Modele de cablare LED bune și rele

În articolele anterioare, au fost descrise diverse probleme legate de conectarea LED-urilor. Dar nu puteți scrie totul într-un singur articol, așa că trebuie să continuați acest subiect. Aici vom vorbi despre diverse moduri de a aprinde ledurile.

După cum se menționează în articolele menționate, LED-ul este un dispozitiv curent, adică curentul prin el trebuie limitat de un rezistor. Cum a calculat acest rezistor a fost deja descris, nu vom repeta aici, dar vom oferi formula, doar în caz, din nou.

Figura 1

Aici a venit. - tensiunea de alimentare, Uad. - cădere de tensiune pe LED, R - rezistența rezistorului de limitare, I - curent prin LED.

Cu toate acestea, în ciuda întregii teorii, industria chineză produce tot felul de suveniruri, biberoane, brichete, în care LED-ul este pornit fără un rezistor limitativ: doar două sau trei baterii cu disc și un LED. În acest caz, curentul este limitat de rezistența internă a bateriei, a cărei putere pur și simplu nu este suficientă pentru a arde LED-ul.

Dar aici, pe lângă ardere, există o altă proprietate neplăcută - degradarea LED-urilor, cea mai inerentă a LED-urilor albe și albastre: după un timp, luminozitatea strălucirii devine foarte mică, deși curentul prin LED curge destul de mult, la nivel nominal.

Asta nu înseamnă că nu strălucește deloc, strălucirea abia se observă, dar aceasta nu mai este o lanternă. Dacă degradarea curentului nominal are loc nu mai devreme decât după un an de luminiscență continuă, atunci cu un curent supraevaluat, acest fenomen poate fi așteptat în jumătate de oră. Această includere a LED-ului ar trebui să fie numită prost.

O astfel de schemă poate fi explicată doar prin dorința de a economisi pe un singur rezistor, sold și costuri ale forței de muncă, care, cu o scară masivă de producție, este aparent justificat. În plus, o brichetă sau un breloc este un lucru ieftin de o singură dată: gazul s-a epuizat sau bateria s-a epuizat - pur și simplu au aruncat suvenirul.

Figura 2. Schema este proastă, dar este folosită destul de des.

Lucruri foarte interesante ies (desigur, întâmplător) dacă, printr-o astfel de schemă, LED-ul este conectat la o unitate de alimentare cu o tensiune de ieșire de 12V și un curent de cel puțin 3A: apare un bliț orbitor, un pop destul de puternic, se aude fum și un miros sufocant rămâne. Reamintesc, așadar, această parabolă: „Este posibil să privim Soarele printr-un telescop? Da, dar doar de două ori. Odată cu ochiul stâng, cealaltă cu dreapta. ” Apropo, conectarea unui LED fără rezistență limitativă este cea mai frecventă greșeală în rândul începătorilor și aș dori să avertizez în acest sens.

Pentru a corecta această situație, extindeți durata de viață a LED-ului, circuitul trebuie modificat ușor.

Figura 3. Dispunere bună, corectă.

Este o astfel de schemă care ar trebui considerată bună sau corectă. Pentru a verifica dacă valoarea rezistenței R1 este indicată corect, puteți utiliza formula prezentată în figura 1. Presupunem că căderea de tensiune pe LED-ul 2V, curentul de 20mA, tensiunea 3V datorită folosirii a două baterii cu degetul.

În general, nu trebuie să vă străduiți să limitați curentul la nivelul maxim de 20mA admis, puteți alimenta LED-ul cu un curent mai mic, bine, cel puțin, cu un miliamp 15 ... 18. În acest caz, va exista o scădere foarte ușoară a luminozității, ceea ce ochiul uman, datorită caracteristicilor dispozitivului, nu va observa deloc, dar durata de viață a LED-urilor va crește semnificativ.

Un alt exemplu de LED-uri slab pornite poate fi găsit în diferite lanterne, deja mai puternice decât inelele și brichetele. În acest caz, un anumit număr de LED-uri, uneori destul de mari, sunt pur și simplu conectate în paralel și, de asemenea, fără un rezistor de limitare, care acționează din nou ca rezistența internă a bateriei.Astfel de lanterne intră destul de des în reparații tocmai din cauza arderii LED-urilor.

Figura 4. Schema de cablare absolut proastă.

S-ar părea că situația prezentată în figura 5. poate corecta situația.Un singur rezistor și, se pare, lucrurile s-au îmbunătățit.

Figura 5. Acest lucru este deja ceva mai bun.

Dar o astfel de incluziune va ajuta puțin. Cert este că, în natură, pur și simplu nu este posibilă găsirea a două dispozitive semiconductoare identice. De aceea, de exemplu, tranzistoarele de același tip au un câștig diferit, chiar dacă provin din același lot de producție. Tiristorii și triacele sunt de asemenea diferite. Unele se deschid ușor, în timp ce altele sunt atât de grele încât trebuie abandonate. Același lucru se poate spune despre LED-uri - două absolut identice, în special trei sau un întreg buchet, este pur și simplu imposibil de găsit.

