Dobré a špatné vzory zapojení LED

V předchozích článcích byly popsány různé problémy související s připojením LED. V jednom článku ale nemůžete napsat vše, takže v tomto tématu musíte pokračovat. Zde budeme hovořit o různých způsobech zapnutí LED.

Jak je uvedeno v uvedených článcích, LED je aktuální zařízení, tj. proud jím musí být omezen odporem. Jak již byl tento odpor vypočítán, nebudeme zde opakovat, ale znovu dáme vzorec, jen pro případ.

Obrázek 1

Tady je nahoru. - napájecí napětí, Uad. - úbytek napětí přes LED, R - odpor omezujícího odporu, I - proud přes LED.

Avšak přes veškerou teorii čínský průmysl vyrábí všechny druhy suvenýrů, cetek, zapalovačů, ve kterých je LED zapnutá bez omezujícího odporu: pouze dvě nebo tři diskové baterie a jedna LED. V tomto případě je proud omezen vnitřním odporem baterie, jejíž výkon prostě nestačí na to, aby došlo k spálení LED.

Ale tady, kromě vyhoření, je tu další nepříjemná vlastnost - degradace LED, která je nejpodobnější u bílých a modrých LED: po chvíli se jas záře stává zcela zanedbatelným, i když proud přes LED proudí docela dost, na nominální úrovni.

To neznamená, že to vůbec nesvítí, záře je stěží znatelná, ale už to není svítilna. Pokud ke jmenovitému proudu nedochází k degradaci dříve než po roce nepřetržité luminiscence, pak s nadhodnoceným proudem lze tento jev očekávat za půl hodiny. Toto zahrnutí LED by mělo být označeno jako špatné.

Takový program lze vysvětlit pouze touhou ušetřit na jednom odporu, pájce a mzdových nákladech, což je při velkém měřítku výroby zjevně opodstatněné. Kromě toho je zapalovač nebo přívěšek na klíče jednorázová, levná věc: plyn se vybil nebo se vybila baterie - jednoduše zahodili suvenýr.

Obrázek 2. Schéma je špatné, ale používá se poměrně často.

Velmi zajímavé věci vyjdou (samozřejmě náhodou), pokud je v takovém schématu LED připojena k napájecímu zdroji s výstupním napětím 12V a proudem alespoň 3A: dojde k oslepujícímu záblesku, poměrně hlasitému popu, uslyší se kouř a zůstane dusivý zápach. Takže si vzpomínám na toto podobenství: „Je možné dívat se na Slunce dalekohledem? Ano, ale pouze dvakrát. Jednou levým okem, druhým pravým. “ Mimochodem, připojení LED bez omezovacího odporu je nejčastější chyba mezi začátečníky a rád bych na to varoval.

Chcete-li tuto situaci napravit, prodloužit životnost LED, obvod by měl být mírně upraven.

Obrázek 3. Dobré rozvržení, správné.

Je to takový systém, který by měl být považován za dobrý nebo správný. Pro kontrolu, zda je hodnota rezistoru R1 správně indikována, můžete použít vzorec znázorněný na obrázku 1. Předpokládáme, že úbytek napětí na LED 2V, proud 20 mA, napětí 3V v důsledku použití dvou prstových baterií.

Obecně se nemusíte snažit omezit proud na úroveň maximálně přípustných 20 mA, můžete napájet LED s nižším proudem, tedy alespoň miliampérem 15 ... 18. V tomto případě dojde k velmi malému snížení jasu, které si lidské oko, vzhledem k vlastnostem zařízení, nevšimne vůbec, ale životnost LED se výrazně zvýší.

Další příklad špatně zapnutých LED lze nalézt v různých baterkách, které jsou již výkonnější než klíčenky a zapalovače. V tomto případě je určitý počet LED, někdy docela velkých, jednoduše zapojen paralelně a také bez omezovacího odporu, který opět působí jako vnitřní odpor baterie.Takové svítilny se dost často opravují právě kvůli vyhoření LED.

Obrázek 4. Schéma naprosto špatného zapojení.

Zdá se, že situace uvedená na obrázku 5 může situaci napravit. Pouze jeden odpor a zdálo se, že se věci zlepšily.

Obrázek 5. To je již o něco lepší.

