Dobre i złe wzorce okablowania LED

W poprzednich artykułach opisano różne problemy związane z podłączaniem diod LED. Ale nie możesz napisać wszystkiego w jednym artykule, więc musisz kontynuować ten temat. Tutaj porozmawiamy o różnych sposobach włączania diod LED.

Jak wspomniano we wspomnianych artykułach, LED to aktualne urządzenie, tj. prąd przepływający przez nią musi być ograniczony rezystorem. Jak obliczyć ten rezystor został już opisany, nie powtórzymy tutaj, ale podamy formułę, na wszelki wypadek, ponownie.

Rycina 1

Oto jest. - napięcie zasilania, Uad. - spadek napięcia na diodzie LED, R - rezystancja rezystora ograniczającego, I - prąd przez diodę LED.

Jednak pomimo całej teorii chiński przemysł produkuje wszelkiego rodzaju pamiątki, świecidełka, zapalniczki, w których dioda LED jest włączana bez opornika ograniczającego: tylko dwie lub trzy baterie dyskowe i jedna dioda LED. W takim przypadku prąd jest ograniczony wewnętrzną rezystancją akumulatora, którego moc po prostu nie wystarcza do spalenia diody LED.

Ale tutaj, oprócz wypalenia, jest jeszcze jedna nieprzyjemna właściwość - degradacja diod LED, najbardziej nieodłączna od białych i niebieskich diod LED: po chwili jasność blasku staje się dość nieznaczna, chociaż prąd przez diodę przepływa dość dość, na poziomie nominalnym.

Nie oznacza to, że wcale nie świeci, blask jest ledwo zauważalny, ale nie jest to już latarka. Jeśli przy prądzie znamionowym degradacja nastąpi nie wcześniej niż po roku ciągłej luminescencji, to przy zawyżonym prądzie można tego zjawiska spodziewać się za pół godziny. To włączenie diody LED należy nazwać złym.

Taki schemat można wyjaśnić jedynie chęcią zaoszczędzenia na jednym oporniku, lutu i kosztach pracy, co przy ogromnej skali produkcji jest najwyraźniej uzasadnione. Ponadto zapalniczka lub brelok to jednorazowa, tania rzecz: skończył się gaz lub bateria się wyczerpała - po prostu wyrzucili pamiątkę.

Rysunek 2. Schemat jest zły, ale jest używany dość często.

Bardzo interesujące rzeczy wychodzą (oczywiście przez przypadek), jeśli dzięki takiemu schematowi dioda LED jest podłączona do zasilacza o napięciu wyjściowym 12 V i prądzie co najmniej 3A: pojawia się oślepiający błysk, słychać dość głośny trzask, słychać dym i pozostaje duszący zapach. Przypominam więc tę przypowieść: „Czy można patrzeć na Słońce przez teleskop? Tak, ale tylko dwa razy. Raz z lewym okiem, drugi z prawym. ” Nawiasem mówiąc, podłączanie diody LED bez rezystora ograniczającego jest najczęstszym błędem wśród początkujących i chciałbym o tym ostrzec.

Aby naprawić tę sytuację, przedłużyć żywotność diody LED, obwód należy nieco zmodyfikować.

Rysunek 3. Dobry układ, poprawny.

Jest to taki schemat, który należy uznać za dobry lub poprawny. Aby sprawdzić, czy wartość rezystora R1 jest poprawnie wskazana, można użyć wzoru pokazanego na rysunku 1. Zakładamy, że spadek napięcia na diodzie 2V, prąd 20mA, napięcie 3V z powodu użycia dwóch palców baterii.

Ogólnie rzecz biorąc, nie musisz dążyć do ograniczenia prądu do poziomu maksymalnego dopuszczalnego 20 mA, możesz zasilać diodę LED niższym prądem, cóż, co najmniej miliamperiem 15 ... 18. W takim przypadku nastąpi bardzo niewielki spadek jasności, którego ludzkie oko, ze względu na cechy urządzenia, w ogóle nie zauważy, ale żywotność diody LED znacznie wzrośnie.

