Buenos y malos patrones de cableado LED

En artículos anteriores, se han descrito varios problemas relacionados con la conexión de LED. Pero no puede escribir todo en un artículo, por lo que debe continuar con este tema. Aquí hablaremos sobre varias formas de encender los LED.

Como se menciona en los artículos mencionados, LED es un dispositivo actuales decir la corriente a través de ella debe estar limitada por una resistencia. Ya se ha descrito cómo calcular esta resistencia, no repetiremos aquí, pero daremos la fórmula, por si acaso, nuevamente.

Figura 1

Aquí está arriba - tensión de alimentación, Uad. - caída de voltaje a través del LED, R - resistencia de la resistencia limitadora, I - corriente a través del LED.

Sin embargo, a pesar de toda la teoría, la industria china produce todo tipo de recuerdos, baratijas, encendedores, en los que el LED se enciende sin una resistencia limitante: solo dos o tres baterías de disco y un LED. En este caso, la corriente está limitada por la resistencia interna de la batería, cuya potencia simplemente no es suficiente para quemar el LED.

Pero aquí, además del agotamiento, existe otra propiedad desagradable: la degradación de los LED, más inherente a los LED blancos y azules: después de un tiempo, el brillo del brillo se vuelve bastante insignificante, aunque la corriente a través del LED fluye lo suficiente, en el nivel nominal.

Esto no quiere decir que no brille en absoluto, el brillo apenas se nota, pero ya no es una linterna. Si a una corriente nominal la degradación ocurre no antes de un año de luminiscencia continua, entonces con una corriente exagerada, este fenómeno se puede esperar en media hora. Esta inclusión del LED debería llamarse mala.

Tal esquema solo puede explicarse por el deseo de ahorrar en una resistencia, soldadura y costos de mano de obra, lo que, con una escala masiva de producción, aparentemente está justificado. Además, un encendedor o llavero es algo único y barato: el gas se ha agotado o la batería se ha agotado, simplemente tiraron el recuerdo.

Figura 2. El esquema es malo, pero se usa con bastante frecuencia.

Suceden cosas muy interesantes (por supuesto, por accidente) si, mediante este esquema, el LED se conecta a una fuente de alimentación con un voltaje de salida de 12V y una corriente de al menos 3A: se produce un destello cegador, un estallido bastante fuerte, se escucha humo y queda un olor sofocante. Entonces recuerdo esta parábola: “¿Es posible mirar al Sol a través de un telescopio? Sí, pero solo dos veces. Una con el ojo izquierdo, la otra con el ojo derecho. Por cierto, conectar un LED sin una resistencia limitadora es el error más común entre los principiantes, y me gustaría advertirlo.

Para corregir esta situación, extienda la vida útil del LED, el circuito debe modificarse ligeramente.

Figura 3. Buen diseño, correcto.

Es un esquema de este tipo que debe considerarse bueno o correcto. Para verificar si el valor de la resistencia R1 está indicado correctamente, puede usar la fórmula que se muestra en la Figura 1. Suponemos que la caída de voltaje en el LED 2V, corriente 20mA, voltaje 3V debido al uso de dos baterías de dedo.

En general, no tiene que esforzarse por limitar la corriente al nivel de 20 mA máximo permitido, puede alimentar el LED con una corriente más baja, bueno, al menos, un miliamperio de 15 ... 18. En este caso, habrá una disminución muy leve en el brillo, que el ojo humano, debido a las características del dispositivo, no notará en absoluto, pero la vida útil del LED aumentará significativamente.

Otro ejemplo de LED mal encendidos se puede encontrar en varias linternas, ya más potentes que los llaveros y encendedores. En este caso, una cierta cantidad de LED, a veces bastante grandes, simplemente se conectan en paralelo, y también sin una resistencia limitadora, que nuevamente actúa como la resistencia interna de la batería.Tales linternas a menudo se reparan precisamente debido al agotamiento de los LED.

Figura 4. Diagrama de cableado absolutamente malo.

Parecería que la situación que se muestra en la Figura 5 puede corregir la situación: solo una resistencia y, al parecer, las cosas mejoraron.

Figura 5. Esto ya está un poco mejor.

