Gute und schlechte LED-Verdrahtungsmuster

In früheren Artikeln wurden verschiedene Probleme im Zusammenhang mit dem Anschließen von LEDs beschrieben. Sie können jedoch nicht alles in einem Artikel schreiben, daher müssen Sie dieses Thema fortsetzen. Hier werden verschiedene Möglichkeiten zum Einschalten der LEDs beschrieben.

Wie in den genannten Artikeln erwähnt, LED ist ein aktuelles Gerätd.h. Der Strom durch ihn muss durch einen Widerstand begrenzt werden. Die Berechnung dieses Widerstands wurde bereits beschrieben. Wir werden hier nicht wiederholen, aber wir werden die Formel für alle Fälle erneut angeben.

Abbildung 1

Hier ist auf. - Versorgungsspannung, Uad. - Spannungsabfall über der LED, R - Widerstand des Begrenzungswiderstands, I - Strom durch die LED.

Trotz aller Theorie stellt die chinesische Industrie alle Arten von Souvenirs, Schmuckstücken und Feuerzeugen her, bei denen die LED ohne Begrenzungswiderstand eingeschaltet wird: nur zwei oder drei Plattenbatterien und eine LED. In diesem Fall wird der Strom durch den Innenwiderstand der Batterie begrenzt, dessen Leistung einfach nicht ausreicht, um die LED zu verbrennen.

Aber hier gibt es neben dem Burnout noch eine weitere unangenehme Eigenschaft - die Verschlechterung der LEDs, die weißen und blauen LEDs am meisten eigen sind: Nach einer Weile wird die Helligkeit des Glühens auf nominaler Ebene sehr unbedeutend, obwohl der Strom durch die LED ziemlich ausreichend fließt.

Das soll nicht heißen, dass es überhaupt nicht scheint, das Leuchten ist kaum wahrnehmbar, aber dies ist keine Taschenlampe mehr. Wenn bei Nennstrom eine Verschlechterung nicht früher als nach einem Jahr kontinuierlicher Lumineszenz auftritt, kann dieses Phänomen bei hohem Strom in einer halben Stunde erwartet werden. Diese Einbeziehung der LED sollte als schlecht bezeichnet werden.

Ein solches Schema kann nur durch den Wunsch erklärt werden, einen Widerstand, Lötmittel und Arbeitskosten einzusparen, was bei einem massiven Produktionsumfang offensichtlich gerechtfertigt ist. Außerdem ist ein Feuerzeug oder ein Schlüsselbund eine einmalige, billige Sache: Das Gas ist leer oder die Batterie ist leer - sie haben das Souvenir einfach weggeworfen.

Abbildung 2. Das Schema ist schlecht, wird aber häufig verwendet.

Sehr interessante Dinge kommen (natürlich aus Versehen) heraus, wenn nach einem solchen Schema die LED an eine Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung von 12 V und einem Strom von mindestens 3 A angeschlossen wird: Es tritt ein blendender Blitz auf, ein ziemlich lautes Knallen, Rauch ist zu hören und ein erstickender Geruch bleibt zurück. Also erinnere ich mich an dieses Gleichnis: „Ist es möglich, die Sonne durch ein Teleskop zu betrachten? Ja, aber nur zweimal. Einmal mit dem linken Auge, das andere mit dem rechten. “ Das Anschließen einer LED ohne Begrenzungswiderstand ist übrigens der häufigste Fehler bei Anfängern, und ich möchte davor warnen.

Um diese Situation zu korrigieren, verlängern Sie die Lebensdauer der LED, die Schaltung sollte leicht modifiziert werden.

Abbildung 3. Gutes Layout, richtig.

Es ist ein solches Schema, das als gut oder richtig angesehen werden sollte. Um zu überprüfen, ob der Wert des Widerstands R1 korrekt angezeigt wird, können Sie die in Abbildung 1 gezeigte Formel verwenden. Wir gehen davon aus, dass der Spannungsabfall an der LED 2 V, Strom 20 mA, Spannung 3 V aufgrund der Verwendung von Zwei-Finger-Batterien.

Im Allgemeinen müssen Sie sich nicht bemühen, den Strom auf den maximal zulässigen Wert von 20 mA zu begrenzen. Sie können die LED mit einem niedrigeren Strom versorgen, also mindestens einem Milliampere von 15 ... 18. In diesem Fall kommt es zu einer sehr leichten Abnahme der Helligkeit, die das menschliche Auge aufgrund der Eigenschaften des Geräts überhaupt nicht bemerkt, aber die Lebensdauer der LED erheblich verlängert.

