Goede en slechte LED-bedradingspatronen

In eerdere artikelen zijn verschillende problemen met betrekking tot het verbinden van LED's beschreven. Maar je kunt niet alles in één artikel schrijven, dus je moet doorgaan met dit onderwerp. Hier zullen we praten over verschillende manieren om de LED's in te schakelen.

Zoals vermeld in de genoemde artikelen, LED is een actueel apparaatd.w.z. de stroom erdoorheen moet worden beperkt door een weerstand. Hoe deze weerstand te berekenen is al beschreven, we zullen dit hier niet herhalen, maar we zullen de formule geven, voor het geval dat nogmaals.

Figuur 1

Hier is boven. - voedingsspanning, Uad. - spanningsval over de LED, R - weerstand van de beperkende weerstand, I - stroom door de LED.

Ondanks alle theorie produceert de Chinese industrie echter allerlei souvenirs, snuisterijen, aanstekers, waarbij de LED wordt ingeschakeld zonder een beperkende weerstand: slechts twee of drie schijfbatterijen en één LED. In dit geval wordt de stroom beperkt door de interne weerstand van de batterij, waarvan het vermogen eenvoudigweg niet voldoende is om de LED te branden.

Maar hier is, naast doorbranden, nog een onaangename eigenschap - degradatie van LED's, het meest inherent aan witte en blauwe LED's: na een tijdje wordt de helderheid van de gloed erg klein, hoewel de stroom door de LED voldoende genoeg stroomt, op het nominale niveau.

Dit wil niet zeggen dat het helemaal niet schijnt, de gloed is nauwelijks merkbaar, maar dit is niet langer een zaklamp. Als bij nominale stroomafbraak niet eerder optreedt dan na een jaar van continue luminescentie, dan kan dit fenomeen bij hoge stroom binnen een half uur worden verwacht. Deze opname van de LED moet slecht worden genoemd.

Een dergelijk schema kan alleen worden verklaard door de wens om te besparen op één weerstand, soldeer en arbeidskosten, wat blijkbaar gerechtvaardigd is met een enorme schaal van productie. Bovendien is een aansteker of sleutelhanger een eenmalig, goedkoop ding: het gas is leeg of de batterij is leeg - ze gooiden gewoon het souvenir weg.

Figuur 2. Het schema is slecht, maar het wordt vrij vaak gebruikt.

Er komen zeer interessante dingen naar voren (natuurlijk per ongeluk) als de LED volgens zo'n schema is aangesloten op een voeding met een uitgangsspanning van 12V en een stroom van minimaal 3A: er treedt een verblindende flits op, een redelijk luide knal, rook wordt gehoord en er blijft een verstikkende geur achter. Dus ik herinner me deze gelijkenis: 'Is het mogelijk om door een telescoop naar de zon te kijken? Ja, maar slechts twee keer. Een keer met het linkeroog, de andere met de rechterkant. ' Trouwens, het aansluiten van een LED zonder een beperkende weerstand is de meest voorkomende fout bij beginners, en ik wil er graag voor waarschuwen.

Om deze situatie te corrigeren, verlengt u de levensduur van de LED, het circuit moet enigszins worden aangepast.

Figuur 3. Goede lay-out, correct.

Een dergelijk schema moet als goed of correct worden beschouwd. Om te controleren of de waarde van de weerstand R1 correct wordt aangegeven, kunt u de formule in figuur 1 gebruiken. We gaan ervan uit dat de spanningsval op de LED 2V, stroom 20mA, spanning 3V door het gebruik van twee vingerbatterijen.

Over het algemeen hoeft men niet te streven naar het beperken van de stroom tot het niveau van maximaal toelaatbare 20 mA, u kunt de LED voeden met een lagere stroom, tenminste, een milliamp 15 ... 18. In dit geval zal er een zeer lichte afname in helderheid zijn, die het menselijk oog, vanwege de kenmerken van het apparaat, helemaal niet zal opmerken, maar de levensduur van de LED zal aanzienlijk toenemen.