Ale takové zahrnutí trochu pomůže. Faktem je, že v přírodě prostě nelze najít dvě identická polovodičová zařízení. Proto například tranzistory stejného typu mají rozdílný zisk, i když pocházejí ze stejné výrobní dávky. Tyristory a triaky jsou také odlišné. Někteří se otevírají snadno, zatímco jiní jsou tak těžcí, že je třeba opustit. Totéž lze říci o LED diodách - dvě naprosto identické, zejména tři nebo celá parta, je prostě nemožné najít.

Poznámka k tématu. V datovém listu sestavy LED SMD-5050 (tři nezávislé LED v jednom pouzdře) se nedoporučuje zahrnutí znázorněné na obrázku 5. Stejně jako v důsledku rozptylu parametrů jednotlivých LED může být patrný rozdíl v jejich záři. A zdá se, v jednom případě!

LED diody samozřejmě nemají žádný zisk, ale existuje důležitý parametr jako přímý úbytek napětí. A i když jsou LED převzaty z jedné technologické dávky, z jednoho balíčku, pak v ní prostě nebudou dvě identické. Proto se proud všech LED bude lišit. Tato LED, ve které bude proud největší a dříve či později překročí nominální hodnotu, se rozsvítí před všemi ostatními.

V souvislosti s touto nešťastnou událostí projde veškerý možný proud dvěma přežívajícími LED, které přirozeně přesáhnou nominální. Koneckonců byl odpor vypočítán „pro tři“, pro tři LED. Zvýšený proud způsobí zvýšené zahřívání krystalů LED a ten, který je „slabší“, také shoří. Poslední LED také nemá jinou možnost, než následovat příklad svých soudruhů. Taková řetězová reakce se získá.

V tomto případě slovo „vypálit“ znamená jednoduše přerušit obvod. Může se však stát, že v jedné z LED dojde k elementárnímu zkratu a posunutí zbývajících dvou LED. Přirozeně, určitě půjdou ven, i když přežijí. Při takové poruše se odpor intenzivně zahřívá a nakonec může dojít k jeho spálení.

Aby k tomu nedocházelo, je třeba obvod mírně změnit: pro každou diodu LED nainstalujte vlastní odpor, který je znázorněn na obrázku 6.

Obrázek 6. A tak LED diody vydrží velmi dlouho.

Zde je vše podle potřeby, vše podle pravidel návrhu obvodu: proud každé LED bude omezen odporem. V takovém obvodu jsou proudy prostřednictvím LED nezávislé na sobě.

Toto zahrnutí však nezpůsobuje velké nadšení, protože počet rezistorů se rovná počtu LED. Chtěl bych však mít více LED a méně rezistorů. Jak být?

Cesta z této situace je poměrně jednoduchá. Každá LED musí být nahrazena řetězcem LED zapojených do série, jak je znázorněno na obrázku 7.

Obrázek 7. Paralelní začlenění věnců.

Náklady na takové zlepšení bude zvýšení napájecího napětí. Pokud na jednu LED stačí pouze jeden volt, nelze z takového napětí zapálit ani dvě LED zapojené do série. Jaké napětí je potřeba k zapnutí girlandy LED? Nebo jiným způsobem, kolik LED lze připojit ke zdroji energie s napětím, například 12 V?

Poznámka. Termín „věnec“ by měl být chápán nejen jako ozdoba vánočního stromu, ale také jako jakékoli osvětlovací LED zařízení, ve kterém jsou LED zapojeny sériově nebo paralelně. Hlavní věc je, že existuje více než jedna LED. Věnec, je to také věnec v Africe!

Chcete-li získat odpověď na tuto otázku, stačí jednoduše dělit napájecí napětí poklesem napětí na LED. Ve většině případů se při výpočtu tohoto napětí bere 2V. Pak se ukáže 12/2 = 6.Nezapomeňte však, že určitá část napětí musí zůstat pro zhášecí rezistor, alespoň volt 2.

Ukazuje se, že na LED zůstane pouze 10V a počet LED se změní na 10/2 = 5. V této situaci musí mít omezovací odpor jmenovitou hodnotu 2V / 20mA = 100Ohm, aby se získal proud 20 mA. Výkon rezistoru bude P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Takový výpočet je zcela pravdivý, pokud je dopředné napětí LED v věnci, jak je uvedeno, 2V. Právě tato hodnota je ve výpočtech často brána jako průměr. Ve skutečnosti však toto napětí závisí na typu LED, na barvě záře. Při výpočtu sedmikrásky byste se proto měli zaměřit na typ LED. Úbytky napětí pro různé typy LED jsou uvedeny v tabulce na obrázku 8.