Notă pe subiect. În DataSheet pentru ansamblul LED SMD-5050 (trei LED-uri independente într-o carcasă), includerea prezentată în figura 5 nu este recomandată. Cum ar fi, datorită împrăștierii parametrilor pentru LED-uri individuale, diferența de strălucire a acestora poate fi observată. Și s-ar părea, într-un singur caz!

LED-urile, desigur, nu au niciun câștig, dar există un parametru atât de important precum căderea directă a tensiunii. Și chiar dacă LED-urile sunt preluate dintr-un lot tehnologic, dintr-un pachet, atunci pur și simplu nu vor exista două identice în el. Prin urmare, curentul pentru toate LED-urile va fi diferit. LED-ul, în care curentul va fi cel mai mult și mai devreme sau mai târziu va depăși nominalul, se va aprinde înaintea tuturor.

În legătură cu acest eveniment nefericit, tot posibilul curent va trece prin cele două LED-uri supraviețuitoare, depășind în mod natural cel nominal. La urma urmei, rezistența a fost calculată „pentru trei”, pentru trei LED-uri. Un curent crescut va determina o încălzire crescută a cristalelor cu LED-uri, iar una care este „mai slabă” se va arde și ea. Ultimul LED nu are de ales decât să urmeze exemplul tovarășilor săi. O astfel de reacție în lanț este obținută.

În acest caz, cuvântul "arde" înseamnă pur și simplu ruperea circuitului. Dar se poate întâmpla ca într-unul dintre LED-urile să rezulte un scurtcircuit elementar, care să scape cele două LED-uri rămase. Desigur, vor ieși cu siguranță, deși vor supraviețui. Cu o astfel de defecțiune, rezistența se va încălzi intens și, în cele din urmă, se poate arde.

Pentru a preveni acest lucru, circuitul trebuie să fie ușor schimbat: pentru fiecare LED, instalați propriul rezistor, care este prezentat în figura 6.

Figura 6. Și astfel, LED-urile vor dura foarte mult timp.

Aici, totul este așa cum este necesar, totul în conformitate cu regulile de proiectare a circuitului: curentul fiecărui LED va fi limitat de rezistența sa. Într-un astfel de circuit, curenții prin LED-uri sunt independenți unul de celălalt.

Dar această includere nu provoacă mult entuziasm, deoarece numărul de rezistențe este egal cu numărul de LED-uri. Dar aș dori să am mai multe leduri și mai puține rezistențe. Cum să fii?

Calea de ieșire din această situație este destul de simplă. Fiecare LED trebuie înlocuit cu un lanț de LED-uri conectate în serie, așa cum se arată în figura 7.

Figura 7. Includerea în paralel a ghirlandelor.

Costul unei astfel de îmbunătățiri va fi o creștere a tensiunii de alimentare. Dacă un singur volt este suficient pentru un singur LED, atunci nici două LED-uri conectate în serie nu pot fi aprinse de la o astfel de tensiune. Deci, ce tensiune este necesară pentru a porni o ghirlandă de LED-uri? Sau într-un alt mod, câte LED-uri pot fi conectate la o sursă de alimentare cu o tensiune, de exemplu, 12V?

Notă. În continuare, termenul „ghirlandă” trebuie înțeles nu doar ca o decorare a bradului de Crăciun, ci și ca orice dispozitiv LED de iluminare în care ledurile sunt conectate în serie sau în paralel. Principalul lucru este că există mai mult de un LED. O ghirlandă, este și o ghirlandă în Africa!

Pentru a obține un răspuns la această întrebare, este suficient să împărțiți pur și simplu tensiunea de alimentare la căderea de tensiune pe LED. În majoritatea cazurilor, la calcularea acestei tensiuni se ia 2V. Apoi se dovedește 12/2 = 6.Nu uitați însă că o parte din tensiune trebuie să rămână pentru rezistența de stingere, cel puțin voltajul 2.

Se dovedește că doar LED-urile rămân doar 10V, iar numărul de LED-uri devine 10/2 = 5. În această stare de fapt, pentru a obține un curent de 20 mA, rezistența de limitare trebuie să aibă o cotă de 2V / 20mA = 100Ohm. Puterea rezistorului va fi P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Un astfel de calcul este destul de adevărat dacă tensiunea de avans a LED-urilor din ghirlandă, așa cum este indicat, este de 2V. Această valoare este adesea luată în calcul, ca o medie. Dar, de fapt, această tensiune depinde de tipul de LED-uri, de culoarea strălucirii. Prin urmare, atunci când calculați margaretele, ar trebui să vă concentrați pe tipul de LED-uri. Scăderile de tensiune pentru diferite tipuri de LED-uri sunt prezentate în tabelul prezentat în figura 8.