Een ander voorbeeld van slecht ingeschakelde LED's is te vinden in verschillende zaklampen, al krachtiger dan sleutelhangers en aanstekers. In dit geval wordt een bepaald aantal, soms vrij grote LED's eenvoudig parallel aangesloten, en ook zonder een beperkende weerstand, die weer fungeert als de interne weerstand van de batterij.Dergelijke zaklampen worden vaak gerepareerd, juist vanwege het doorbranden van de LED's.

Figuur 4. Absoluut slecht bedradingsschema.

Het lijkt erop dat de situatie in figuur 5 de situatie kan corrigeren. Slechts één weerstand, en het lijkt erop dat de dingen beter zijn geworden.

Figuur 5. Dit is al een beetje beter.

Maar zo'n opname zal een beetje helpen. Het is een feit dat het in de natuur eenvoudig niet mogelijk is om twee identieke halfgeleiderapparaten te vinden. Dat is de reden waarom transistors van hetzelfde type bijvoorbeeld verschillende versterkingen hebben, zelfs als ze uit dezelfde productiebatch komen. Thyristors en triacs zijn ook verschillend. Sommigen openen gemakkelijk, terwijl anderen zo zwaar zijn dat ze moeten worden verlaten. Hetzelfde kan gezegd worden over de LED's - twee absoluut identieke, vooral drie of een hele hoop, het is gewoon onmogelijk te vinden.

Opmerking over het onderwerp. In het gegevensblad voor de SMD-5050 LED-assemblage (drie onafhankelijke LED's in één behuizing) wordt de opname in afbeelding 5 niet aanbevolen. Zoals door de spreiding van de parameters van individuele LED's, kan het verschil in hun gloed merkbaar zijn. En het lijkt in één geval!

LED's hebben natuurlijk geen winst, maar er is zo'n belangrijke parameter als directe spanningsval. En zelfs als de LED's uit één technologische batch, uit één pakket worden gehaald, dan zijn er gewoon geen twee identieke in. Daarom zal de stroom voor alle LED's anders zijn. Die LED, waarin de stroom het meest zal zijn, en vroeg of laat de nominale zal overschrijden, zal vóór alle anderen oplichten.

In verband met deze ongelukkige gebeurtenis zal alle mogelijke stroom door de twee overlevende LED's gaan, uiteraard hoger dan de nominale LED's. De weerstand werd immers berekend "voor drie", voor drie LED's. Een verhoogde stroom zal een verhoogde verwarming van de LED-kristallen veroorzaken en een die "zwakker" is, brandt ook uit. De laatste LED heeft ook geen andere keuze dan het voorbeeld van zijn kameraden te volgen. Een dergelijke kettingreactie wordt verkregen.

In dit geval betekent het woord "branden" eenvoudig het circuit onderbreken. Maar het kan gebeuren dat in een van de LED's een elementaire kortsluiting ontstaat, waarbij de resterende twee LED's worden geslingerd. Natuurlijk zullen ze zeker uitgaan, hoewel ze zullen overleven. Bij een dergelijke storing zal de weerstand intensief opwarmen en uiteindelijk kan hij doorbranden.

Om dit te voorkomen, moet het circuit enigszins worden gewijzigd: installeer voor elke LED een eigen weerstand, die wordt weergegeven in figuur 6.

Figuur 6. En dus gaan de LED's heel lang mee.

Hier is alles zoals vereist, alles volgens de regels van het circuitontwerp: de stroom van elke LED wordt beperkt door zijn weerstand. In een dergelijk circuit zijn de stromen door de LED's onafhankelijk van elkaar.

Maar deze opname veroorzaakt niet veel enthousiasme, omdat het aantal weerstanden gelijk is aan het aantal LED's. Maar ik wil graag meer LED's en minder weerstanden. Hoe te zijn?