Obrázek 8. Úbytek napětí na LED různých barvách.

S napájecím napětím 12 V, mínus pokles napětí na odporu omezujícím proud, lze připojit celkem 10 / 3,7 = 2,7027 bílých LED. Nemůžete však odříznout část LED, takže lze připojit pouze dvě LED. Tento výsledek se získá, pokud vezmeme maximální hodnotu úbytku napětí z tabulky.

Pokud do výpočtu nahradíme 3V, je zřejmé, že lze připojit tři LED diody. V tomto případě musíte pokaždé pečlivě spočítat odpor omezovacího odporu. Pokud se u skutečných LED objeví pokles napětí 3,7 V nebo možná vyšší, nemusí se tři LED diody rozsvítit. Takže je lepší se zastavit ve dva.

V zásadě nezáleží na tom, jakou barvu budou LED diody, právě při výpočtu budete muset vzít v úvahu různé úbytky napětí v závislosti na barvě LED. Hlavní věc je, že jsou určeny pro jeden proud. Je nemožné sestavit konzistentní věnec LED, z nichž některé mají proud 20 mA a druhou část 10 miliampérů.

Je zřejmé, že při proudu 20 mA budou LED diody se jmenovitým proudem 10 mA jednoduše vyhořet. Pokud omezíte proud na 10 mA, pak se 20 miliampérů nerozsvítí jasně, jako u spínače s LED: můžete vidět v noci, ne odpoledne.

Pro usnadnění života pro sebe radioamatéři vyvíjejí různé kalkulačkové programy, které usnadňují všechny druhy rutinních výpočtů. Například programy pro výpočet indukčnosti, filtry různých typů, stabilizátory proudu. Existuje takový program pro výpočet LED girlandy. Snímek obrazovky takového programu je zobrazen na obrázku 9.

Obrázek 9. Screenshot programu „Výpočet_resistance_resistor_Ledz_“.

Program funguje bez instalace v systému, stačí jej stáhnout a použít. Všechno je tak jednoduché a jasné, že není nutné žádné vysvětlení snímku obrazovky. Všechny LED diody musí být samozřejmě stejné barvy a se stejným proudem.

Viz také z dříve publikovaných na webu: Jak připojit LED k osvětlovací síti

Limitní rezistory jsou samozřejmě dobré. Ale pouze tehdy, když je známo, že tento věnec bude poháněn stabilizovaný zdroj DC 12V a proud přes LED nepřekročí vypočítanou hodnotu. Ale co když tam prostě není zdroj s napětím 12V?

Taková situace může nastat například u nákladního automobilu s napětím palubní sítě 24 V. Abyste se dostali z takové krizové situace, pomůže stabilizátor proudu například „SSC0018 - Nastavitelný stabilizátor proudu 20,600 mA“. Jeho vzhled je znázorněn na obrázku 10. Takové zařízení lze zakoupit v internetových obchodech. Cena emise je 140 ... 300 rublů: vše záleží na představivosti a aroganci prodávajícího.

Obrázek 10. Nastavitelný regulátor proudu SSC0018

Specifikace stabilizátoru jsou uvedeny na obrázku 11.

Obrázek 11. Technické vlastnosti stabilizátoru proudu SSC0018

Původně byl stabilizátor proudu SSC0018 navržen pro použití v osvětlovacích tělesech LED, ale lze jej také použít k nabíjení malých baterií. Použití SSC0018 je docela jednoduché.

Odpor zátěže na výstupu stabilizátoru proudu může být nula, jednoduše můžete zkratovat výstupní svorky. Stabilizátory a zdroje proudu se koneckonců nebojí zkratů. V tomto případě bude výstupní proud hodnocen. Pokud nastavíte 20mA, bude toho tolik.

Z výše uvedeného vyplývá, že k výstupu stabilizátoru proudu lze přímo připojit milimetr stejnosměrného proudu. Takové připojení by mělo být zahájeno od největšího měřicího limitu, protože nikdo neví, jaký proud je tam regulován. Poté jednoduše otočte ladicí rezistor a nastavte požadovaný proud. V tomto případě samozřejmě nezapomeňte připojit proudový stabilizátor SSC0018 k napájení. Obrázek 12 ukazuje schéma zapojení SSC0018 pro napájení LED zapojených paralelně.

