LEDs de alta potência (HPLEDs), lanternas e luzes

Publicado em 25/10/2009 – 04:37
por Carlos Morimoto

Os LEDs de alta potência (HPLEDs) foram originalmente desenvolvidos para o uso em câmeras e smartphones, servindo como uma opção aos flashes de xenônio. Eles são capazes de oferecer picos de luminosidade suficientes para tirar fotos moderadamente convincentes em ambientes com pouca luz, sem usarem muita energia.

No caso dos smartphones, os HPLEDs são combinados com um supercapacitor que suaviza a carga sobre a bateria, armazenando uma carga suficiente para um disparo do flash e sendo carregado ao longo de um período maior.

Entretanto, não demorou para que eles fossem adotados pelos fabricantes de lanternas, já que eles são dezenas de vezes mais poderosos que os LEDs convencionais:

Eles são popularmente conhecidos pelos nomes comerciais (CREE, Luxeon, etc.) e podem ser encontrados em lanternas de vários fabricantes, como a Ultrafire, Aurora, Rebel, Trustfire, Romisen, MagLite, etc:

O XLamp XR-E usado na Ultrafire C3 da foto, por exemplo é capaz de emitir 107 lumens com uma corrente de 350 mA e tensão de 3.7V e tem uma vida útil surpreendentemente longa, acima de 50.000 horas (ele é capaz de trabalhar com até 1000 mA de corrente e tensões de até 4.3V, emitindo consideravelmente mais luz, mas nesse caso a vida útil é menor).

De acordo com o modelo, estas lanternas podem funcionar com células de lítio 14500 (elas possuem o mesmo tamanho de uma pilha AA), com pilhas AA ou suportarem ambas, deixando que você use o tipo de bateria que for mais conveniente.

Para isso, elas incluem um regulador de tensão, que se encarrega de aumentar a tensão quando necessário, fornecendo os 3.7V usados pelo LED. A maioria dos modelos são capazes de trabalhar com tensões de entrada de 0.8 a 4.2V

O grande problema com os leds de alta potência é o calor, já que com 350 mA a 3.7 volts temos mais de 1 watt de potência em um LED com apenas 2 ou 3 mm. Isso leva a outra particularidade das lanternas: elas utilizam um corpo de alumínio, que é usado como dissipador de calor (a lanterna realmente fica quente depois de alguns minutos ligada) e como condutor para o polo negativo da bateria (o que permite que o botão seja instalado na traseira). Temos aqui a Ultrafire C3 da foto anterior desmontada:

Este é um dos modelos mais baratos (US$ 10 na dealextreme, sku 1993), que pode trabalhar tanto com uma única pilha AA quanto com uma celula 14500 de lítio, de 3.7V.

Assim como outros modelos de baixo custo, ele é propenso a mal contatos, por isso não estranhe se você precisar desmontar a lanterna e lixar ou apertar alguns dos encaixes. Outro modelo similar com uma qualidade de montagem um pouco melhor (embora com uma luminosidade mais baixa) é a Romisen RC-G2.

A capacidade de descarga das pilhas AA é limitada, por isso ela oferece uma luminosidade maior usando a célula de lítio. O ruim é que além das células (de 5 a 9 dólares o par) você vai precisar também do carregador (a partir de US$ 8), o que começa a deixar a brincadeira cara.

Entretanto, mesmo com uma pilha Ni-MH ela oferece uma luminosidade surpreendente. No papel a luminosidade seria similar à uma lâmpada incandescente de 10 watts, mas como a luz é concentrada, a impressão é de ser muito mais. Aqui temos uma comparação com uma lâmpada fluorescente de 20 watts:

Ela é também muito mais luminosa que os LEDs usados como flash na maioria dos smartphones. Aqui temos outra comparação com o led do Nokia E71 em modo torch (onde ele fica aceso continuamente), representado pelo brochante ponto branco do lado esquerdo:

Com uma luz tão forte você deve estar se perguntando sobre a autonomia das pilhas, que é exatamente a parte ruim da história. Em teoria, uma pilha AA de 2000 mAh deveria durar cerca de duas horas, mas na prática elas duram menos (pouco mais de uma hora com uma pilha de boa qualidade e muito menos no caso das marcas mais vagabundas), por dois motivos:

a) A capacidade das pilhas é quase sempre superestimada pelos fabricantes.

b) O alto consumo faz com que a tensão da pilha caia rapidamente, fazendo com que a luminosidade da lanterna caia abruptamente bem antes da pilhas ter sido completamente descarregada.

As duas soluções são investir em células de lítio, que oferecem uma densidade energética muito melhor ou (no caso da UltraFire C3) comprar o tubo extensor para o uso de duas pilhas AA (sku 4438 na dealextreme), que além de aumentar a luminosidade, faz com que a autonomia seja proporcionalmente maior:

Existem também inúmeros acessórios para estas lanternas (botões que brilham no escuro, defletores, leds e drives de reposição) e várias receitas de MODs para instalar placas com LEDs mais potentes e fazer outras modificações nas lanternas.

Estão disponíveis também módulos emissores (HPLED já montado sobre a placa) e reguladores avulsos, que você pode utilizar em outros projetos. Use um regulador com entrada de 12V e saída de 3.7V (como o sku.13557 da dealextreme) e um dissipador de alumínio (você pode aproveitar um cooler usado) para ligar um Cree XR-E ou outro HPLED em uma bateria de 12V de nobreak e você terá uma fonte de luz com autonomia de alguns dias.

Outro uso crescente para os HPLEDs são lâmpadas de baixo consumo. Elas são ainda caras e a eficiência não é tão melhor que nas lâmpadas fluorescentes para justificar a diferença no custo, mas pode ser que elas eventualmente caiam de preço e se popularizem.

Elas se diferenciam das lâmpadas LED de primeira geração pela maior luminosidade e pelo fato de utilizarem apenas alguns poucos HPLEDs, em vez de dezenas de LEDs convencionais.