De uitweg uit deze situatie is vrij eenvoudig. Elke LED moet worden vervangen door een reeks in serie geschakelde LED's, zoals weergegeven in Afbeelding 7.

Figuur 7. Parallelle opname van slingers.

De kosten van een dergelijke verbetering zullen een toename van de voedingsspanning zijn. Als slechts één volt voldoende is voor één LED, kunnen zelfs twee in serie geschakelde LED's niet worden ontstoken door een dergelijke spanning. Dus welk voltage is nodig om een ​​slinger van LED's aan te zetten? Of, op een andere manier, hoeveel LED's kunnen worden aangesloten op een stroombron met een spanning, bijvoorbeeld 12V?

Note. Hierna moet de term "slinger" niet alleen worden opgevat als een kerstboomversiering, maar ook als elk verlichtings-LED-apparaat waarin de LED's in serie of parallel zijn aangesloten. Het belangrijkste is dat er meer dan één LED is. Een slinger, het is ook een slinger in Afrika!

Om een ​​antwoord op deze vraag te krijgen, volstaat het om de voedingsspanning eenvoudig te delen door de spanningsval op de LED. In de meeste gevallen wordt bij het berekenen van deze spanning 2V genomen. Dan blijkt 12/2 = 6.Maar vergeet niet dat een deel van de spanning voor de blusweerstand moet blijven, ten minste volt 2.

Het blijkt dat er nog maar 10V op de LED's overblijft en het aantal LED's wordt 10/2 = 5. In deze stand van zaken moet de beperkende weerstand een vermogen van 2V / 20mA = 100Ohm hebben om een ​​stroom van 20 mA te verkrijgen. Het vermogen van de weerstand is P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Een dergelijke berekening is helemaal waar als de voorwaartse spanning van de LED's in de slinger, zoals aangegeven, 2V is. Het is deze waarde die vaak als gemiddelde wordt gebruikt in de berekeningen. Maar in feite hangt deze spanning af van het type LED's, van de kleur van de gloed. Daarom moet u zich bij het berekenen van de madeliefjes concentreren op het type LED's. Spanningsdalingen voor verschillende soorten LED's worden weergegeven in de tabel in figuur 8.

Figuur 8. Spanningsval op LED's van verschillende kleuren.

Met een 12V-voedingsspanning, minus de spanningsval over de stroombegrenzende weerstand, kunnen dus in totaal 10 / 3.7 = 2.7027 witte LED's worden aangesloten. Maar je kunt een stuk van de LED niet afsnijden, dus er kunnen slechts twee LED's worden aangesloten. Dit resultaat wordt verkregen als we de maximale waarde van de spanningsval uit de tabel nemen.

Als we 3V in de berekening vervangen, is het duidelijk dat drie LED's kunnen worden aangesloten. In dit geval moet u elke keer de weerstand van de beperkende weerstand nauwkeurig tellen. Als echte LED's een spanningsval van 3,7 V, of misschien hoger, blijken te hebben, lichten de drie LED's mogelijk niet op. Het is dus beter om bij twee te stoppen.

Het maakt in principe niet uit welke kleur de LED's zullen zijn, alleen bij het berekenen moet u rekening houden met verschillende spanningsval afhankelijk van de kleur van de LED-gloed. Het belangrijkste is dat ze zijn ontworpen voor één stroom. Het is onmogelijk om een ​​consistente slinger van LED's te monteren, waarvan sommige een stroom van 20 mA hebben en het andere deel van 10 milliampère.

Het is duidelijk dat bij een stroom van 20 mA LED's met een nominale stroom van 10 mA gewoon doorbranden. Als u de stroom beperkt tot 10 mA, zullen 20 milliampère niet helder oplichten, zoals in een schakelaar met een LED: u kunt 's nachts zien, niet in de middag.

