Bra och dåliga LED-kopplingsmönster

I tidigare artiklar har olika problem relaterade till anslutning av lysdioder beskrivits. Men du kan inte skriva allt i en artikel, så du måste fortsätta med det här ämnet. Här kommer vi att prata om olika sätt att slå på lysdioderna.

Som nämnts i de nämnda artiklarna, LED är en aktuell enhet, d.v.s. strömmen genom det måste begränsas av ett motstånd. Hur man beräknar detta motstånd har redan beskrivits, vi kommer inte att upprepa här, men vi kommer att ge formeln, bara i fallet, igen.

Figur 1

Här är uppe. - matningsspänning, Uad. - spänningsfall över lysdioden, R - motstånd för begränsningsmotståndet, I - ström genom lysdioden.

Trots all teori producerar den kinesiska industrin dock alla slags souvenirer, prydnadssaker, tändare, där lysdioden är påslagen utan ett begränsande motstånd: bara två eller tre diskbatterier och en lysdiod. I detta fall begränsas strömmen av batteriets inre motstånd, vars kraft helt enkelt inte är tillräckligt för att bränna lysdioden.

Men här, förutom utbrändhet, finns det en annan obehaglig egenskap - nedbrytningen av lysdioder, mest inneboende i vita och blå lysdioder: efter ett tag blir glödets ljusstyrka ganska obetydlig, även om strömmen genom lysdioden flyter tillräckligt nog, på nominell nivå.

Detta säger inte att det inte lyser alls, glödet märks knappt, men detta är inte längre en ficklampa. Om den nominella strömnedbrytningen inträffar tidigast efter ett år med kontinuerlig luminescens, med en överdriven ström, kan detta fenomen förväntas på en halvtimme. Denna inkludering av lysdioden bör kallas dålig.

Ett sådant system kan bara förklaras av önskan att spara på ett motstånd, lödning och arbetskraftskostnader, som med en massiv produktion är uppenbarligen motiverade. Dessutom är en tändare eller nyckelring en en gång, billig sak: gasen har slut eller batteriet har tagit slut - de kastade helt enkelt souvenir.

Bild 2. Schemat är dåligt, men det används ganska ofta.

Mycket intressanta saker kommer ut (naturligtvis av misstag) om lysdioden är ansluten till en strömförsörjning med en utgångsspänning på 12V och en ström på minst 3A: genom ett sådant schema, en bländande blixt uppstår, en ganska hög popp, rök hörs och en kvävande lukt kvarstår. Så jag minns denna liknelse: ”Är det möjligt att titta på solen genom ett teleskop? Ja, men bara två gånger. En gång med vänster öga, den andra med höger. ” Förresten, att ansluta en LED utan begränsande motstånd är det vanligaste misstaget bland nybörjare, och jag vill varna för det.

För att korrigera denna situation, förlänga livslängden på lysdioden, kretsen bör ändras något.

Bild 3. Bra layout, korrekt.

Det är ett sådant system som bör betraktas som bra eller korrekt. För att kontrollera om värdet på motståndet R1 är korrekt angivet kan du använda formeln som visas i figur 1. Vi antar att spänningsfallet på LED 2V, ström 20mA, spänning 3V på grund av användning av två fingerbatterier.

I allmänhet behöver man inte sträva efter att begränsa strömmen till nivån för maximalt tillåtna 20 mA, du kan driva lysdioden med en lägre ström, ja, åtminstone, en milliamp 15 ... 18. I detta fall kommer det att bli en mycket liten minskning i ljusstyrka, vilket det mänskliga ögat på grund av enhetens egenskaper inte kommer att märka alls, men LED: s livslängd kommer att öka avsevärt.

Ett annat exempel på dåligt tända lysdioder finns i olika ficklampor, redan kraftigare än nyckelringar och tändare. I detta fall är ett visst antal lysdioder, ibland ganska stora, helt enkelt anslutna parallellt och även utan ett begränsande motstånd, vilket återigen fungerar som batteriets inre motstånd.Sådana ficklampor går ofta i reparation just på grund av utbränningen av lysdioderna.

Bild 4. Helt dåligt kopplingsschema.

Det verkar som om situationen som visas i figur 5. kan korrigera situationen. Bara ett motstånd, och det verkar som om saker och ting blev bättre.

Bild 5. Detta är redan lite bättre.

Men en sådan inkludering hjälper lite. Faktum är att det i naturen helt enkelt inte är möjligt att hitta två identiska halvledaranordningar. Därför har till exempel transistorer av samma typ olika vinst, även om de kommer från samma produktionsbatch. Tyristorer och triaker är också olika. Vissa öppnar lätt, medan andra är så tunga att de måste överges. Detsamma kan sägas om lysdioderna - två helt identiska, särskilt tre eller en hel grupp, det är helt enkelt omöjligt att hitta.

Obs om ämnet. I dataarket för LED-aggregatet SMD-5050 (tre oberoende lysdioder i ett hölje) rekommenderas inte inkluderingen som visas i figur 5. På grund av spridningen av parametrarna för enskilda lysdioder kan skillnaden i deras glöd vara märkbar. Och det verkar i ett fall!

