo se consume corriente durante el semiciclo en que el diodo D1 esté polarizado en directo, reduciendo el consumo de la instalación y el número de componentes. Para los bajos consumos manejados es adecuado el diodo 1N4148.

Y ya podemos suponer que el formato preferible para el circuito incluye otra resistencia R para posibilitar el empleo de un condensador de tensión de trabajo reducida que permite una mayor capacidad para el volumen de espacio disponible.

Opc-4a.png

Esta resistencia R puede calcularse matemáticamente o experimentalmente. El voltaje rectificado VDCC de este modo tiene un valor algo inferior al del caso del puente de diodos. En caso de optar por estas modificaciones los voltajes podrían medirse con el polímetro (esto tan nuestro de esquivar los cálculos siempre que sea posible...) y no sólo es válido, sino que nos da la garantía de que no cometemos errores. Aunque igualmente puede conectarse un diodo zéner en paralelo con el condensador, etc...

Como he procurado no extenderme demasiado (!) alguna cuestión puede quedar confusa; atenderé encantado a cuantas consultas queráis realizar. Y como he dicho al principio son bienvenidas todas las aportaciones que puedan mejorar o simplificar, o corregir algún error que se me pueda haber escapado.

Gracias y saludos a todos.

Germán
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Campero » 18 Mar 2018 22:48

Excelentes explicaciones.
Gracias


Amamé cuando menos lo merezca, tal vez sea cuando mas lo necesite (anomimo)

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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Carloslmp » 19 Mar 2018 00:05

Magnifico trabajo, muy didactico y muy bien explicado. Muchas gracias -good


Gracias por participar en el foro

http://www.carlosmurillo.es

ANT
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor ANT » 07 Abr 2018 18:42

Buenos días Germán,
interesante post acerca de los LED para iluminación de vehículos. Sin embargo me he perdido un poco por el camino con tantos cálculos. Aún así te sugiero que eches una ojeada a algunos de estos videos que puede aportar algo de luz a algunos de los problemas que planteas:
- intensidad luminosa. (se puede resolver con el dimer regulador)
- resistencias (vienen incorporadas en la miniplaca, de modo que puedes trabajar con voltajes de 5v-24v)
- condensadores para evitar cortes (en este caso si no los llevan, se pueden incorporar)

MINI DIMMER DIGITAL PARA TIRA LED
Es suficientemente pequeño como para poder esconderlo en algunos vehículos. En principio guarda memoria de la última orden, aunque no sé durante cuánto tiempo. El precio es asequible, unos 2,50€ el manual, i 5€ con RF para programar externamente.
Podràs usarlos tanto para interior de vehículos, como para otros "efectos", por ejemplo luz de cola con destellos si usas LED's rojos monocolor. O incluso para iluminación de edificios.
También los puedes encontrar para LED's RGB(Red,Green,Blue) que te permite cambiar la tonalidad o color de la luz.
En todo caso para vehiculos con luz blanca,puedes usar tira Led monocolor White Warm (simula luz incandescente amarillenta) o White Cold (luz fria tipo fluorescente para vehiculos modernos)
Imagen
Imagen
https://www.youtube.com/watch?v=yYgy_exYA44
https://www.youtube.com/watch?v=y4rp5h_RKiY

encontraràs mucha más información en vídeos y páginas Web.



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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor Rfe7747 » 08 Abr 2018 12:19

Hola ANT.

Gracias por la información. Desconocía estos controladores y veo por su tamaño que cabrán sin problema en coches H0. Hoy las ciencias adelantan que es una barbaridad como ya decían en la zarzuela, y ya vemos realizado cualquier cosa que se nos ocurra.

Veo en el vídeo, aunque no entiendo el inglés, que pueden programarse para obedecer a uno o varios mandos, cosa que es muy interesante también.

No obstante también aprecio algunos detalles: el precio por coche se incrementa respecto a las tiras con puente rectificador o diodo típicos y por otra parte los efectos programables se aplican, en general, una sola vez, cosa que se consigue con una simple resistencia; además en alguna página he visto que el consumo en standby es de 0'5 w; es decir, de unos 40 mA (suponiendo que se refiera a 12 V).

No obstante el sistema es muy interesante y te agradezco que nos lo hayas dado a conocer.

Un saludo,

Germán



ANT
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Re: Iluminación DCC mediante tiras de LEDs

Mensajepor ANT » 09 Abr 2018 01:13

Hola Germán,
Los pros y contras los encontraremos en todos los productos, y en cada caso habrá que valorar qué nos beneficia más.

En principio la instalación y los cálculos parecen más fáciles, solo 4 cables, aunque sería mejor cambiar el cableado por otro de menos calibre o diámetro, puesto que no vamos a alimentar 5m de tiraLEDs y ocuparà menos espacio. También se puede eliminar la funda blanca y así reducir espacio. Además puedes usar los LED 5050 o los 3528 sin tener que recalcular ningún valor.

El precio que he puesto es orientativo estándar, pero si buscas puedes encontrar los RF a 1,50€ aprox. en los chinos de Aliexpress (ejemplo), si pides 10 o 15 solo te cobraran 1 envío.

Puedes tener 3 o 4 convoys en vía muerta, sin necesidad de tener las luces encendidas todo el día. El mismo convoy con 4 o 6 coches, se podrían encender o apagar con un mismo mando. Si cambias los coches a otro circuito donde el voltaje sea poco más superior o inferior, podrás corregir la intensidad lumínica con el mismo mando sin problema.

En programación, pulsando + y – al mismo tiempo, se sincronizarán todos los receptores con corriente, con ese mando. Por ese motivo todos los demás deberán estar sin enchufar en un radio de 15m en el momento de programar.

En cuanto al consumo en Standby, no tengo ninguna referencia. Puede ser 0,5w, pero diría que menos, teniendo en cuenta que un TV o DVD están entre 2-4w de normal.

En fin, es una opción a estudiar y tener en cuenta antes de “cerrar” el vagón.

saludos,
Antoni




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