Om het leven voor zichzelf gemakkelijker te maken, ontwikkelen radioamateurs verschillende rekenprogramma's die allerlei routinematige berekeningen mogelijk maken. Bijvoorbeeld programma's voor het berekenen van inductanties, verschillende soorten filters, stroomstabilisatoren. Er is zo'n programma voor het berekenen van LED-slingers. Een screenshot van een dergelijk programma wordt getoond in figuur 9.

Figuur 9. Schermafbeelding van het programma “Calculation_resistance_resistor_Ledz_”.

Het programma werkt zonder installatie in het systeem, u hoeft het alleen maar te downloaden en te gebruiken. Alles is zo eenvoudig en duidelijk dat er helemaal geen uitleg voor de screenshot nodig is. Uiteraard moeten alle LED's van dezelfde kleur en met dezelfde stroom zijn.

Zie ook van een eerder gepubliceerd op de site: Hoe de LED op het verlichtingsnetwerk aan te sluiten

Limietweerstanden zijn natuurlijk goed. Maar alleen als bekend is dat deze slinger wordt aangedreven door gestabiliseerde bron DC 12V, en de stroom door de LED's zal de berekende waarde niet overschrijden. Maar wat als er gewoon geen bron is met een spanning van 12V?

Een dergelijke situatie kan zich bijvoorbeeld voordoen in een vrachtwagen met een spanning van 24 V aan boord van een netwerk. Om uit een dergelijke crisissituatie te geraken, helpt een stroomstabilisator bijvoorbeeld “SSC0018 - Instelbare stroomstabilisator 20..600mA”. Het uiterlijk wordt weergegeven in figuur 10. Een dergelijk apparaat kan in online winkels worden gekocht. De prijs van het probleem is 140 ... 300 roebel: het hangt allemaal af van de verbeelding en de arrogantie van de verkoper.

Figuur 10. Regelbare stroomregelaar SSC0018

De specificaties van de stabilisator worden getoond in figuur 11.

Figuur 11. Technische kenmerken van de huidige stabilisator SSC0018

Aanvankelijk was de SSC0018-stroomstabilisator ontworpen voor gebruik in LED-verlichtingsarmaturen, maar kan ook worden gebruikt om kleine batterijen op te laden. Het gebruik van de SSC0018 is vrij eenvoudig.

De belastingsweerstand aan de uitgang van de stroomstabilisator kan nul zijn, u kunt eenvoudig de uitgangsklemmen kortsluiten. Stabilisatoren en stroombronnen zijn immers niet bang voor kortsluiting. In dit geval wordt de uitgangsstroom gewaardeerd. Nou, als je 20mA instelt, zal er zoveel zijn.

Uit het voorgaande kunnen we concluderen dat een milliameter van gelijkstroom rechtstreeks kan worden aangesloten op de uitgang van de stroomstabilisator. Een dergelijke verbinding moet worden gestart vanaf de grootste meetlimiet, omdat niemand weet welke stroom daar wordt geregeld. Draai vervolgens eenvoudig aan de afstemweerstand om de vereiste stroom in te stellen. Vergeet in dit geval natuurlijk niet om de huidige stabilisator SSC0018 op de voeding aan te sluiten. Afbeelding 12 toont het SSC0018-bedradingsschema voor voeding van parallel aangesloten LED's.

Afbeelding 12. Verbinding voor voeding van parallel aangesloten LED's

Alles hier is duidelijk uit het diagram. Voor vier LED's met een verbruiksstroom van 20 mA moet elke uitgang van de stabilisator worden ingesteld op een stroom van 80 mA. In dit geval is aan de ingang van de stabilisator SSC0018 iets meer spanning vereist dan de spanningsval op één LED, zoals hierboven vermeld. Natuurlijk is een grotere spanning geschikt, maar dit zal alleen leiden tot extra verwarming van de stabilisatorchip.