Ein weiteres Beispiel für schlecht eingeschaltete LEDs sind verschiedene Taschenlampen, die bereits leistungsstärker als Schlüsselringe und Feuerzeuge sind. In diesem Fall wird eine bestimmte Anzahl von LEDs, die manchmal recht groß sind, einfach parallel geschaltet und auch ohne Begrenzungswiderstand, der wiederum als Innenwiderstand der Batterie fungiert.Solche Taschenlampen werden häufig gerade wegen des Ausbrennens der LEDs repariert.

Abbildung 4. Absolut schlechter Schaltplan.

Es scheint, dass die in Abbildung 5 gezeigte Situation die Situation korrigieren kann. Nur ein Widerstand, und anscheinend wurden die Dinge besser.

Abbildung 5. Das ist schon etwas besser.

Aber eine solche Einbeziehung wird ein wenig helfen. Tatsache ist, dass es in der Natur einfach nicht möglich ist, zwei identische Halbleiterbauelemente zu finden. Deshalb haben beispielsweise Transistoren des gleichen Typs unterschiedliche Verstärkungen, selbst wenn sie aus derselben Produktionscharge stammen. Thyristoren und Triacs sind ebenfalls unterschiedlich. Einige öffnen sich leicht, während andere so schwer sind, dass sie verlassen werden müssen. Das Gleiche gilt für die LEDs - zwei absolut identische, insbesondere drei oder eine ganze Reihe, die einfach nicht zu finden sind.

Hinweis zum Thema. Im DataSheet für die SMD-5050-LED-Baugruppe (drei unabhängige LEDs in einem Gehäuse) wird die in Abbildung 5 gezeigte Aufnahme nicht empfohlen. Aufgrund der Streuung der Parameter einzelner LEDs kann der Unterschied in ihrem Leuchten spürbar sein. Und es scheint in einem Fall!

LEDs haben natürlich keine Verstärkung, aber es gibt einen so wichtigen Parameter wie den direkten Spannungsabfall. Und selbst wenn die LEDs aus einer technologischen Charge, aus einer Verpackung stammen, sind einfach keine zwei identischen enthalten. Daher ist der Strom für alle LEDs unterschiedlich. Diese LED, bei der der Strom am höchsten ist und früher oder später den Nennwert überschreitet, leuchtet vor allen anderen auf.

In Verbindung mit diesem unglücklichen Ereignis fließt der gesamte mögliche Strom durch die beiden überlebenden LEDs und überschreitet natürlich den Nennwert. Immerhin wurde der Widerstand "für drei" für drei LEDs berechnet. Ein erhöhter Strom führt zu einer erhöhten Erwärmung der LED-Kristalle, und einer, der „schwächer“ ist, brennt ebenfalls aus. Die letzte LED hat auch keine andere Wahl, als dem Beispiel ihrer Kameraden zu folgen. Eine solche Kettenreaktion wird erhalten.

In diesem Fall bedeutet das Wort "Brennen" einfach das Unterbrechen des Stromkreises. Es kann jedoch vorkommen, dass bei einer der LEDs ein elementarer Kurzschluss auftritt, der die verbleibenden zwei LEDs überbrückt. Natürlich werden sie sicherlich ausgehen, obwohl sie überleben werden. Bei einer solchen Fehlfunktion erwärmt sich der Widerstand stark und kann am Ende durchbrennen.

Um dies zu verhindern, muss die Schaltung leicht geändert werden: Installieren Sie für jede LED einen eigenen Widerstand (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6. Die LEDs halten also sehr lange.

Hier ist alles wie erforderlich, alles gemäß den Regeln des Schaltungsdesigns: Der Strom jeder LED wird durch ihren Widerstand begrenzt. In einer solchen Schaltung sind die Ströme durch die LEDs unabhängig voneinander.

Diese Einbeziehung stößt jedoch nicht auf große Begeisterung, da die Anzahl der Widerstände der Anzahl der LEDs entspricht. Aber ich hätte gerne mehr LEDs und weniger Widerstände. Wie soll ich sein?