Kolejny przykład źle włączonych diod LED można znaleźć w różnych latarkach, już mocniejszych niż breloki i zapalniczki. W tym przypadku pewna liczba diod LED, czasami dość dużych, jest po prostu podłączona równolegle, a także bez rezystora ograniczającego, który ponownie działa jako rezystancja wewnętrzna akumulatora.Takie latarki dość często naprawiają się właśnie z powodu przepalenia się diod LED.

Rysunek 4. Absolutnie zły schemat połączeń.

Wydaje się, że sytuacja pokazana na rysunku 5. może poprawić sytuację. Tylko jeden opornik i, jak się wydaje, sytuacja się poprawiła.

Rysunek 5. To już jest trochę lepsze.

Ale takie włączenie trochę pomoże. Faktem jest, że w przyrodzie po prostu nie można znaleźć dwóch identycznych urządzeń półprzewodnikowych. Dlatego na przykład tranzystory tego samego typu mają różne wzmocnienie, nawet jeśli pochodzą z tej samej partii produkcyjnej. Tyrystory i triaki są również różne. Niektóre otwierają się łatwo, a inne są tak ciężkie, że trzeba je porzucić. To samo można powiedzieć o diodach LED - dwie absolutnie identyczne, zwłaszcza trzy lub cała wiązka, po prostu nie można znaleźć.

Uwaga na ten temat. W arkuszu danych dla zestawu LED SMD-5050 (trzy niezależne diody LED w jednej obudowie) włączenie pokazane na rysunku 5 nie jest zalecane. Podobnie jak w przypadku rozproszenia parametrów poszczególnych diod LED, różnica w ich blasku może być zauważalna. I wydaje się, w jednym przypadku!

Diody LED oczywiście nie mają wzmocnienia, ale istnieje tak ważny parametr, jak bezpośredni spadek napięcia. I nawet jeśli diody LED zostaną pobrane z jednej partii technologicznej, z jednego opakowania, po prostu nie będzie w nim dwóch identycznych. Dlatego prąd dla wszystkich diod LED będzie inny. Ta dioda LED, w której prąd będzie największy, a wcześniej czy później przekroczy wartość nominalną, zaświeci się przed wszystkimi innymi.

W związku z tym niefortunnym zdarzeniem cały możliwy prąd przepłynie przez dwie ocalałe diody LED, naturalnie przekraczając wartość nominalną. W końcu rezystor obliczono „dla trzech”, dla trzech diod LED. Zwiększony prąd spowoduje zwiększone nagrzewanie kryształów LED, a taki, który jest „słabszy”, również się wypala. Ostatnia dioda LED również nie ma innego wyjścia, jak pójść za przykładem swoich towarzyszy. Uzyskuje się taką reakcję łańcuchową.

W tym przypadku słowo „palić” oznacza po prostu zerwanie obwodu. Ale może się zdarzyć, że na jednej z diod LED nastąpi elementarne zwarcie, powodując bocznikowanie pozostałych dwóch diod. Oczywiście na pewno wyjdą, choć przeżyją. W przypadku takiej awarii rezystor nagrzewa się intensywnie, a na koniec może się wypalić.

Aby temu zapobiec, obwód należy nieco zmienić: dla każdej diody LED zainstaluj własny rezystor, jak pokazano na rysunku 6.

Rysunek 6. I tak diody LED będą działać bardzo długo.

Tutaj wszystko jest wymagane, wszystko zgodnie z zasadami projektowania obwodu: prąd każdej diody LED będzie ograniczony przez jej rezystor. W takim obwodzie prądy przez diody LED są od siebie niezależne.

Ale to włączenie nie wywołuje entuzjazmu, ponieważ liczba rezystorów jest równa liczbie diod LED. Ale chciałbym mieć więcej diod LED i mniej rezystorów. Jak być

Wyjście z tej sytuacji jest dość proste. Każda dioda LED musi zostać zastąpiona łańcuchem diod LED połączonych szeregowo, jak pokazano na rysunku 7.

