Добри и лоши модели на окабеляване с LED

В предишни статии са описани различни проблеми, свързани със свързването на светодиоди. Но не можете да напишете всичко в една статия, така че трябва да продължите тази тема. Тук ще говорим за различни начини за включване на светодиодите.

Както бе споменато в споменатите статии, LED е текущо устройство, т.е. токът през него трябва да бъде ограничен от резистор. Как да изчислим този резистор вече е описано, тук няма да повтаряме, но ще дадем формулата, за всеки случай, отново.

Фигура 1

Ето го нагоре. - захранващо напрежение, Uad. - спад на напрежението през светодиода, R - съпротивление на ограничаващия резистор, I - ток през светодиода.

Въпреки всичко, въпреки цялата теория, китайската индустрия произвежда всякакви сувенири, дрънкулки, запалки, при които светодиодът се включва без ограничаващ резистор: само две или три дискови батерии и един светодиод. В този случай токът е ограничен от вътрешното съпротивление на батерията, силата на която просто не е достатъчна за изгаряне на светодиода.

Но тук, в допълнение към изгарянето, има още едно неприятно свойство - разграждане на светодиодите, най-присъщи на белите и сините светодиоди: след известно време яркостта на сиянието става много малка, въпреки че токът през светодиода протича съвсем достатъчно, на номиналното ниво.

Това не означава, че изобщо не свети, блясъкът е едва забележим, но това вече не е фенерче. Ако деградацията на номиналния ток се случи не по-рано след година на непрекъсната луминесценция, тогава при силен ток това явление може да се очаква след половин час. Това включване на светодиода трябва да се нарече лошо.

Подобна схема може да се обясни само с желанието да се спестят на един резистор, спойка и разходи за труд, което с масивен мащаб на производството е очевидно оправдано. Освен това запалка или ключодържател е еднократно, евтино нещо: бензинът изтече или батерията се е изтощила - те просто изхвърлиха сувенира.

Фигура 2. Схемата е лоша, но се използва доста често.

Излизат много интересни неща (разбира се, случайно), ако по такава схема светодиодът е свързан към захранващ блок с изходно напрежение 12V и ток най-малко 3А: възниква ослепителна светкавица, чува се доста силен поп, чува се дим и остава задушаваща миризма. Така че си спомням тази притча: „Възможно ли е да гледаме Слънцето чрез телескоп? Да, но само два пъти. Веднъж с лявото око, другото с дясното. " Между другото, свързването на LED без ограничаващ резистор е най-честата грешка сред начинаещите и бих искал да предупредя за това.

За да коригирате тази ситуация, удължете живота на светодиода, веригата трябва да бъде леко модифицирана.

Фигура 3. Добро оформление, правилно.

Това е такава схема, която трябва да се счита за добра или правилна. За да проверите дали стойността на резистора R1 е правилно посочена, можете да използвате формулата, показана на фигура 1. Предполагаме, че падането на напрежението върху светодиода 2V, ток 20mA, напрежение 3V поради използването на батерии с два пръста.

По принцип не е нужно да се стремите да ограничите тока до нивото на максимално допустимото 20mA, можете да захранвате светодиода с по-нисък ток, добре, поне милиамп 15 ... 18. В този случай ще има съвсем леко намаляване на яркостта, което човешкото око, поради характеристиките на устройството, изобщо няма да забележи, но животът на светодиода ще се увеличи значително.

Друг пример за лошо включени светодиоди може да се намери в различни фенери, които вече са по-мощни от ключовете и запалките. В този случай определен брой светодиоди, понякога доста големи, просто са свързани паралелно и също без ограничаващ резистор, който отново действа като вътрешното съпротивление на батерията.Такива фенерчета доста често влизат в ремонт именно заради изгарянето на светодиодите.

Фигура 4. Абсолютно лоша схема на окабеляване.

Изглежда, че ситуацията, показана на фигура 5, може да коригира ситуацията. Само един резистор и, изглежда, нещата се подобриха.

Фигура 5. Това вече е малко по-добре.