Der Ausweg aus dieser Situation ist recht einfach. Jede LED muss durch eine Kette in Reihe geschalteter LEDs ersetzt werden (siehe Abbildung 7).

Abbildung 7. Parallele Einbeziehung von Girlanden.

Die Kosten einer solchen Verbesserung sind eine Erhöhung der Versorgungsspannung. Wenn nur eine Volt für eine LED ausreicht, können selbst zwei in Reihe geschaltete LEDs mit einer solchen Spannung nicht gezündet werden. Welche Spannung wird also benötigt, um eine LED-Girlande einzuschalten? Oder auf andere Weise, wie viele LEDs können an eine Stromquelle mit einer Spannung von beispielsweise 12 V angeschlossen werden?

Bemerkung. Im Folgenden ist der Begriff „Girlande“ nicht nur als Weihnachtsbaumdekoration zu verstehen, sondern auch als jedes LED-Beleuchtungsgerät, bei dem die LEDs in Reihe oder parallel geschaltet sind. Hauptsache, es gibt mehr als eine LED. Eine Girlande, es ist auch eine Girlande in Afrika!

Um eine Antwort auf diese Frage zu erhalten, reicht es aus, die Versorgungsspannung einfach durch den Spannungsabfall an der LED zu teilen. In den meisten Fällen werden bei der Berechnung dieser Spannung 2V genommen. Dann stellt sich heraus, 12/2 = 6.Vergessen Sie jedoch nicht, dass ein Teil der Spannung für den Löschwiderstand verbleiben muss, mindestens Volt 2.

Es stellt sich heraus, dass nur noch 10 V an den LEDs verbleiben und die Anzahl der LEDs 10/2 = 5 beträgt. In diesem Zustand muss der Begrenzungswiderstand eine Nennleistung von 2 V / 20 mA = 100 Ohm haben, um einen Strom von 20 mA zu erhalten. Die Leistung des Widerstands beträgt P = U * I = 2 V * 20 mA = 40 mW.

Eine solche Berechnung ist durchaus richtig, wenn die Durchlassspannung der LEDs in der Girlande, wie angegeben, 2 V beträgt. Es ist dieser Wert, der in den Berechnungen häufig als Durchschnitt verwendet wird. Tatsächlich hängt diese Spannung jedoch von der Art der LEDs und der Farbe des Glühens ab. Daher sollten Sie sich bei der Berechnung der Gänseblümchen auf die Art der LEDs konzentrieren. Spannungsabfälle für verschiedene Arten von LEDs sind in der in Abbildung 8 gezeigten Tabelle dargestellt.

Abbildung 8. Spannungsabfall an LEDs unterschiedlicher Farbe.

Somit können mit einer Versorgungsspannung von 12 V abzüglich des Spannungsabfalls über dem Strombegrenzungswiderstand insgesamt 10 / 3,7 = 2,7027 weiße LEDs angeschlossen werden. Sie können jedoch kein Stück der LED abschneiden, sodass nur zwei LEDs angeschlossen werden können. Dieses Ergebnis wird erhalten, wenn wir den Maximalwert des Spannungsabfalls aus der Tabelle entnehmen.

Wenn wir 3 V in die Berechnung einbeziehen, ist es offensichtlich, dass drei LEDs angeschlossen werden können. In diesem Fall müssen Sie jedes Mal den Widerstand des Begrenzungswiderstands sorgfältig zählen. Wenn echte LEDs einen Spannungsabfall von 3,7 V oder mehr aufweisen, leuchten die drei LEDs möglicherweise nicht auf. Es ist also besser, um zwei anzuhalten.

Grundsätzlich spielt es keine Rolle, welche Farbe die LEDs haben. Bei der Berechnung müssen Sie je nach Farbe der LEDs unterschiedliche Spannungsabfälle berücksichtigen. Die Hauptsache ist, dass sie für einen Strom ausgelegt sind. Es ist unmöglich, eine aufeinanderfolgende Girlande aus LEDs zusammenzubauen, von denen einige einen Strom von 20 mA und einen anderen Teil von 10 Milliampere haben.

Es ist klar, dass bei einem Strom von 20 mA LEDs mit einem Nennstrom von 10 mA einfach durchbrennen. Wenn Sie den Strom auf 10 mA begrenzen, leuchten 20 Milliampere nicht hell auf, wie bei einem Schalter mit LED: Sie können nachts sehen, nicht nachmittags.