Pero tal inclusión ayudará un poco. El hecho es que en la naturaleza simplemente no es posible encontrar dos dispositivos semiconductores idénticos. Es por eso que, por ejemplo, los transistores del mismo tipo tienen una ganancia diferente, incluso si son del mismo lote de producción. Tiristores y triacs también son diferentes. Algunos se abren fácilmente, mientras que otros son tan pesados ​​que tienen que ser abandonados. Lo mismo puede decirse de los LED: dos absolutamente idénticos, especialmente tres o un grupo completo, es simplemente imposible de encontrar.

Nota sobre el tema. En la Hoja de datos para el conjunto de LED SMD-5050 (tres LED independientes en una carcasa), no se recomienda la inclusión que se muestra en la Figura 5. Como, debido a la dispersión de los parámetros de los LED individuales, la diferencia en su brillo puede ser notable. ¡Y parecería, en un caso!

Los LED, por supuesto, no tienen ganancia, pero hay un parámetro tan importante como la caída directa de voltaje. E incluso si los LED se toman de un lote tecnológico, de un paquete, entonces simplemente no habrá dos idénticos en él. Por lo tanto, la corriente para todos los LED será diferente. Ese LED, en el que la corriente será más, y tarde o temprano excederá el nominal, se encenderá antes que todos los demás.

En relación con este desafortunado evento, toda la corriente posible pasará por los dos LED supervivientes, excediendo naturalmente el nominal. Después de todo, la resistencia se calculó "para tres", para tres LED. Un aumento de la corriente provocará un aumento del calentamiento de los cristales LED, y uno que es "más débil" también se quema. El último LED tampoco tiene más remedio que seguir el ejemplo de sus camaradas. Se obtiene dicha reacción en cadena.

En este caso, la palabra "quemar" significa simplemente romper el circuito. Pero puede suceder que en uno de los LED se produzca un cortocircuito elemental, derivando los dos LED restantes. Naturalmente, seguramente saldrán, aunque sobrevivirán. Con tal mal funcionamiento, la resistencia se calentará intensamente y, al final, puede quemarse.

Para evitar que esto suceda, el circuito debe cambiarse ligeramente: para cada LED, instale su propia resistencia, que se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Y así, los LED durarán mucho tiempo.

Aquí, todo es como se requiere, todo de acuerdo con las reglas del diseño del circuito: la corriente de cada LED estará limitada por su resistencia. En dicho circuito, las corrientes a través de los LED son independientes entre sí.

Pero esta inclusión no causa mucho entusiasmo, ya que la cantidad de resistencias es igual a la cantidad de LED. Pero me gustaría tener más LED y menos resistencias. Como ser

La salida de esta situación es bastante simple. Cada LED debe reemplazarse por una cadena de LED conectados en serie, como se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Inclusión paralela de guirnaldas.

El costo de tal mejora será un aumento en el voltaje de suministro. Si solo un voltio es suficiente para un LED, incluso dos LED conectados en serie no pueden encenderse a partir de dicho voltaje. Entonces, ¿qué voltaje se necesita para encender una guirnalda de LED? O de otra manera, ¿cuántos LED se pueden conectar a una fuente de alimentación con un voltaje, por ejemplo, 12V?

Observación En lo sucesivo, el término "guirnalda" debe entenderse no solo como una decoración del árbol de Navidad, sino también como cualquier dispositivo de iluminación LED en el que los LED están conectados en serie o en paralelo. Lo principal es que hay más de un LED. ¡Una guirnalda, también es una guirnalda en África!

Para obtener una respuesta a esta pregunta, es suficiente simplemente dividir el voltaje de suministro por la caída de voltaje en el LED. En la mayoría de los casos, al calcular este voltaje se toma 2V. Entonces resulta 12/2 = 6.Pero no olvide que una parte del voltaje debe permanecer para la resistencia de enfriamiento, al menos el voltio 2.

Resulta que solo quedan 10 V en los LED, y el número de LED se convierte en 10/2 = 5. En este estado de cosas, para obtener una corriente de 20 mA, la resistencia limitadora debe tener una clasificación de 2V / 20mA = 100Ohm. La potencia de la resistencia será P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Tal cálculo es bastante cierto si el voltaje directo de los LED en la guirnalda, como se indica, es de 2V. Es este valor el que a menudo se toma en los cálculos, como un promedio. Pero, de hecho, este voltaje depende del tipo de LED, del color del brillo. Por lo tanto, al calcular las margaritas, debe centrarse en el tipo de LED. Las caídas de voltaje para diferentes tipos de LED se muestran en la tabla que se muestra en la Figura 8.

