Dobri i loši obrasci ožičenja LED-a

U prethodnim člancima opisana su različita pitanja vezana za povezivanje LED dioda. Ali ne možete sve napisati u jednom članku, pa morate nastaviti s ovom temom. Ovdje ćemo govoriti o raznim načinima uključivanja LED-ova.

Kao što je spomenuto u spomenutim člancima, LED je trenutni uređaj, tj. struja kroz nju mora biti ograničena otpornikom. Kako izračunati ovaj otpornik već je opisano, ovdje nećemo ponavljati, ali ćemo dati formulu, za svaki slučaj, opet.

Slika 1

Evo gore. - napon napajanja, Uad. - pad napona preko LED-a, R - otpor graničnog otpora, I - struja kroz LED.

No, unatoč svim teorijama, kineska industrija proizvodi sve vrste suvenira, sitnica, upaljača, u kojima se LED uključuje bez ograničavajućeg otpornika: samo dvije ili tri diskovne baterije i jedan LED. U ovom slučaju, struja je ograničena unutarnjim otporom baterije, čija snaga jednostavno nije dovoljna za paljenje LED-a.

Ali ovdje, osim izgaranja, postoji još jedno neugodno svojstvo - degradacija LED dioda, najviše svojstvenih bijelim i plavim LED-ima: nakon nekog vremena, svjetlina sjaja postaje prilično beznačajna, iako struja kroz LED teče sasvim dovoljno, na nominalnoj razini.

To ne znači da uopće ne sjaji, sjaj je jedva primjetljiv, ali ovo više nije svjetiljka. Ako se degradacija nazivne struje dogodi ne ranije od godinu dana neprekidne luminescencije, tada se s precijenjenom strujom može očekivati ​​za ovaj fenomen za pola sata. Uključivanje LED-a trebalo bi nazvati lošim.

Takva se shema može objasniti samo željom za uštedom na jednom otporniku, troškovima lemljenja i rada, što je, s ogromnom razinom proizvodnje, naizgled opravdano. Uz to je upaljač ili privjesak za ključeve jednokratna, jeftina stvar: ponestalo je benzina ili se ispraznila baterija - jednostavno su bacili suvenir.

Slika 2. Shema je loša, ali se koristi prilično često.

Vrlo zanimljive stvari izlaze (naravno, slučajno) ako je LED-om takva shema spojena na jedinicu za napajanje s izlaznim naponom od 12 V i strujom od najmanje 3A: pojavljuje se zasljepljujuća bljeskalica, čuje se prilično glasan pop, dim i zaostaje zadah. Stoga se sjećam ove prispodobe: „Je li moguće gledati Sunce teleskopom? Da, ali samo dva puta. Jednom s lijevim okom, a drugim s desnim. " Usput, spajanje LED-a bez ograničavajućeg otpora najčešća je pogreška među početnicima i na to bih želio upozoriti.

Da biste popravili ovu situaciju, produžite životni vijek LED-a, krug treba malo izmijeniti.

Slika 3. Dobar izgled, ispravan.

To je takva shema koju treba smatrati dobrom ili ispravnom. Da biste provjerili je li vrijednost otpornika R1 ispravno naznačena, možete koristiti formulu prikazanu na slici 1. Pretpostavljamo da je pad napona na LED 2V, struja 20mA, napon 3V zbog korištenja baterija s dva prsta.

Općenito, ne morate težiti ograničenju struje na razinu maksimalno dopuštenih 20 mA, možete napajati LED nižom strujom, dobro, barem milliamp 15 ... 18. U tom će slučaju doći do vrlo laganog smanjenja svjetline, što ljudsko oko, zbog karakteristika uređaja, uopće neće primijetiti, ali životni vijek LED-a znatno će se povećati.

Drugi primjer loše uključenih LED-ova može se pronaći u raznim svjetiljkama, već snažnijim od privjesaka i upaljača. U ovom slučaju se određeni broj LED-ova, ponekad prilično velikih, jednostavno povežu paralelno, a također bez ograničavajućeg otpora, koji opet djeluje kao unutarnji otpor baterije.Takve svjetiljke često se popravljaju upravo zbog izgaranja LED dioda.

Slika 4. Apsolutno loš dijagram ožičenja.

Čini se da situacija prikazana na slici 5. može popraviti situaciju: Samo jedan otpornik i, čini se, stvari su krenule nabolje.

Slika 5. Ovo je već malo bolje.