Но такова включване ще помогне малко. Факт е, че в природата просто не е възможно да се намерят две еднакви полупроводникови устройства. Ето защо например транзисторите от един и същи тип имат различна печалба, дори ако са от една и съща производствена партида. Тиристорите и триаците също са различни. Някои се отварят лесно, докато други са толкова тежки, че трябва да бъдат изоставени. Същото може да се каже и за светодиодите - два абсолютно еднакви, особено три или цял куп, просто е невъзможно да се намери.

Бележка по темата. В таблицата с данни за SMD-5050 LED монтаж (три независими светодиода в един корпус) включването, показано на фигура 5, не се препоръчва. Подобно на разсейването на параметрите на отделните светодиоди разликата в техния блясък може да се забележи. И изглежда, в един случай!

Светодиодите, разбира се, нямат печалба, но има такъв важен параметър като директен спад на напрежението. И дори ако светодиодите са взети от една технологична партида, от един пакет, тогава просто няма да има две еднакви в нея. Следователно токът за всички светодиоди ще бъде различен. Този светодиод, в който токът ще бъде най-много и рано или късно ще надвиши номиналния, ще светне преди всички останали.

Във връзка с това злощастно събитие целият възможен ток ще премине през двата оцелели светодиода, естествено надвишаващ номиналния. В крайна сметка резисторът беше изчислен "за три", за три светодиода. Увеличеният ток ще доведе до повишено нагряване на LED кристалите, а този, който е „по-слаб“, също изгаря. Последният светодиод също няма друг избор, освен да следва примера на своите другари. Получава се такава верижна реакция.

В този случай думата "изгори" означава просто прекъсване на веригата. Но може да се случи, че в един от светодиодите ще се получи елементарно късо съединение, маневриране на останалите два светодиода. Естествено, те със сигурност ще излязат, въпреки че ще оцелеят. При такава неизправност резисторът ще се нагрява интензивно и в крайна сметка може да изгори.

За да не се случи това, веригата трябва да бъде леко променена: за всеки светодиод инсталирайте собствен резистор, който е показан на фигура 6.

Фигура 6. И така, светодиодите ще издържат много дълго време.

Тук всичко е както се изисква, всичко според правилата на дизайна на веригата: токът на всеки светодиод ще бъде ограничен от неговия резистор. В такава схема токовете през светодиодите са независими един от друг.

Но това включване не предизвиква голям ентусиазъм, тъй като броят на резисторите е равен на броя на светодиодите. Но бих искал да има повече светодиоди и по-малко резистори. Как да бъдем?

Изходът от тази ситуация е доста прост. Всеки светодиод трябва да бъде заменен с верига от последователно свързани светодиоди, както е показано на фигура 7.

Фигура 7. Паралелно включване на гирлянди.

Цената на подобно подобрение ще бъде увеличаване на захранващото напрежение. Ако само един волт е достатъчен за един светодиод, тогава дори два светодиода, свързани последователно, не могат да бъдат запалени от такова напрежение. И така, какво напрежение е необходимо, за да включите гирлянда от светодиоди? Или по друг начин, колко светодиоди могат да бъдат свързани към източник на захранване с напрежение, например 12V?

Забележка. По-нататък терминът „гирлянда“ трябва да се разбира не само като украса за коледно дърво, но и като всяко осветително светодиодно устройство, в което светодиодите са свързани последователно или паралелно. Основното е, че има повече от един светодиод. Гирлянда, тя е и гирлянда в Африка!

За да получите отговор на този въпрос, достатъчно е просто да разделите захранващото напрежение чрез спад на напрежението на светодиода. В повечето случаи при изчисляване на това напрежение се взема 2V. Тогава се оказва 12/2 = 6.Но не забравяйте, че част от напрежението трябва да остане за гасещия резистор, поне волт 2.

Оказва се, че на светодиодите остава само 10V, а броят на светодиодите става 10/2 = 5. В тази ситуация, за да се получи ток от 20 mA, ограничителният резистор трябва да има номинална стойност 2V / 20mA = 100Ohm. Мощността на резистора ще бъде P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Такова изчисление е напълно вярно, ако напрежението на предните светодиоди в гирляндата, както е посочено, е 2V. Именно тази стойност често се приема при изчисленията като някаква средна стойност. Но всъщност това напрежение зависи от вида на светодиодите, от цвета на светенето. Ето защо, когато изчислявате маргаритките, трябва да се съсредоточите върху вида на светодиодите. Капаците на напрежението за различни видове светодиоди са показани в таблицата, показана на фигура 8.