Figura 8. Caída de voltaje en LED de diferentes colores.

Por lo tanto, con un voltaje de alimentación de 12V, menos la caída de voltaje a través de la resistencia limitadora de corriente, se puede conectar un total de 10 / 3.7 = 2.7027 LED blancos. Pero no puede cortar una pieza del LED, por lo que solo se pueden conectar dos LED. Este resultado se obtiene si tomamos el valor máximo de la caída de voltaje de la tabla.

Si sustituimos 3V en el cálculo, entonces es obvio que se pueden conectar tres LED. En este caso, cada vez que tenga que contar minuciosamente la resistencia de la resistencia limitadora. Si los LED reales tienen una caída de voltaje de 3.7V, o tal vez más, los tres LED pueden no encenderse. Entonces es mejor detenerse a las dos.

No importa fundamentalmente de qué color sean los LED, solo al calcular tendrá que tener en cuenta las diferentes caídas de voltaje según el color del brillo del LED. Lo principal es que están diseñados para una corriente. Es imposible ensamblar una guirnalda consecutiva de LED, algunos de los cuales tienen una corriente de 20 mA, y otra parte de 10 miliamperios.

Está claro que a una corriente de 20 mA, los LED con una corriente nominal de 10 mA simplemente se apagarán. Si limita la corriente a 10 mA, entonces 20 miliamperios no se iluminarán intensamente, como en un interruptor con un LED: puede ver por la noche, no por la tarde.

Para facilitarse la vida, los radioaficionados desarrollan varios programas de calculadora que facilitan todo tipo de cálculos de rutina. Por ejemplo, programas para calcular inductancias, filtros de varios tipos, estabilizadores de corriente. Existe un programa de este tipo para calcular guirnaldas LED. Una captura de pantalla de dicho programa se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Captura de pantalla del programa "Calculation_resistance_resistor_Ledz_".

El programa funciona sin instalación en el sistema, solo necesita descargarlo y usarlo. Todo es tan simple y claro que no se requiere ninguna explicación para la captura de pantalla. Naturalmente, todos los LED deben ser del mismo color y con la misma corriente.

Véase también de un publicado anteriormente en el sitio: Cómo conectar el LED a la red de iluminación.

Las resistencias límite son, por supuesto, buenas. Pero solo cuando se sabe que esta guirnalda será alimentada por fuente estabilizada DC 12V, y la corriente a través de los LED no excederá el valor calculado. Pero, ¿qué pasa si simplemente no hay una fuente con un voltaje de 12V?

Tal situación puede surgir, por ejemplo, en un camión con un voltaje de red a bordo de 24V. Para salir de tal situación de crisis, un estabilizador de corriente ayudará, por ejemplo, "SSC0018 - Estabilizador de corriente ajustable 20..600 mA". Su apariencia se muestra en la Figura 10. Tal dispositivo se puede comprar en tiendas en línea. El precio del problema es de 140 ... 300 rublos: todo depende de la imaginación y la arrogancia del vendedor.

Figura 10. Regulador de corriente ajustable SSC0018

Las especificaciones del estabilizador se muestran en la Figura 11.

Figura 11. Características técnicas del estabilizador actual SSC0018

Inicialmente, el estabilizador de corriente SSC0018 fue diseñado para su uso en dispositivos de iluminación LED, pero también se puede usar para cargar baterías pequeñas. Usar el SSC0018 es bastante simple.

La resistencia de carga en la salida del estabilizador de corriente puede ser cero, simplemente puede cortocircuitar los terminales de salida. Después de todo, los estabilizadores y las fuentes de corriente no temen los cortocircuitos. En este caso, la corriente de salida será clasificada. Bueno, si configura 20mA, entonces habrá mucho.

De lo anterior, podemos concluir que un miliamperímetro de corriente continua puede conectarse directamente a la salida del estabilizador de corriente. Dicha conexión debe iniciarse desde el límite de medición más grande, porque nadie sabe qué corriente está regulada allí. A continuación, simplemente gire la resistencia de sintonización para establecer la corriente requerida. En este caso, por supuesto, no olvide conectar el estabilizador de corriente SSC0018 a la fuente de alimentación. La Figura 12 muestra el diagrama de cableado SSC0018 para alimentar los LED conectados en paralelo.