Ryc. 7. Równoległe włączenie girland.

Kosztem takiej poprawy będzie wzrost napięcia zasilania. Jeśli tylko jedna wolta wystarcza na jedną diodę LED, to nawet dwie diody LED połączone szeregowo nie mogą się zapalić od takiego napięcia. Jakie napięcie jest potrzebne, aby włączyć girlandę diod LED? Lub w inny sposób, ile diod LED można podłączyć do źródła zasilania o napięciu, na przykład 12V?

Uwaga W dalszej części terminu „girlanda” powinna być rozumiana nie tylko jako dekoracja choinki, ale także jako dowolne urządzenie oświetleniowe LED, w którym diody LED są połączone szeregowo lub równolegle. Najważniejsze jest to, że jest więcej niż jedna dioda LED. Girlanda, to także girlanda w Afryce!

Aby uzyskać odpowiedź na to pytanie, wystarczy podzielić napięcie zasilania przez spadek napięcia na diodzie LED. W większości przypadków przy obliczaniu tego napięcia przyjmuje się 2 V. Okazuje się, że 12/2 = 6.Ale nie zapominaj, że pewna część napięcia musi pozostać dla rezystora gaszenia, co najmniej volt 2.

Okazuje się, że na diodach LED pozostaje tylko 10 V, a liczba diod wynosi 10/2 = 5. W tym stanie rzeczy, aby uzyskać prąd 20 mA, rezystor ograniczający musi mieć wartość znamionową 2 V / 20 mA = 100 Ohm. Moc rezystora będzie wynosić P = U * I = 2 V * 20 mA = 40 mW.

Takie obliczenie jest całkiem prawdziwe, jeśli napięcie przednie diod LED w girlandzie, jak wskazano, wynosi 2 V. Jest to ta wartość, która jest często uwzględniana w obliczeniach, jako pewna średnia. Ale w rzeczywistości napięcie to zależy od rodzaju diod LED, od koloru blasku. Dlatego przy obliczaniu stokrotek należy skupić się na rodzaju diod LED. Spadki napięcia dla różnych rodzajów diod LED pokazano w tabeli pokazanej na rysunku 8.

Rysunek 8. Spadek napięcia na diodach LED o różnych kolorach.

Tak więc, przy napięciu zasilania 12 V, minus spadek napięcia na oporniku ograniczającym prąd, można podłączyć łącznie 10 / 3,7 = 2,7027 białych diod LED. Ale nie można odciąć kawałka diody LED, więc można podłączyć tylko dwie diody LED. Ten wynik uzyskuje się, jeśli weźmiemy maksymalną wartość spadku napięcia z tabeli.

Jeśli podstawimy 3 V do obliczeń, to oczywiste jest, że można podłączyć trzy diody LED. W takim przypadku za każdym razem trzeba starannie liczyć rezystancję ograniczającą. Jeśli okaże się, że prawdziwe diody LED mają spadek napięcia o wartości 3,7 V lub więcej, trzy diody LED mogą się nie zaświecić. Lepiej więc zatrzymać się o drugiej.

Zasadniczo nie ma znaczenia, jaki kolor będą miały diody LED, tylko podczas obliczania należy wziąć pod uwagę różne spadki napięcia w zależności od koloru świecenia diody LED. Najważniejsze, że są zaprojektowane dla jednego prądu. Niemożliwe jest złożenie kolejnych girland diod LED, z których niektóre mają prąd 20 mA, a inna część 10 miliamperów.

Oczywiste jest, że przy prądzie 20 mA diody LED o prądzie znamionowym 10 mA po prostu przepalą się. Jeśli ograniczysz prąd do 10 mA, wówczas 20 miliamperów nie będzie świeciło wystarczająco jasno, jak w przełączniku z diodą LED: możesz zobaczyć w nocy, a nie po południu.