LED har naturligtvis ingen förstärkning, men det finns en så viktig parameter som direkt spänningsfall. Och även om lysdioderna tas från en teknisk batch, från ett paket, kommer det helt enkelt inte att finnas två identiska i den. Därför kommer strömmen för alla lysdioder att vara annorlunda. Den lysdioden, i vilken strömmen kommer att vara mest, och förr eller senare kommer att överskrida den nominella, tänds före alla andra.

I samband med denna olyckliga händelse går all möjlig ström genom de två överlevande lysdioderna, naturligtvis överskrider den nominella. När allt kommer omkring beräknades motståndet "för tre", för tre lysdioder. En ökad ström kommer att orsaka en ökad uppvärmning av LED-kristallerna, och en som är "svagare" bränner också ut. Den sista lysdioden har inte heller något annat val än att följa exemplet med sina kamrater. En sådan kedjereaktion erhålls.

I detta fall betyder ordet "bränna" helt enkelt bryta kretsen. Men det kan hända att i en av lysdioderna kommer att uppstå en elementär kortslutning som växlar de återstående två lysdioderna. Naturligtvis kommer de säkert att gå ut, även om de kommer att överleva. Vid ett sådant fel kommer motståndet att värmas upp intensivt och i slutändan kan det brinna ut.

För att förhindra att detta händer måste kretsen ändras något: för varje lysdioder installerar du sitt eget motstånd, som visas i figur 6.

Bild 6. Och så kommer lysdioderna att hålla mycket länge.

Här är allt som krävs, allt enligt reglerna för kretsdesign: strömmen för varje LED begränsas av dess motstånd. I en sådan krets är strömmarna genom lysdioderna oberoende av varandra.

Men denna inkludering orsakar inte mycket entusiasm, eftersom antalet motstånd är lika med antalet lysdioder. Men jag skulle vilja ha fler lysdioder och färre motstånd. Hur ska jag vara?

Vägen ut ur denna situation är ganska enkel. Varje LED måste ersättas av en kedja med seriekopplade lysdioder, som visas i figur 7.

Figur 7. Parallell inkludering av girlander.

Kostnaden för en sådan förbättring är en ökning av matningsspänningen. Om bara en volt räcker för en lysdiod, kan inte ens två lysdioder som är anslutna i serie antändas från sådan spänning. Så vilken spänning behövs för att slå på en krans av lysdioder? Eller på annat sätt, hur många lysdioder kan anslutas till en strömkälla med en spänning, till exempel 12V?

Anm. Nedan bör begreppet "krans" förstås inte bara som en julgrandekoration, utan också som vilken LED-lampa som lysdioderna är anslutna i serie eller parallellt. Det viktigaste är att det finns mer än en lysdiod. En girland, det är också en girland i Afrika!

För att få ett svar på denna fråga räcker det att bara dela matningsspänningen med spänningsfallet på lysdioden. I de flesta fall är denna spänning 2V vid beräkning. Sedan visar det sig 12/2 = 6.Men glöm inte att någon del av spänningen måste vara kvar för kylningsmotståndet, åtminstone volt 2.

Det visar sig att endast 10V kvarstår på lysdioderna och antalet lysdioder blir 10/2 = 5. I denna situation måste begränsningsmotståndet ha ett nominellt värde av 2V / 20mA = 100Ohm för att erhålla en ström på 20 mA. Motståndets effekt är P = U * I = 2V * 20mA = 40 mW.

En sådan beräkning är helt sant om lysdiodernas framspänning i kransen, som indikerat, är 2V. Det är detta värde som ofta tas i beräkningarna, som ett medelvärde. Men faktiskt beror den här spänningen på typen av lysdioder, på glödens färg. Därför, när du beräknar prästkragar, bör du fokusera på typen av lysdioder. Spänningsfall för olika typer av lysdioder visas i tabellen som visas i figur 8.

Bild 8. Spänningsfall på lysdioder i olika färger.

Således, med en 12V strömförsörjningsspänning minus spänningsfallet över strömbegränsande motstånd, kan totalt 10 / 3,7 = 2,7027 vita lysdioder anslutas. Men du kan inte klippa av en bit av lysdioden, så bara två lysdioder kan anslutas. Detta resultat erhålls om vi tar det maximala spänningsfallet från tabellen.

Om vi ​​ersätter 3V i beräkningen är det uppenbart att tre lysdioder kan anslutas. I det här fallet måste du noggrant räkna motståndet hos det begränsande motståndet. Om verkliga lysdioder visar sig ha ett spänningsfall på 3,7 V, eller kanske högre, kanske de tre lysdioderna inte tänds. Så det är bättre att stanna vid två.

Det spelar ingen roll vilken färg lysdioderna kommer att vara, bara när du beräknar måste du ta hänsyn till olika spänningsfall beroende på LED-glödets färg. Det viktigaste är att de är utformade för en ström. Det är omöjligt att montera en konsekvent krans av lysdioder, av vilka vissa har en ström på 20 mA, och den andra delen på 10 milliamp.