Figura 12. Conexión para alimentar los LED conectados en paralelo

Todo aquí está claro en el diagrama. Para cuatro LED con una corriente de consumo de 20 mA, cada salida del estabilizador debe establecerse en una corriente de 80 mA. En este caso, en la entrada del estabilizador SSC0018, se requiere un poco más de voltaje que la caída de voltaje en un LED, como se mencionó anteriormente. Por supuesto, un voltaje mayor es adecuado, pero esto solo conducirá a un calentamiento adicional del chip estabilizador.

Observación Si, para limitar la corriente con una resistencia, el voltaje de la fuente de alimentación debe exceder ligeramente el voltaje total en los LED, solo dos voltios, entonces, para el funcionamiento normal del estabilizador de corriente SSC0018, este exceso debe ser ligeramente mayor. No menos de 3 ... 4V, de lo contrario, el elemento regulador del estabilizador simplemente no se abrirá.

La Figura 13 muestra la conexión del estabilizador SSC0018 cuando se usa una guirnalda de varios LED conectados en serie.

Figura 13. Alimentación de una cadena en serie a través del estabilizador SSC0018

La figura está tomada de la documentación técnica, así que tratemos de calcular el número de LED en la guirnalda y el voltaje constante requerido de la fuente de alimentación.

La corriente indicada en el diagrama, 350 mA, nos permite concluir que la guirnalda se ensambla a partir de potentes LED blancos, porque, como se mencionó anteriormente, el objetivo principal del estabilizador SSC0018 son las fuentes de iluminación. La caída de voltaje a través del LED blanco está dentro de 3 ... 3.7V. Para el cálculo, debe tomar el valor máximo de 3.7V.

El voltaje de entrada máximo del estabilizador SSC0018 es de 50V. Restar de este valor de 5V, necesario para el estabilizador mismo, permanece 45V. Este voltaje puede ser "iluminado" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LED. Obviamente, esto debería redondearse a 12.

El número de LED puede ser menor. Entonces, el voltaje de entrada tendrá que reducirse (mientras que la corriente de salida no cambiará, seguirá siendo 350 mA como se ajustó), ¿por qué debería suministrar 50V a 3 LED, incluso los potentes? Dicha burla puede terminar en fracaso, porque los LED potentes no son en absoluto baratos. ¿Qué voltaje se requerirá para conectar tres LED potentes?

El estabilizador de corriente ajustable SSC0018 es bastante bueno. Pero toda la pregunta es, ¿siempre se necesita? Y el precio del dispositivo es algo confuso. ¿Cuál puede ser la salida de esta situación? Todo es muy sencillo. Se obtiene un excelente estabilizador de corriente de los estabilizadores de voltaje integrados, por ejemplo, las series 78XX o LM317.

Para crear un estabilizador de corriente basado en un estabilizador de voltaje, solo se requieren 2 partes. En realidad, el estabilizador en sí y una sola resistencia, cuya resistencia y potencia ayudarán a calcular el programa StabDesign, una captura de pantalla de la cual se muestra en la Figura 14.

Dibujo 14. El cálculo del estabilizador actual utilizando el programa StabDesign.

El programa no requiere explicaciones especiales. En el menú desplegable Tipo, se selecciona el tipo de estabilizador, en la línea I se configura la corriente requerida y se presiona el botón Calcular. El resultado es la resistencia de la resistencia R1 y su potencia. En la figura, el cálculo se realizó para una corriente de 20 mA.Este es el caso cuando los LED están conectados en serie. Para una conexión en paralelo, la corriente se calcula de la misma manera que se muestra en la Figura 12.

La guirnalda LED está conectada en lugar de la resistencia Rн, simbolizando la carga del estabilizador de corriente. Incluso es posible conectar solo un LED. En este caso, el cátodo está conectado a un cable común y el ánodo a la resistencia R1.

El voltaje de entrada del estabilizador de corriente considerado está en el rango de 15 ... 39V, ya que se usa el estabilizador 7812 con un voltaje de estabilización de 12V.

Parece que este es el final de la historia sobre los LED. Pero también hay tiras de LED, que se discutirán en el próximo artículo.

Continuación del artículo: Aplicación de tira de LED

Boris Aladyshkin