Фигура 8. Спад на напрежението върху светодиоди с различни цветове.

По този начин, с 12V напрежение на захранването, минус спада на напрежението през резистора за ограничаване на тока, могат да бъдат свързани 10 / 3.7 = 2.7027 бели светодиоди. Но не можете да отрежете част от светодиода, така че могат да бъдат свързани само два светодиода. Този резултат се получава, ако вземем максималната стойност на спада на напрежението от таблицата.

Ако заменим 3V в изчислението, тогава е очевидно, че могат да бъдат свързани три светодиода. В този случай всеки път трябва да преброите старателно съпротивлението на ограничаващия резистор. Ако истинските светодиоди се окажат с спад на напрежението от 3,7 V или може би по-висок, трите светодиода може да не светят. Така че е по-добре да спрете в две.

Няма съществено значение какъв цвят ще бъдат светодиодите, точно когато изчислявате, ще трябва да вземете под внимание разликите в напрежението в зависимост от цвета на светодиодите. Основното е, че те са проектирани за един ток. Невъзможно е да се събере последователна гирлянда от светодиоди, някои от които имат ток от 20 mA, а друга част от 10 милиампеса.

Ясно е, че при ток от 20 mA, светодиодите с номинален ток 10 mA просто ще изгорят. Ако ограничите тока до 10 mA, тогава 20 милиампера няма да светят ярко, като в превключвател със светодиод: можете да видите през нощта, а не следобед.

За да улеснят живота си, радиолюбителите разработват различни програми за калкулатор, които улесняват всички видове рутинни изчисления. Например програми за изчисляване на индуктивността, филтри от различни видове, стабилизатори на тока. Има такава програма за изчисляване на LED гирлянди. Екранна снимка на такава програма е показана на Фигура 9.

Фигура 9. Екранна снимка на програмата „Calculation_resistance_resistor_Ledz_“.

Програмата работи без инсталация в системата, просто трябва да я изтеглите и използвате. Всичко е толкова просто и ясно, че изобщо не се изисква обяснение за екрана. Естествено, всички светодиоди трябва да са с един и същи цвят и със същия ток.

Вижте също от предишно публикуван на сайта: Как да свържете светодиода към осветителната мрежа

Пределните резистори са, разбира се, добри. Но само когато се знае, че тази гирлянда ще се захранва от стабилизиран източник DC 12V и токът през светодиодите няма да надвишава изчислената стойност. Но какво ще стане, ако просто няма източник с напрежение 12V?

Такава ситуация може да възникне например в камион с напрежение 24V на бордовата мрежа. За да излезете от тази кризисна ситуация, токов стабилизатор ще помогне например „SSC0018 - Регулируем токов стабилизатор 20..600mA“. Появата му е показана на фигура 10. Такова устройство може да бъде закупено в онлайн магазини. Цената на изданието е 140 ... 300 рубли: всичко зависи от въображението и арогантността на продавача.

Фигура 10. Регулируем регулатор на тока SSC0018

Спецификациите на стабилизатора са показани на фигура 11.

Фигура 11. Технически характеристики на текущия стабилизатор SSC0018

Първоначално стабилизаторът на тока SSC0018 е проектиран за използване в LED осветителни тела, но може да се използва и за зареждане на малки батерии. Използването на SSC0018 е съвсем просто.

Съпротивлението на натоварването на изхода на стабилизатора на тока може да бъде нула, можете просто да свържете късите изходни клеми. В крайна сметка стабилизаторите и източниците на ток не се страхуват от късо съединение. В този случай изходният ток ще бъде оценен. Е, ако зададете 20mA, тогава толкова много ще бъде.

От гореизложеното можем да заключим, че един милиаметър на постоянен ток може да бъде директно свързан към изхода на стабилизатора на тока. Такава връзка трябва да се започне от най-голямата граница на измерване, защото никой не знае какъв ток е регулиран там. След това просто завъртете резистора за настройка, за да зададете необходимия ток. В този случай, разбира се, не забравяйте да свържете текущия стабилизатор SSC0018 към захранването. Фигура 12 показва схемата за свързване на SSC0018 за захранване на светодиоди, свързани паралелно.