Obrázek 12. Připojení pro napájení LED diod zapojených paralelně

Z obrázku je vše jasné. U čtyř LED s odběrovým proudem 20 mA musí být každý výstup stabilizátoru nastaven na proud 80 mA. V tomto případě je na vstupu stabilizátoru SSC0018 zapotřebí o něco více napětí, než je pokles napětí na jedné LED, jak bylo uvedeno výše. Samozřejmě je vhodné větší napětí, ale to povede pouze k dodatečnému zahřívání stabilizačního čipu.

Poznámka. Pokud by pro omezení proudu rezistorem mělo napětí zdroje energie mírně přesáhnout celkové napětí na LED, pouze dvě volty, pak by měl být při normálním provozu stabilizátoru proudu SSC0018 tento přebytek o něco vyšší. Ne méně než 3 ... 4V, jinak se regulační prvek stabilizátoru jednoduše neotevře.

Obrázek 13 ukazuje připojení stabilizátoru SSC0018, když se používá věnec z několika sériově zapojených LED.

Obrázek 13. Napájení sériového řetězce pomocí stabilizátoru SSC0018

Obrázek je převzat z technické dokumentace, takže zkusme spočítat počet LED diod ve věnec a konstantní napětí potřebné z napájení.

Proud uvedený v diagramu, 350 mA, nám umožňuje dojít k závěru, že věnec je sestaven z výkonných bílých LED, protože, jak bylo uvedeno výše, hlavním účelem stabilizátoru SSC0018 jsou zdroje světla. Pokles napětí na bílé LED je v rozmezí 3 ... 3,7 V. Pro výpočet byste měli vzít maximální hodnotu 3,7 V.

Maximální vstupní napětí stabilizátoru SSC0018 je 50V. Odečíst od této hodnoty 5V, nutné pro samotný stabilizátor, zůstává 45V. Toto napětí může být "osvětleno" 45 / 3,7 = 12,161621 ... LED. To by samozřejmě mělo být zaokrouhleno na 12.

Počet LED diod může být menší. Poté bude nutné snížit vstupní napětí (zatímco výstupní proud se nezmění, zůstane 350 mA, jak bylo nastaveno), proč bych měl napájet 50 V až 3 LED, a to i výkonné? Taková výsměch může skončit selháním, protože výkonné LED diody nejsou v žádném případě levné. Jaké napětí je vyžadováno pro připojení tří výkonných LED, ti, kteří chtějí, ale vždy je najdou, si mohou vypočítat sami.

Nastavitelný stabilizátor proudu SSC0018 je docela dobrý. Ale celá otázka zní, je to vždy potřeba? A cena zařízení je poněkud matoucí. Jaká je cesta z této situace? Všechno je velmi jednoduché. Vynikající stabilizátor proudu je získán z integrovaných stabilizátorů napětí, například řady 78XX nebo LM317.

K vytvoření takového stabilizátoru proudu založeného na stabilizátoru napětí jsou zapotřebí pouze 2 díly. Samotný stabilizátor a jeden jediný odpor, jehož odpor a síla pomohou vypočítat program StabDesign, jehož snímek obrazovky je zobrazen na obrázku 14.

Kresba 14. Výpočet stabilizátoru proudu pomocí programu StabDesign.

Program nevyžaduje zvláštní vysvětlení. V rozbalovací nabídce Typ je vybrán typ stabilizátoru, v řádku I je nastaven požadovaný proud a je stisknuto tlačítko Vypočítat. Výsledkem je odpor rezistoru R1 a jeho síla. Na obrázku byl proveden výpočet pro proud 20 mA.To je případ, kdy jsou diody LED zapojeny do série. Pro paralelní připojení se proud vypočítává stejným způsobem, jak je znázorněno na obrázku 12.

LED věnec je připojen místo rezistoru Rн, což symbolizuje zatížení stabilizátoru proudu. Je dokonce možné připojit pouze jednu LED. V tomto případě je katoda připojena ke společnému drátu a anoda k rezistoru R1.

Vstupní napětí uvažovaného stabilizátoru proudu je v rozsahu 15 ... 39 V, protože se používá stabilizátor 7812 se stabilizačním napětím 12V.

Zdá se, že toto je konec příběhu o LED. Existují však také LED pásy, o nichž se budeme zabývat v dalším článku.

Pokračování článku: Aplikace LED pásek

Boris Aladyshkin