Come si controlla la luminosità dei LED (dimmeraggio)
Prima di lanciarsi nella costruzione della centralina, facciamo una parentesi teorica di elettronica.
In una barra o striscia di LED, questi sono messi in serie con una piccola resistenza, in modo da funzionare alla massima efficienza e a una data luminosità, quando alimentati a 12V.
Quindi, se vogliamo regolare la luminosità dei LED (ad esempio per creare un effetto alba/tramonto) non dobbiamo cambiare il voltaggio. Dunque, come si fa?
Per regolare la luminosità dei LED si sfrutta il fatto che i LED si possono accendere e spegnere in meno di un millesimo di secondo. Il trucco, quindi, consiste nell’accendere e spegnere i LED a una frequenza sufficientemente alta da far sì che la luce sembri costante. La luminosità percepita sarà quindi data dalla frazione di tempo nella quale il LED resta acceso.
Questo metodo viene anche chiamato PWM, dall’inglese Pulse Width Modulation, ovvero modulazione di larghezza di impulso.
Benissimo: adesso abbiamo bisogno di un interruttore che sia capace di accendere e spegnere centinaia di volte al secondo i nostri LED. E c’è un componente elettronico che si comporta in questo modo: il transistor.
Ma non un transistor qualsiasi, abbiamo bisogno di un MOSFET di tipo N Logic level.
Cos’è e come si usa un MOSFET
Per chi fosse curioso, MOSFET sta per Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, ovvero transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo; mentre N indica il tipo di «drogatura».
Di tutti questi paroloni, il più importante per i nostri fini è la dicitura Logic level: indica che il transistor funziona proprio come un interruttore e non come un amplificatore, caratteristica degli altri transistor.
Come vedete in foto, il MOSFET ha 3 piedini:
- il primo piedino sulla sinistra è detto gate (la porta) ed è il piedino che serve a controllare il transistor.
- il piedino centrale è detto drain (lo scarico) e va collegato al polo negativo dei LED.
- infine, il piedino di destra è detto source (sorgente) e va collegato alla terra dell’alimentatore.
Un MOSFET può essere usato per controllare una o più barre LED. Ovviamente, se colleghiamo 2 barre LED a uno stesso MOSFET, queste saranno alimentate con lo stesso segnale.
Se abbiamo LED di colori diversi (ad esempio bianchi caldi e bianchi freddi), sarà utile collegare ogni colore a un MOSFET diverso, in modo da poter cambiare la gradazione finale della luce.
Per la piccola plafoniera di questo progetto sono sufficienti 2 soli MOSFET, ma per plafoniere più grandi sarà meglio usare più MOSFET per non far passare tutta la corrente su un unico filo.
Connessione con Arduino
Passiamo ora alla connessione del MOSFET ad Arduino.
Il piedino gate del MOSFET va collegato a uno dei piedini di Arduino che sia capace di generare un segnale PWM. Non tutti i piedini possono essere usati per questo; dobbiamo usare uno dei seguenti: D3, D5, D6, D9, D10 e D11.
Possiamo quindi controllare al massimo 6 MOSFET; se abbiamo bisogno di un numero maggiore di piedini dobbiamo usare più di un Arduino Nano, oppure usare un altro modello di Arduino.
La figura sopra illustra il collegamento tra Arduino e MOSFET.
Come potete notare, bisogna aggiungere una resistenza da 10kΩ tra questo collegamento e la terra (pin GND). Questo accorgimento serve ad eliminare le correnti parassite che potrebbero rendere instabile il comportamento del MOSFET.
Quali MOSFET e dove trovarli
Non è facile trovare questi MOSFET su siti come Amazon; quindi è consigliabile rivolgersi a un vero negozio di elettronica (che sia ben fornito) anche se il prezzo sarà certamente più alto (un paio di euro per MOSFET al posto di qualche decina di centesimi).
Esistono numerosi modelli di MOSFET tipo N Logic level ed è facile perdersi nella scelta.
Sul sito www.alldatasheet.com troverete i dati tecnici di ogni modello.
I dati da guardare sono:
- il voltaggio massimo (chiamato Drain-to-Source Breakdown Voltage), che deve essere ben superiore ai 12V;
- il voltaggio di attivazione (Gate Threshold Voltage), che deve essere inferiore ai 5V forniti dal segnale di Arduino;
- la corrente massima (Continuous Drain Current), che deve essere maggiore del consumo dei LED;
- la resistenza interna (Static Drain-to-Source On-Resistance): più bassa è, meglio è.
I MOSFET che ho usato in questo progetto sono del tipo IRLZ44N, hanno un voltaggio massimo di 55V, corrente massima di 47A, voltaggio di attivazione tra 1 e 2V e una resistenza interna di 0,022Ω.