Фигура 12. Връзка за захранване на светодиоди, свързани паралелно

Всичко тук е ясно от диаграмата. За четири светодиода с консумационен ток от 20 mA, всеки изход на стабилизатора трябва да бъде настроен на ток от 80 mA. В този случай на входа на стабилизатора SSC0018 е необходимо малко повече напрежение от спада на напрежението на един светодиод, както беше споменато по-горе. Разбира се, по-голямо напрежение е подходящо, но това ще доведе само до допълнително нагряване на чипа на стабилизатора.

Забележка. Ако, за да ограничите тока с резистор, напрежението на захранването трябва леко да надвишава общото напрежение при светодиодите, само два волта, тогава за нормалната работа на стабилизатора на тока SSC0018 този излишък трябва да бъде малко по-висок. Не по-малко от 3 ... 4V, в противен случай регулиращият елемент на стабилизатора просто няма да се отвори.

Фигура 13 показва връзката на стабилизатора SSC0018 при използване на гирлянда от няколко серии, свързани със светодиоди.

Фигура 13. Захранване на сериен низ чрез стабилизатора SSC0018

Цифрата е взета от техническата документация, така че нека се опитаме да изчислим броя на светодиодите в гирляндата и постоянното напрежение, необходимо от захранването.

Токът, посочен на диаграмата, 350mA, ни позволява да заключим, че гирляндата е сглобена от мощни бели светодиоди, тъй като, както бе споменато по-горе, основната цел на стабилизатора SSC0018 са източници на светлина. Спадът на напрежението през белия светодиод е в рамките на 3 ... 3.7V. За изчислението трябва да вземете максималната стойност от 3,7 V.

Максималното входно напрежение на стабилизатора SSC0018 е 50V. Изваждането от тази стойност от 5V, необходимо за самия стабилизатор, остава 45V. Това напрежение може да бъде "осветено" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... светодиоди. Очевидно това трябва да бъде закръглено до 12.

Броят на светодиодите може да е по-малък. Тогава входното напрежение ще трябва да бъде намалено (докато изходният ток няма да се промени, той ще остане 350mA, както беше настроен), защо да подавам 50V до 3 светодиода, дори мощни? Подобна подигравка може да завърши с неуспех, защото мощните светодиоди в никакъв случай не са евтини. Какво напрежение ще е необходимо за свързване на три мощни светодиода за тези, които искат, но те винаги могат да бъдат намерени, те могат да изчислят сами.

Регулируем токов стабилизатор SSC0018 устройство е доста добър. Но целият въпрос е, винаги ли е необходимо? А цената на устройството е някак объркваща. Какъв може да бъде изходът от тази ситуация? Всичко е много просто. Отличен регулатор на тока се получава от интегрирани стабилизатори на напрежението, например, серията 78XX или LM317.

За да създадете такъв стабилизатор на тока на базата на стабилизатор на напрежението, са необходими само 2 части. Всъщност самият стабилизатор и един единствен резистор, чието съпротивление и мощност ще помогнат за изчисляване на програмата StabDesign, снимка на екрана на която е показана на фигура 14.

снимка 14. Изчисляване на текущия стабилизатор с помощта на програмата StabDesign.

Програмата не изисква специални обяснения. В падащото меню Тип се избира типът стабилизатор, в ред Iн се задава необходимия ток и се натиска бутона за изчисляване. Резултатът е съпротивлението на резистора R1 и неговата мощност. На фигурата изчислението е извършено за ток от 20 mA.Такъв е случаят, когато светодиодите са свързани последователно. За паралелна връзка, токът се изчислява по същия начин, както е показано на фигура 12.

LED гирляндата е свързана вместо резистора Rн, символизирайки натоварването на стабилизатора на тока. Възможно е дори да свържете само един светодиод. В този случай катодът е свързан към общ проводник, а анодът към резистор R1.

Входното напрежение на разглеждания стабилизатор на тока е в диапазона 15 ... 39V, тъй като се използва стабилизаторът 7812 със стабилизационно напрежение 12V.

Изглежда, че това е края на историята за светодиодите. Но има и LED ленти, които ще бъдат разгледани в следващата статия.

Продължение на статията: Приложение на LED лента

Борис Аладишкин