Figura 8. Scăderea tensiunii pe LED-uri de diferite culori.

Astfel, cu o tensiune de alimentare de 12V, minus căderea de tensiune pe rezistența de limitare a curentului, pot fi conectate un total de 10 / 3,7 = 2,7027 LED-uri albe. Dar nu puteți tăia o bucată de LED, astfel încât doar două LED-uri pot fi conectate. Acest rezultat este obținut dacă luăm valoarea maximă a căderii de tensiune din tabel.

Dacă înlocuim 3V în calcul, atunci este evident că trei LED-uri pot fi conectate. În acest caz, de fiecare dată trebuie să numărați cu atenție rezistența rezistorului de limitare. Dacă LED-urile reale se dovedesc a avea o cădere de tensiune de 3,7 V sau poate mai mare, este posibil ca cele trei LED-uri să nu se aprindă. Deci este mai bine să te oprești la două.

Nu contează fundamental care este culoarea LED-urilor, doar atunci când calculați, va trebui să luați în considerare diferite căderi de tensiune în funcție de culoarea LED-urilor. Principalul lucru este că acestea sunt proiectate pentru un singur curent. Este imposibil să asamblați o ghirlandă consecutivă de LED-uri, unele dintre ele având un curent de 20 mA, iar o altă parte de 10 miliamperi.

Este clar că la un curent de 20 mA, LED-urile cu un curent nominal de 10 mA se vor stinge pur și simplu. Dacă limitați curentul la 10 mA, atunci 20 de milimetri nu se vor aprinde puternic, ca într-un comutator cu un LED: puteți vedea noaptea, nu după-amiaza.

Pentru a le face viața mai ușoară, amatorii de radio dezvoltă diverse programe de calculatoare care facilitează tot felul de calcule de rutină. De exemplu, programe pentru calcularea inductanțelor, filtre de diferite tipuri, stabilizatori de curent. Există un astfel de program pentru calcularea ghirlandelor LED. O imagine a unui astfel de program este prezentată în Figura 9.

Figura 9. Captura de ecran a programului „Calcul_rezistență_resistor_Ledz_”.

Programul funcționează fără instalare în sistem, trebuie doar să îl descarci și să îl folosești. Totul este atât de simplu și de clar încât nu este necesară deloc o explicație pentru captură de ecran. Desigur, toate LED-urile trebuie să fie de aceeași culoare și cu același curent.

Vedeți și dintr-un articol publicat anterior pe site: Cum conectați LED-ul la rețeaua de iluminat

Rezistențele limită sunt, desigur, bune. Dar numai atunci când se știe că această ghirlandă va fi alimentată de sursă stabilizată DC 12V, iar curentul prin LED-uri nu va depăși valoarea calculată. Dar dacă nu există pur și simplu nici o sursă cu o tensiune de 12V?

O astfel de situație poate apărea, de exemplu, într-un camion cu o tensiune de 24V la rețea de bord. Pentru a ieși din această situație de criză, un stabilizator de curent va ajuta, de exemplu, „SSC0018 - Stabilizator de curent reglabil 20..600mA”. Aspectul său este prezentat în figura 10. Un astfel de dispozitiv poate fi cumpărat în magazinele online. Prețul emisiunii este de 140 ... 300 de ruble: totul depinde de imaginația și aroganța vânzătorului.

Figura 10. Regulator de curent reglabil SSC0018

Specificațiile stabilizatorului sunt prezentate în figura 11.

Figura 11. Caracteristicile tehnice ale stabilizatorului actual SSC0018

Inițial, stabilizatorul de curent SSC0018 a fost dezvoltat pentru a fi utilizat în corpurile de iluminat cu LED, dar poate fi folosit și pentru încărcarea bateriilor mici. Folosirea SSC0018 este destul de simplă.

Rezistența la sarcină la ieșirea stabilizatorului curent poate fi zero, puteți pur și simplu scurtcircuita bornele de ieșire. La urma urmei, stabilizatorii și sursele de curent nu se tem de scurtcircuite. În acest caz, curentul de ieșire va fi evaluat. Dacă setați 20mA, atunci vor fi multe.

Din cele de mai sus, putem concluziona că un miliametru de curent continuu poate fi conectat direct la ieșirea stabilizatorului de curent. O astfel de conexiune ar trebui pornită de la cea mai mare limită de măsurare, deoarece nimeni nu știe ce curent este reglementat acolo. Apoi, pur și simplu rotiți rezistența de reglare pentru a seta curentul necesar. În acest caz, desigur, nu uitați să conectați actualul stabilizator SSC0018 la sursa de alimentare. Figura 12 prezintă schema de cablare SSC0018 pentru alimentarea LED-urilor conectate în paralel.