Aby ułatwić sobie życie, radioamatorzy opracowują różne programy kalkulatorów, które ułatwiają wszelkiego rodzaju rutynowe obliczenia. Na przykład programy do obliczania indukcyjności, filtry różnych typów, stabilizatory prądu. Istnieje taki program do obliczania girland LED. Zrzut ekranu takiego programu pokazano na rysunku 9.

Rysunek 9. Zrzut ekranu programu „Calculation_resistance_resistor_Ledz_”.

Program działa bez instalacji w systemie, wystarczy go pobrać i używać. Wszystko jest tak proste i jasne, że nie jest wymagane żadne wyjaśnienie zrzutu ekranu. Oczywiście wszystkie diody LED muszą być tego samego koloru i tego samego prądu.

Zobacz także z wcześniej opublikowanej strony: Jak podłączyć diodę LED do sieci oświetleniowej

Rezystory krańcowe są oczywiście dobre. Ale tylko wtedy, gdy wiadomo, że ta girlanda będzie zasilana ustabilizowane źródło DC 12 V, a prąd przez diody LED nie przekroczy obliczonej wartości. Ale co, jeśli po prostu nie ma źródła o napięciu 12V?

Taka sytuacja może wystąpić na przykład w ciężarówce o napięciu 24 V sieci pokładowej. Aby wyjść z tej sytuacji kryzysowej, pomoże stabilizator prądu, na przykład „SSC0018 - Regulowany stabilizator prądu 20..600mA”. Jego wygląd pokazano na rysunku 10. Takie urządzenie można kupić w sklepach internetowych. Cena emisji wynosi 140 ... 300 rubli: wszystko zależy od wyobraźni i arogancji sprzedawcy.

Rysunek 10. Regulowany regulator prądu SSC0018

Specyfikacje stabilizatora pokazano na rysunku 11.

Rysunek 11. Charakterystyka techniczna aktualnego stabilizatora SSC0018

Początkowo stabilizator prądu SSC0018 został zaprojektowany do stosowania w oprawach oświetleniowych LED, ale może być również stosowany do ładowania małych akumulatorów. Korzystanie z SSC0018 jest dość proste.

Rezystancja obciążenia na wyjściu stabilizatora prądu może wynosić zero, możesz po prostu zewrzeć zaciski wyjściowe. W końcu stabilizatory i źródła prądu nie boją się zwarć. W takim przypadku prąd wyjściowy zostanie oceniony. Cóż, jeśli ustawisz 20mA, to tyle będzie.

Z powyższego możemy wywnioskować, że miliamperomierz prądu stałego może być bezpośrednio podłączony do wyjścia stabilizatora prądu. Takie połączenie należy rozpocząć od największej granicy pomiaru, ponieważ nikt nie wie, jaki prąd jest tam regulowany. Następnie wystarczy obrócić rezystor strojenia, aby ustawić wymagany prąd. W takim przypadku oczywiście nie zapomnij podłączyć stabilizatora prądu SSC0018 do zasilacza. Rysunek 12 pokazuje schemat okablowania SSC0018 do zasilania diod LED podłączonych równolegle.

Rysunek 12. Podłączenie do zasilania diod LED podłączonych równolegle

Wszystko tutaj wynika z diagramu. W przypadku czterech diod LED o prądzie zużycia 20 mA każde wyjście stabilizatora musi być ustawione na prąd 80 mA. W tym przypadku na wejściu stabilizatora SSC0018 wymagane jest nieco większe napięcie niż spadek napięcia na jednej diodzie LED, jak wspomniano powyżej. Oczywiście odpowiednie jest większe napięcie, ale doprowadzi to tylko do dodatkowego nagrzania układu stabilizującego.

