Caso práctico: Selección de transformador para LED

Contexto del caso

• Escenario: Caso práctico: Selección de transformador para LED
• Objetivo: Elegir un transformador y componentes asociados para encender un LED blanco a ~15–20 mA desde baja tensión aislada, rectificada y filtrada.
• Topología (resumen): Transformador 230→9 VAC → puente rectificador → condensador de filtrado → resistencia serie → LED → GND.
• Mediciones (resumen): V+ (tensión DC), V_LED (caída en el LED), I_LED (corriente del LED), V_rpp (rizado en el condensador), P_R1 (potencia en la resistencia).

Materiales

• 1x T1 Transformador 230 VAC a 9 VAC, ≥1 VA (salida secundaria aislada)
• 1x BR1 Puente rectificador 1 A, 100 V (p. ej., W04/MB1S/1N4007×4)
• 1x C1 Condensador electrolítico 470 µF, 16 V
• 1x R1 Resistencia 470 Ω, 1/4 W
• 1x D1 LED blanco 5 mm (Vf ≈ 2.8–3.2 V @ 15–20 mA)
• 2x Cables del secundario de T1 (baja tensión)
• Varios Cables de conexión y protoboard o regleta
• 1x Multímetro digital (medir V y A)
• 1x Osciloscopio (opcional, para rizado)

Guía de conexionado

• Conecta los dos cables del secundario de T1 a las entradas “~” del puente BR1 (no hay polaridad en esos dos).
• Del terminal “+” de BR1 saca una línea que será el nodo +V de tu circuito.
• Conecta C1 entre +V y GND (positivo de C1 a +V, negativo de C1 a GND).
• Conecta R1 desde +V hacia el ánodo de D1.
• Conecta el cátodo de D1 (lado plano/pata corta) a GND.
• Verifica la polaridad del LED y del condensador antes de energizar el transformador.
• Alimenta T1 desde la red de CA a través de su primario (ya integrado en T1). Trabajaremos en el lado de baja tensión (secundario).

Esquemático

                                +V ────────────────● V+─────────────┬──────────────┐
                                                                  ┌─┴─┐            │  R1 470 Ω 1/4 W
                                                                  │   │            │
                                                                  │   │            │
                                                                  └─┬─┘            │
                                                                    │              │
                                             BR1 Puente 1A/100V     │            ┌─┴─┐  D1 LED blanco
                     T1 230:9 VAC ≥1 VA        ┌───────┐            │            │   │
                 ┌─────────┐                  ┌┤       ├┐           │            │   │
   Secundario ~──┤         ├─────────────┬────┤       ├┤─────┬──────┴───────● V_LED │
                 │         │             │    └┬──────┬┘     │                     │
                 └─────────┘             │     │      │      │                     │
                                         │     │      │      │                     │
                                         │     │     ┌┴┐     │                     │
                                         │     │     │ │ C1  │                     │
                                         │     │     │ │ 470µF                     │
                                         │     │     └┬┘ 16V │                     │
                                         │     │      │      │                     │
                                         │     └──────┴──────┴───────────────┬─────┘
                                         │                                 ┌─┴─┐
                                         │                                 │   │
                                         └─────────────────────────────────┴───┴─── GND

                                                 ● I_LED

Mediciones y pruebas

• • Seguridad previa:
  • Revisa polaridad de C1 (positivo a +V) y orientación de D1 (ánodo a R1, cátodo a GND).
  • Trabaja solo en el secundario de T1 (baja tensión). No manipules el primario con el circuito energizado.
• • Tensión continua V+:
  • V+: tensión DC en el nodo +V respecto a GND (usa el punto “V+”). Coloca la punta roja en “V+” y la negra en GND.
  • Esperado sin carga: V+ ≈ 9 Vrms·1.414 − 2·0.7 ≈ 11.3 V. Con el LED encendido caerá ligeramente.
• • Corriente del LED I_LED:
  • I_LED: corriente que circula por el LED y R1. Para medirla, abre el lazo en el tramo marcado “I_LED” e inserta el multímetro en modo A en serie (roja hacia el lado de R1, negra hacia D1).
  • Esperado: ~15–20 mA con R1 = 470 Ω y LED blanco típico.
• • Caída en el LED V_LED:
  • V_LED: tensión entre ánodo y cátodo del LED (punto “V_LED” respecto a GND). Coloca roja en “V_LED” y negra en GND.
  • Esperado: 2.8–3.2 V para LED blanco a ~15–20 mA.
• • Rizado V_rpp en C1 (opcional):
  • V_rpp: amplitud pico a pico del rizado en +V. Mídelo con osciloscopio en DC acoplado, sonda en “V+” y referencia a GND.
  • Estimación: ΔV ≈ I_LED / (2·f_red·C1). A 50 Hz: f_rizado = 100 Hz. Para 17 mA y 470 µF, ΔV ≈ 0.36 Vpp.
• • Potencia en R1 P_R1:
  • Mide V_R (caída en R1) como V+ − V_LED. Calcula P_R1 = V_R · I_LED. Verifica que P_R1 < 0.25 W (margen seguro con 0.14 W típico).

Cálculo rápido de selección del transformador

• Tensión secundaria:
• VDC ≈ Vsec_rms·1.414 − 2·Vd_diodo. Con diodos de silicio, Vd ≈ 0.7 V (2 en conducción).
• Para LED blanco y R1 = 470 Ω a ~17 mA, VDC útil ≈ 10.5–11.5 V funciona bien. Un secundario de 9 VAC es adecuado.
• Corriente/VA:
• La corriente RMS en el secundario es mayor que la DC por el rectificado: Isec_rms ≈ 1.8·Idc (aprox.).
• Para Idc ≈ 0.02 A: Isec_rms ≈ 0.036 A. VA ≈ 9 V · 0.036 A ≈ 0.32 VA. Un transformador de 1 VA (o 3 VA) da margen de sobra.
• Margen:
• Elige al menos ×3 en VA si planeas añadir más LEDs o tolerar caídas de red.

Errores comunes

• Usar un transformador con demasiada tensión (p. ej., 12 VAC) sin recalcular R1, provocando exceso de corriente y LED dañado.
• Conectar el condensador C1 al revés (polaridad invertida).
• Medir corriente sin romper el lazo y sin poner el multímetro en serie en “A”.
• No considerar el rizado: con C muy pequeño, la corriente del LED parpadea y puede superar picos.

Seguridad

• El primario del transformador se conecta a la red: no lo manipules energizado. Aísla bien terminales.
• Trabaja y mide siempre en el secundario de baja tensión.
• Descarga C1 antes de reconfigurar el circuito; puede retener carga.

Mejoras y variantes

• Sustituir el puente por diodos Schottky para elevar V+ (menor caída) o reducir pérdidas.
• Ajustar R1 para corrientes menores (p. ej., 680 Ω para ≈12–14 mA) y vida del LED más larga.
• Añadir un regulador lineal sencillo (p. ej., 9 V zéner + resistencia) si necesitas V+ más estable para más de un LED.
• Aumentar C1 para reducir rizado si conectas varios LEDs en paralelo (cada uno con su propia R).

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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