Note. Als, om de stroom met een weerstand te beperken, de spanning van de stroombron iets hoger moet zijn dan de totale spanning op de LED's, slechts twee volt, dan zou voor de normale werking van de stroomstabilisator SSC0018 deze overmaat iets hoger moeten zijn. Niet minder dan 3 ... 4V, anders gaat het regelelement van de stabilisator gewoon niet open.

Afbeelding 13 toont de aansluiting van de SSC0018-stabilisator bij gebruik van een slinger van verschillende in serie geschakelde LED's.

Afbeelding 13. Een seriële string door de SSC0018-stabilisator voeden

Het cijfer is afkomstig uit de technische documentatie, dus laten we proberen het aantal LED's in de slinger en de constante spanning die nodig is voor de voeding te berekenen.

De stroom aangegeven op het diagram, 350mA, stelt ons in staat om te concluderen dat de slinger is samengesteld uit krachtige witte LED's, omdat, zoals hierboven vermeld, het belangrijkste doel van de SSC0018-stabilisator lichtbronnen is. De spanningsval over de witte LED is binnen 3 ... 3,7V. Voor de berekening moet u de maximale waarde van 3,7 V nemen.

De maximale ingangsspanning van de stabilisator SSC0018 is 50V. Aftrekken van deze waarde van 5V, noodzakelijk voor de stabilisator zelf, blijft 45V. Deze spanning kan "verlicht" zijn 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LED's. Uiteraard moet dit op 12 worden afgerond.

Het aantal LED's is mogelijk minder. Dan zal de ingangsspanning moeten worden verlaagd (hoewel de uitgangsstroom niet zal veranderen, blijft deze 350mA zoals deze werd aangepast), waarom zou ik 50V tot 3 LED's leveren, zelfs krachtige? Zo'n spot kan eindigen met falen, omdat krachtige LED's absoluut niet goedkoop zijn. Welke spanning is vereist om drie krachtige LED's aan te sluiten?

Verstelbare stroomstabilisator SSC0018 apparaat is vrij goed. Maar de hele vraag is, is het altijd nodig? En de prijs van het apparaat is enigszins verwarrend. Wat kan de uitweg uit deze situatie zijn? Alles is heel eenvoudig. Een uitstekende stroomregelaar wordt verkregen van geïntegreerde spanningsstabilisatoren, bijvoorbeeld de 78XX of LM317-serie.

Om een ​​dergelijke stroomstabilisator op basis van een spanningsstabilisator te maken, zijn slechts 2 delen vereist. Eigenlijk de stabilisator zelf en een enkele weerstand, waarvan de weerstand en het vermogen zullen helpen om het StabDesign-programma te berekenen, waarvan een screenshot wordt getoond in figuur 14.

afbeelding 14. De berekening van de huidige stabilisator met het programma StabDesign.

Het programma vereist geen speciale uitleg. In het vervolgkeuzemenu Type wordt het type stabilisator geselecteerd, in de regel I wordt de vereiste stroom ingesteld en wordt de knop Berekenen ingedrukt. Het resultaat is de weerstand van de weerstand R1 en zijn vermogen. In de figuur is de berekening uitgevoerd voor een stroom van 20 mA.Dit is het geval wanneer de LED's in serie zijn aangesloten. Voor een parallelle verbinding wordt de stroom op dezelfde manier berekend als weergegeven in figuur 12.

De LED-slinger is aangesloten in plaats van de weerstand Rн, die de belasting van de stroomstabilisator symboliseert. Het is zelfs mogelijk om slechts één LED aan te sluiten. In dit geval is de kathode verbonden met een gemeenschappelijke draad en de anode met weerstand R1.

De ingangsspanning van de beschouwde stroomstabilisator ligt in het bereik van 15 ... 39V, omdat de stabilisator 7812 met een stabilisatiespanning van 12V wordt gebruikt.

Het lijkt erop dat dit het einde is van het verhaal over LED's. Maar er zijn ook LED-strips, die in het volgende artikel worden besproken.

Vervolg van het artikel: LED-strip applicatie

Boris Aladyshkin