Uwaga Jeśli, aby ograniczyć prąd za pomocą rezystora, napięcie źródła zasilania powinno nieznacznie przekraczać całkowite napięcie na diodach LED, tylko dwa wolty, to dla normalnej pracy stabilizatora prądu SSC0018 ten nadmiar powinien być nieco wyższy. Nie mniej niż 3 ... 4 V, w przeciwnym razie element regulujący stabilizatora po prostu się nie otworzy.

Rysunek 13 pokazuje połączenie stabilizatora SSC0018 przy użyciu girlandy kilku diod LED połączonych szeregowo.

Rysunek 13. Zasilanie ciągu szeregowego przez stabilizator SSC0018

Liczba pochodzi z dokumentacji technicznej, więc spróbujmy obliczyć liczbę diod LED w girlandzie i stałe napięcie wymagane od zasilacza.

Prąd wskazywany na obwodzie, 350mA, pozwala nam wnioskować, że girlanda jest złożona z potężnych białych diod LED, ponieważ, jak wspomniano powyżej, głównym celem stabilizatora SSC0018 są źródła światła. Spadek napięcia na białej diodzie LED mieści się w zakresie 3 ... 3,7 V. Do obliczeń należy przyjąć maksymalną wartość 3,7 V.

Maksymalne napięcie wejściowe stabilizatora SSC0018 wynosi 50 V. Odejmij od tej wartości 5 V, niezbędnej dla samego stabilizatora, pozostaje 45 V. Napięcie to może być „podświetlone” 45 / 3,7 = 12.1621621 ... diody LED. Oczywiście należy to zaokrąglić do 12.

Liczba diod LED może być mniejsza. Wtedy napięcie wejściowe będzie musiało zostać zmniejszone (podczas gdy prąd wyjściowy się nie zmieni, pozostanie 350mA po dostosowaniu), dlaczego powinienem dostarczać 50V do 3 diod LED, nawet mocnych? Takie kpiny mogą zakończyć się niepowodzeniem, ponieważ mocne diody LED wcale nie są tanie. Jakie napięcie będzie wymagane do podłączenia trzech mocnych diod LED?

Regulowany stabilizator prądu SSC0018 jest całkiem niezły. Ale całe pytanie brzmi: czy zawsze jest potrzebne? A cena urządzenia jest nieco myląca. Co może być wyjściem z tej sytuacji? Wszystko jest bardzo proste. Doskonały regulator prądu uzyskano ze zintegrowanych stabilizatorów napięcia, na przykład z serii 78XX lub LM317.

Aby stworzyć taki stabilizator prądu oparty na stabilizatorze napięcia, potrzebne są tylko 2 części. W rzeczywistości sam stabilizator i jeden rezystor, którego rezystancja i moc pomogą obliczyć program StabDesign, którego zrzut ekranu pokazano na rycinie 14.

Rysunek 14. Obliczenie aktualnego stabilizatora za pomocą programu StabDesign.

Program nie wymaga specjalnych wyjaśnień. W menu rozwijanym Typ wybiera się rodzaj stabilizatora, w linii Iн ustawia się wymagany prąd i wciska się przycisk Oblicz. Rezultatem jest rezystancja rezystora R1 i jego moc. Na rysunku obliczenia przeprowadzono dla prądu 20 mA.Jest tak w przypadku, gdy diody LED są połączone szeregowo. W przypadku połączenia równoległego prąd oblicza się w taki sam sposób, jak pokazano na rysunku 12.

Girlanda LED jest podłączona zamiast rezystora Rн, symbolizując obciążenie obecnego stabilizatora. Możliwe jest nawet podłączenie tylko jednej diody LED. W tym przypadku katoda jest podłączona do wspólnego drutu, a anoda do rezystora R1.

Napięcie wejściowe rozważanego stabilizatora prądu mieści się w zakresie 15 ... 39V, ponieważ zastosowano stabilizator 7812 o napięciu stabilizacji 12 V.

Wydawałoby się, że to koniec historii o diodach LED. Ale są też paski LED, które zostaną omówione w następnym artykule.

Kontynuacja artykułu: Aplikacja paska LED

Boris Aladyshkin