Um sich das Leben zu erleichtern, entwickeln Funkamateure verschiedene Taschenrechnerprogramme, die alle Arten von Routineberechnungen ermöglichen. Zum Beispiel Programme zur Berechnung von Induktivitäten, Filter verschiedener Typen, Stromstabilisatoren. Es gibt ein solches Programm zur Berechnung von LED-Girlanden. Ein Screenshot eines solchen Programms ist in Abbildung 9 dargestellt.

Abbildung 9. Screenshot des Programms „Calculation_resistance_resistor_Ledz_“.

Das Programm funktioniert ohne Installation im System. Sie müssen es nur herunterladen und verwenden. Alles ist so einfach und klar, dass für den Screenshot überhaupt keine Erklärung erforderlich ist. Natürlich müssen alle LEDs die gleiche Farbe und den gleichen Strom haben.

Siehe auch von einem zuvor auf der Website veröffentlichten: So verbinden Sie die LED mit dem Beleuchtungsnetzwerk

Grenzwiderstände sind natürlich gut. Aber nur wenn bekannt ist, dass diese Girlande von angetrieben wird stabilisierte Quelle DC 12V und der Strom durch die LEDs wird den berechneten Wert nicht überschreiten. Was aber, wenn es einfach keine Quelle mit einer Spannung von 12 V gibt?

Eine solche Situation kann beispielsweise in einem LKW mit einer Spannung von 24 V im Bordnetz auftreten. Um aus dieser Krisensituation herauszukommen, hilft ein Stromstabilisator, zum Beispiel „SSC0018 - Einstellbarer Stromstabilisator 20..600mA“. Das Erscheinungsbild ist in Abbildung 10 dargestellt. Ein solches Gerät kann in Online-Shops gekauft werden. Der Preis der Ausgabe beträgt 140 ... 300 Rubel: Alles hängt von der Vorstellungskraft und Arroganz des Verkäufers ab.

Abbildung 10. Einstellbarer Stromregler SSC0018

Die Stabilisatorspezifikationen sind in Abbildung 11 dargestellt.

Abbildung 11. Technische Eigenschaften des Stromstabilisators SSC0018

Ursprünglich wurde der Stromstabilisator SSC0018 für den Einsatz in LED-Beleuchtungskörpern entwickelt, kann aber auch zum Laden kleiner Batterien verwendet werden. Die Verwendung des SSC0018 ist recht einfach.

Der Lastwiderstand am Ausgang des Stromstabilisators kann Null sein, Sie können einfach die Ausgangsklemmen kurzschließen. Stabilisatoren und Stromquellen haben schließlich keine Angst vor Kurzschlüssen. In diesem Fall wird der Ausgangsstrom bewertet. Wenn Sie 20 mA einstellen, wird so viel sein.

Aus dem Vorstehenden können wir schließen, dass ein Milliamperemeter Gleichstrom direkt mit dem Ausgang des Stromstabilisators verbunden werden kann. Eine solche Verbindung sollte von der größten Messgrenze aus gestartet werden, da niemand weiß, welcher Strom dort geregelt wird. Drehen Sie anschließend einfach den Abstimmwiderstand, um den erforderlichen Strom einzustellen. Vergessen Sie in diesem Fall natürlich nicht, den Stromstabilisator SSC0018 an die Stromversorgung anzuschließen. Abbildung 12 zeigt den SSC0018-Schaltplan für die Stromversorgung von parallel geschalteten LEDs.

Abbildung 12. Anschluss für die Stromversorgung von parallel geschalteten LEDs

Alles hier ist aus dem Diagramm ersichtlich. Bei vier LEDs mit einem Verbrauchsstrom von 20 mA muss jeder Ausgang des Stabilisators auf einen Strom von 80 mA eingestellt werden. In diesem Fall ist am Eingang des Stabilisators SSC0018 etwas mehr Spannung erforderlich als der Spannungsabfall an einer LED, wie oben erwähnt. Natürlich ist eine größere Spannung geeignet, dies führt jedoch nur zu einer zusätzlichen Erwärmung des Stabilisatorchips.

Bemerkung. Wenn zur Begrenzung des Stroms mit einem Widerstand die Spannung der Stromquelle die Gesamtspannung an den LEDs geringfügig übersteigen soll, nur zwei Volt, sollte dieser Überschuss für den normalen Betrieb des Stromstabilisators SSC0018 etwas höher sein. Nicht weniger als 3 ... 4V, sonst öffnet sich das Regelelement des Stabilisators einfach nicht.