Ali takvo uključivanje će malo pomoći. Činjenica je da u prirodi jednostavno nije moguće pronaći dva identična poluvodička uređaja. Zbog toga, na primjer, tranzistori iste vrste imaju različit dobitak, čak i ako su iz iste proizvodne serije. Tiristori i trijaci također su različiti. Neki se lako otvaraju, dok su drugi toliko teški da ih treba napustiti. Isto se može reći i za LED-ove - dvije apsolutno identične, pogotovo tri ili čitava hrpa, jednostavno je nemoguće pronaći.

Bilješka o temi. U podatkovnom listu za SMD-5050 LED sklop (tri neovisna LED u jednom kućištu) ne uključuje se prikazano na slici 5. Zbog raspršenja parametara pojedinih LED-ova može se primijetiti razlika u njihovom sjaju. A činilo bi se, u jednom slučaju!

LED, naravno, nemaju dobitak, ali postoji tako važan parametar kao izravni pad napona. Pa čak i ako se LED uzimaju iz jedne tehnološke serije, iz jednog paketa, onda u njoj jednostavno neće biti dvije identične. Stoga će struja za sve LED diode biti drugačija. Ona LED, u kojoj će biti struje najviše i prije ili kasnije će premašiti nazivnu, upalit će se prije svih ostalih.

U vezi s ovim nesretnim događajem, sva moguća struja proći će kroz dva preživjela LED-a, što prirodno premašuje nazivnu. Uostalom, otpornik je izračunat "za tri", za tri LED-a. Pojačana struja uzrokovat će pojačano zagrijavanje LED kristala, a onaj koji je "slabiji" također gori. Zadnji LED također nema drugog izbora osim slijediti primjer svojih drugova. Dobiva se takva lančana reakcija.

U ovom slučaju riječ "gori" znači jednostavno prekid kruga. No može se dogoditi da kod jednog od LED-ova nastane elementarni kratki spoj, manevriranje preostala dva LED-a. Naravno, oni će sigurno izaći, iako će preživjeti. S takvom neispravnošću, otpornik će se intenzivno zagrijavati i na kraju može izgorjeti.

Da se to ne bi dogodilo, krug je potrebno malo promijeniti: za svaki LED ugradite vlastiti otpornik, što je prikazano na slici 6.

Slika 6. I tako, LED diode će trajati jako dugo.

Ovdje je sve kako je potrebno, a sve u skladu s pravilima dizajna krugova: struja svakog LED-a bit će ograničena njegovim otpornikom. U takvom su krugu struje kroz LED diode neovisne jedna o drugoj.

Ali ovo uključivanje ne izaziva veliko oduševljenje, jer je broj otpornika jednak broju LED-ova. Ali volio bih imati više LED-ova i manje otpornika. Kako biti?

Izlaz iz ove situacije prilično je jednostavan. Svaki LED se mora zamijeniti lancem serijski povezanih LED-ova, kao što je prikazano na slici 7.

Slika 7. Paralelno uključivanje vijenca.

Trošak takvog poboljšanja bit će povećanje napona napajanja. Ako je za jedan LED dovoljan samo jedan volt, tada se čak i dva LED-a koja su serijski spojena ne mogu zapaliti od takvog napona. Pa koji je napon potreban da biste uključili vijenac LED? Ili na neki drugi način, koliko se LED može povezati s izvorom napajanja, na primjer, 12V?

Napomena. U nastavku, termin "vijenac" treba razumjeti ne samo kao ukras za božićno drvce, već i kao bilo koji rasvjetni LED uređaj na koji su LED žaruljice povezane serijski ili paralelno. Glavna stvar je da postoji više od jednog LED-a. Garland, to je i vijenac u Africi!

Da biste dobili odgovor na ovo pitanje, dovoljno je da jednostavno podijelite napon napajanja padom napona na LED-u. U većini slučajeva pri izračunavanju ovog napona uzima se 2V. Tada se ispada 12/2 = 6.Ali nemojte zaboraviti da neki dio napona mora ostati za otpornik za gašenje, barem volt 2.

Ispada da samo 10 V ostaje na LED-ima, a broj LED-ova postaje 10/2 = 5. U ovoj situaciji, za dobivanje struje od 20 mA, granični otpornik mora imati nominalnu vrijednost 2V / 20mA = 100Ohm. Snaga otpornika bit će P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Takav je izračun sasvim istinit ako je prednji napon LED-ova u vijencu, kako je naznačeno, 2V. Ta se vrijednost u izračunima često uzima kao prosječna. Ali u stvari, ovaj napon ovisi o vrsti LED-a, boji boje. Stoga se prilikom izračuna tratinčica treba usredotočiti na vrstu LED-a. Pad napona za različite vrste LED-ova prikazan je u tablici prikazanoj na slici 8.