Figura 12. Conexiune pentru alimentarea LED-urilor conectate în paralel

Totul aici este clar din diagramă. Pentru patru LED-uri cu un curent de consum de 20 mA, fiecare ieșire a stabilizatorului trebuie setată la un curent de 80 mA. În acest caz, la intrarea stabilizatorului SSC0018, este necesară o tensiune puțin mai mare decât căderea de tensiune pe un LED, după cum am menționat mai sus. Desigur, o tensiune mai mare este potrivită, dar aceasta va duce doar la încălzirea suplimentară a cipului stabilizator.

Notă. Dacă, pentru a limita curentul cu un rezistor, tensiunea sursei de alimentare ar trebui să depășească ușor tensiunea totală la LED-uri, doar două volți, atunci pentru funcționarea normală a stabilizatorului de curent SSC0018, acest exces ar trebui să fie puțin mai mare. Nu mai puțin de 3 ... 4V, altfel elementul de reglare al stabilizatorului pur și simplu nu se va deschide.

Figura 13 prezintă conexiunea stabilizatorului SSC0018 atunci când utilizați o ghirlandă cu mai multe LED-uri conectate în serie.

Figura 13. Alimentarea unei șiruri seriale prin stabilizatorul SSC0018

Figura este preluată din documentația tehnică, așa că haideți să încercăm să calculăm numărul de LED-uri din ghirlandă și tensiunea constantă necesară de la sursa de alimentare.

Curentul indicat în diagrama, 350mA, ne permite să concluzionăm că ghirlanda este asamblată din LED-uri albe puternice, deoarece, așa cum am menționat mai sus, scopul principal al stabilizatorului SSC0018 este sursele de iluminare. Căderea de tensiune pe LED-ul alb se află la 3 ... 3.7V. Pentru calcul, ar trebui să luați valoarea maximă de 3.7V.

Tensiunea maximă de intrare a stabilizatorului SSC0018 este de 50V. Restul de la această valoare de 5V, necesar stabilizatorului propriu-zis, rămâne 45V. Această tensiune poate fi „iluminată” 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LED-uri. Evident, acest lucru ar trebui rotunjit la 12.

Numărul de LED-uri poate fi mai mic. Atunci tensiunea de intrare va trebui să fie redusă (în timp ce curentul de ieșire nu se va schimba, va rămâne 350mA așa cum a fost ajustat), de ce ar trebui să alimentez 50V la 3 LED-uri, chiar și puternice? O astfel de batjocură se poate încheia în eșec, deoarece LED-urile puternice nu sunt în niciun caz ieftine. Ce tensiune va fi necesară pentru a conecta trei LED-uri puternice pentru cei care doresc, dar pot fi găsite întotdeauna, pot calcula pentru tine.

Dispozitivul stabilizator de curent reglabil SSC0018 este destul de bun. Dar întreaga întrebare este: este întotdeauna nevoie? Iar prețul dispozitivului este oarecum confuz. Care poate fi calea de ieșire din această situație? Totul este foarte simplu. Un regulator de curent excelent este obținut de la stabilizatorii de tensiune integrați, de exemplu, seria 78XX sau LM317.

Pentru a crea un astfel de stabilizator de curent bazat pe un stabilizator de tensiune, sunt necesare doar 2 piese. De fapt, stabilizatorul în sine și un singur rezistor, a cărui rezistență și putere vor ajuta la calcularea programului StabDesign, a cărui captură de ecran este prezentată în Figura 14.

imagine 14. Calculul stabilizatorului curent folosind programul StabDesign.

Programul nu necesită explicații speciale. În meniul derulant Tip, este selectat tipul de stabilizator, în linia Iн este setat curentul necesar și este apăsat butonul Calcul. Rezultatul este rezistența rezistenței R1 și puterea acestuia. În figură, calculul a fost efectuat pentru un curent de 20 mA.Acesta este cazul când LED-urile sunt conectate în serie. Pentru o conexiune paralelă, curentul este calculat în același mod ca în figura 12.

Ghirlanda LED este conectată în locul rezistenței Rн, simbolizând sarcina stabilizatorului curent. Este chiar posibil să conectați un singur LED. În acest caz, catodul este conectat la un fir comun, iar anodul la rezistența R1.

Tensiunea de intrare a stabilizatorului de curent considerat este în intervalul 15 ... 39V, deoarece este utilizat stabilizatorul 7812 cu o tensiune de stabilizare de 12V.

S-ar părea că acesta este sfârșitul poveștii despre LED-uri. Există însă și benzi cu LED-uri, despre care vom discuta în articolul următor.

Continuarea articolului: Aplicație cu bandă LED

Boris Aladyshkin