Abbildung 13 zeigt den Anschluss des SSC0018-Stabilisators bei Verwendung einer Girlande aus mehreren in Reihe geschalteten LEDs.

Abbildung 13. Stromversorgung einer seriellen Zeichenfolge über den SSC0018-Stabilisator

Die Abbildung stammt aus der technischen Dokumentation. Versuchen wir also, die Anzahl der LEDs in der Girlande und die konstante Spannung zu berechnen, die von der Stromversorgung benötigt wird.

Der im Diagramm angegebene Strom von 350 mA lässt den Schluss zu, dass die Girlande aus leistungsstarken weißen LEDs besteht, da der Hauptzweck des Stabilisators SSC0018, wie oben erwähnt, Lichtquellen sind. Der Spannungsabfall an der weißen LED liegt innerhalb von 3 ... 3,7V. Für die Berechnung sollten Sie den Maximalwert von 3,7 V verwenden.

Die maximale Eingangsspannung des Stabilisators SSC0018 beträgt 50V. Von diesem Wert von 5 V, der für den Stabilisator selbst erforderlich ist, abzuziehen, bleiben 45 V. Diese Spannung kann "beleuchtet" werden 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LEDs. Offensichtlich sollte dies auf 12 gerundet werden.

Die Anzahl der LEDs kann geringer sein. Dann muss die Eingangsspannung reduziert werden (während sich der Ausgangsstrom nicht ändert, bleibt er bei der Einstellung 350 mA). Warum sollte ich 3 LEDs mit 50 V versorgen, auch leistungsstarke? Solch ein Spott kann zum Scheitern führen, weil leistungsstarke LEDs keineswegs billig sind. Welche Spannung benötigt wird, um drei leistungsstarke LEDs für diejenigen anzuschließen, die wollen, aber sie können immer gefunden werden, können sie selbst berechnen.

Einstellbarer Stromstabilisator SSC0018 Gerät ist ziemlich gut. Aber die ganze Frage ist, wird es immer gebraucht? Und der Preis des Gerätes ist etwas verwirrend. Was kann der Ausweg aus dieser Situation sein? Alles ist sehr einfach. Ein ausgezeichneter Stromregler wird durch integrierte Spannungsstabilisatoren erhalten, beispielsweise die Serien 78XX oder LM317.

Um einen solchen Stromstabilisator auf Basis eines Spannungsstabilisators herzustellen, sind nur 2 Teile erforderlich. Tatsächlich der Stabilisator selbst und ein einzelner Widerstand, dessen Widerstand und Leistung zur Berechnung des StabDesign-Programms beitragen. Ein Screenshot davon ist in Abbildung 14 dargestellt.

Zeichnen 14. Die Berechnung des Stromstabilisators mit dem Programm StabDesign.

Das Programm erfordert keine besonderen Erklärungen. Im Dropdown-Menü Typ wird der Typ des Stabilisators ausgewählt, in der Zeile I wird der erforderliche Strom eingestellt und die Schaltfläche Berechnen gedrückt. Das Ergebnis ist der Widerstand des Widerstands R1 und seine Leistung. In der Abbildung wurde die Berechnung für einen Strom von 20 mA durchgeführt.Dies ist der Fall, wenn die LEDs in Reihe geschaltet sind. Bei einer Parallelschaltung wird der Strom auf die gleiche Weise wie in Abbildung 12 berechnet.

Die LED-Girlande wird anstelle des Widerstands Rн angeschlossen, was die Last des Stromstabilisators symbolisiert. Es ist sogar möglich, nur eine LED anzuschließen. In diesem Fall ist die Kathode mit einem gemeinsamen Draht verbunden und die Anode mit dem Widerstand R1.

Die Eingangsspannung des betrachteten Stromstabilisators liegt im Bereich von 15 ... 39 V, da der Stabilisator 7812 mit einer Stabilisierungsspannung von 12 V verwendet wird.

Es scheint, dass dies das Ende der Geschichte über LEDs ist. Es gibt aber auch LED-Streifen, auf die im nächsten Artikel eingegangen wird.

Fortsetzung des Artikels: LED-Streifenanwendung

Boris Aladyshkin