Slika 8. Pad napona na LED različitim bojama.

Dakle, s naponom napajanja od 12 V, umanjenim padom napona preko otpornika koji ograničava struju, može se spojiti ukupno 10 / 3,7 = 2,7727 bijelih LED dioda. Ali ne možete odrezati dio LED-a, tako da mogu biti povezane samo dvije LED. Taj se rezultat dobiva ako iz tablice uzmemo maksimalnu vrijednost pada napona.

Ako u izračun zamijenimo 3V, onda je očito da se mogu povezati tri LED-a. U tom slučaju svaki put morate mukotrpno brojati otpor ograničavajućeg otpora. Ako se ispostavi da stvarne LED diode padaju s naponom od 3,7 V ili su možda i veće, tri LED diode možda neće svijetliti. Stoga je bolje zaustaviti se u dva.

U osnovi nije važno kakve će boje biti LED, samo prilikom izračuna morat ćete uzeti u obzir različite pada napona ovisno o boji LED svjetla. Glavna stvar je da su dizajnirani za jednu struju. Nemoguće je sastaviti konzistentnu vijencu LED dioda, od kojih neke imaju struju 20 mA, a druge dio od 10 miliampera.

Jasno je da će se kod struje od 20 mA LED diode nazivne struje od 10 mA jednostavno izgorjeti. Ako ograničite struju na 10 mA, tada se 20 miliampera neće upaliti jarko, poput prekidača s LED-om: možete vidjeti noću, a ne popodne.

Da bi sebi olakšali život, radioamateri razvijaju različite programe za kalkulator koji olakšavaju sve vrste rutinskih izračuna. Na primjer, programi za računanje induktiviteta, filteri raznih vrsta, stabilizatori struje. Postoji takav program za izračunavanje LED vijenca. Snimka zaslona takvog programa prikazana je na slici 9.

Slika 9. Snimak ekrana programa "Calculation_resistance_resistor_Ledz_".

Program radi bez instalacije u sustavu, samo ga trebate preuzeti i koristiti. Sve je tako jednostavno i jasno da uopće nije potrebno objašnjenje za snimku zaslona. Naravno, sve LED diode moraju biti iste boje i iste struje.

Pogledajte i od prethodno objavljenih stranica: Kako spojiti LED na rasvjetnu mrežu

Krajnji otpornici su, naravno, dobri. Ali tek kad se zna da će se tim vijencem napajati stabilizirani izvor DC 12V, a struja kroz LED diode neće premašiti izračunatu vrijednost. Ali što ako jednostavno nema izvora s naponom od 12 V?

Takva se situacija može pojaviti, na primjer, u kamionu s naponom 24V brodske mreže. Za izlazak iz takve krizne situacije pomoći će strujni stabilizator, na primjer, "SSC0018 - Podesivi strujni stabilizator 20..600mA". Njegov izgled prikazan je na slici 10. Takav se uređaj može kupiti u mrežnim trgovinama. Cijena izdanja je 140 ... 300 rubalja: sve ovisi o mašti i arogantnosti prodavatelja.

Slika 10. Podesivi regulator struje SSC0018

Specifikacije stabilizatora prikazane su na slici 11.

Slika 11. Tehničke karakteristike stabilizatora struje SSC0018

U početku je stabilizator struje SSC0018 dizajniran za upotrebu u LED rasvjetnim tijelima, ali se također može koristiti za punjenje malih baterija. Korištenje SSC0018 je vrlo jednostavno.

Otpor opterećenja na izlazu stabilizatora struje može biti nula, jednostavno možete kratko spojiti izlazne terminale. Uostalom, stabilizatori i izvori struje ne boje se kratkog spoja. U tom slučaju će se nazivati ​​izlazna struja. Pa, ako postavite 20mA, toliko toga će biti.

Iz prethodnog možemo zaključiti da se na izlaz trenutnog stabilizatora može izravno povezati miliampermetar istosmjerne struje. Takvu vezu treba započeti od najveće granice mjerenja, jer nitko ne zna što je struja tamo regulirana. Zatim jednostavno zakrenite podešavanje otpornika za podešavanje potrebne struje. U ovom slučaju, naravno, ne zaboravite spojiti trenutni stabilizator SSC0018 na napajanje. Na slici 12. prikazana je shema ožičenja SSC0018 za napajanje LED paralelno.

Slika 12. Priključak za napajanje LED dioda spojenih paralelno

Sve je ovdje jasno iz dijagrama. Za četiri LED diode s potrošnjom od 20 mA, svaki izlaz stabilizatora mora biti postavljen na struju od 80 mA. U ovom je slučaju na ulazu stabilizatora SSC0018 potrebno malo više napona od pada napona na jednoj LED, kao što je gore spomenuto. Naravno, prikladan je veći napon, ali to će samo dovesti do dodatnog zagrijavanja stabilizacijskog čipa.

Napomena. Ako bi za ograničavanje struje pomoću otpornika napon izvora napajanja trebao neznatno premašiti ukupni napon na LED-ima, samo dva volta, tada bi za normalan rad stabilizatora struje SSC0018 taj višak trebao biti malo veći. Ne manje od 3 ... 4V, inače se regulatorni element stabilizatora jednostavno neće otvoriti.

Na slici 13 prikazana je veza stabilizatora SSC0018 kada se koristi vijenac od nekoliko serijski povezanih LED-ova.

Slika 13. Uključivanje serijskog niza kroz stabilizator SSC0018

Slika je preuzeta iz tehničke dokumentacije, pa pokušajmo izračunati broj LED dioda u vijencu i konstantni napon potreban iz napajanja.

Struja naznačena na dijagramu, 350mA, omogućava nam da zaključimo da je vijenac sastavljen iz moćnih bijelih LED dioda, jer, kao što je već spomenuto, glavna svrha stabilizatora SSC0018 su izvori rasvjete. Pad napona preko bijele LED diode je unutar 3 ... 3,7V. Za proračun biste trebali uzeti maksimalnu vrijednost od 3,7 V.

Maksimalni ulazni napon stabilizatora SSC0018 je 50V. Oduzimanje od ove vrijednosti 5V, potrebno za sam stabilizator, ostaje 45V. Taj se napon može "osvijetliti" 45 / 3,7 = 12,1621621 ... LED. Očito bi to trebalo zaokružiti na 12.

Broj LED dioda može biti manji. Tada će se ulazni napon morati smanjiti (dok se izlazna struja neće promijeniti, ostat će 350mA kako je podešeno), zašto bih trebao napajati 50V do 3 LED, čak i moćne? Takva ismijavanja mogu završiti neuspjehom, jer moćni LED-ovi nikako nisu jeftini. Koliki će napon biti potreban za spajanje tri snažne LED diode za one koji žele, ali uvijek se mogu pronaći, sami mogu izračunati.

Podesivi uređaj za stabilizaciju struje SSC0018 je prilično dobar. Ali cijelo je pitanje je li to uvijek potrebno? A cijena uređaja je pomalo zbunjujuća. Što može biti izlaz iz ove situacije? Sve je vrlo jednostavno. Izvrsni stabilizator struje dobiva se od integriranih stabilizatora napona, na primjer, serije 78XX ili LM317.

Da biste stvorili takav stabilizator struje na temelju stabilizatora napona, potrebna su samo 2 dijela. Zapravo sam stabilizator i jedan jedini otpornik, čiji će otpor i snaga pomoći da se izračuna program StabDesign, čija je snimka prikazana na slici 14.

slika 14. Izračun stabilizatora struje pomoću programa StabDesign.

Program ne zahtijeva posebna objašnjenja. U padajućem izborniku Type odabire se vrsta stabilizatora, u retku I je postavljena potrebna struja i pritisne se gumb Izračunaj. Rezultat je otpor otpornika R1 i njegova snaga. Na slici je izračun izveden za struju od 20 mA.To je slučaj kada se LED-ovi spajaju serijski. Za paralelno spajanje struja se izračunava na isti način kao što je prikazano na slici 12.

Umjesto otpornika Rn spojen je LED vijenac koji simbolizira opterećenje trenutnog stabilizatora. Čak je moguće spojiti samo jedan LED. U ovom slučaju, katoda je spojena na zajedničku žicu, a anoda na otpornik R1.

Ulazni napon razmatranog stabilizatora struje nalazi se u rasponu od 15 ... 39V, jer se koristi stabilizator 7812 sa stabilizacijskim naponom od 12 V.

Čini se da je ovo kraj priče o LED-ima. Ali postoje i LED trake, o kojima će biti govora u sljedećem članku.

Nastavak članka: Primjena LED trake

Boris Aladyskin