Det är tydligt att lysdioder med en märkström på 10 mA helt enkelt kommer att brinna ut vid en ström på 20 mA. Om du begränsar strömmen till 10 mA lyser inte 20 milliamper ljus, som i en strömbrytare med en LED: du kan se på natten, inte på eftermiddagen.

För att göra livet lättare för sig utvecklar radioamatörer olika räknemaskinprogram som underlättar alla typer av rutinberäkningar. Till exempel program för beräkning av induktanser, filter av olika slag, strömstabilisatorer. Det finns ett sådant program för beräkning av LED-kransar. En skärmdump av ett sådant program visas i figur 9.

Bild 9. Skärmdump av programmet “Calculation_resistance_resistor_Ledz_”.

Programmet fungerar utan installation i systemet, du behöver bara ladda ner och använda det. Allt är så enkelt och tydligt att det inte krävs någon förklaring till skärmdumpen alls. Naturligtvis måste alla lysdioder ha samma färg och med samma ström.

Se även från ett tidigare publicerat på webbplatsen: Hur man ansluter lysdioden till belysningsnätverket

Gränsmotstånd är naturligtvis bra. Men först när det är känt att denna girland kommer att drivas av stabiliserad källa DC 12V och strömmen genom lysdioderna överskrider inte det beräknade värdet. Men vad händer om det helt enkelt inte finns någon källa med en spänning på 12V?

En sådan situation kan till exempel uppstå i en lastbil med en spänning på 24V ombordnät. För att komma ur en sådan krissituation kommer en aktuell stabilisator att hjälpa till exempel "SSC0018 - Justerbar strömstabilisator 20..600mA". Dess utseende visas i figur 10. En sådan enhet kan köpas i onlinebutiker. Priset på frågan är 140 ... 300 rubel: det beror på fantasin och arrogansen hos säljaren.

Bild 10. Justerbar strömregulator SSC0018

Stabiliseringsspecifikationerna visas i figur 11.

Bild 11. Tekniska egenskaper för den aktuella stabilisatorn SSC0018

Ursprungligen utvecklades SSC0018 strömstabilisator för användning i LED-downlights, men kan också användas för att ladda små batterier. Att använda SSC0018 är ganska enkelt.

Lastmotståndet vid utgången från strömstabilisatorn kan vara noll, du kan helt enkelt kortsluta utgångsterminalerna. Stabilisatorer och strömkällor är ju inte rädda för kortslutningar. I detta fall kommer utgångsströmmen att betygsättas. Tja, om du ställer in 20mA, så kommer så mycket att bli.

Från det föregående kan vi dra slutsatsen att en milliammeter likström kan direkt anslutas till utgången från strömstabilisatorn. En sådan anslutning bör startas från den största mätgränsen, eftersom ingen vet vilken ström som regleras där. Därefter roterar du bara inställningsmotståndet för att ställa in önskad ström. I det här fallet, naturligtvis, glöm inte att ansluta den nuvarande stabilisatorn SSC0018 till strömförsörjningen. Figur 12 visar SSC0018-kopplingsschema för strömförsörjning av lysdioder som är anslutna parallellt.

Bild 12. Anslutning för strömförande lysdioder som är anslutna parallellt

Allt här är tydligt från diagrammet. För fyra lysdioder med en förbrukningsström på 20 mA måste varje utgång från stabilisatorn ställas in på en ström på 80 mA. I det här fallet, vid ingången till stabilisatorn SSC0018, krävs lite mer spänning än spänningsfallet på en lysdiod, som nämnts ovan. Naturligtvis är en större spänning lämplig, men detta kommer bara att leda till ytterligare uppvärmning av stabilisatorchipet.

Anm. Om, för att begränsa strömmen med ett motstånd, bör spänningen i strömförsörjningen något överskrida den totala spänningen vid lysdioderna, bara två volt, då för överskottsstabilisatorens normala drift SSC0018 skulle detta överskott vara något högre. Inte mindre än 3 ... 4V, annars kommer stabiliseringselementet i stabilisatorn helt enkelt inte att öppnas.

Figur 13 visar anslutningen av SSC0018-stabilisatorn när man använder en krans av flera seriekopplade lysdioder.

Bild 13. Driva en seriell sträng genom SSC0018 stabilisator

Siffran är hämtad från den tekniska dokumentationen, så låt oss försöka beräkna antalet lysdioder i krans och konstant spänning som krävs från strömförsörjningen.

Strömmen som visas på diagrammet 350mA gör det möjligt för oss att dra slutsatsen att kransen är sammansatt av kraftfulla vita lysdioder, eftersom, som nämnts ovan, huvudsyftet med SSC0018-stabilisatorn är ljuskällor. Spänningsfallet över den vita lysdioden är inom 3 ... 3,7V. För beräkningen bör du ta det maximala värdet 3,7V.

Den maximala ingångsspänningen för stabilisatorn SSC0018 är 50V. Subtrahera från detta värde på 5V, nödvändigt för själva stabilisatorn, förblir 45V. Denna spänning kan "belysas" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... lysdioder. Uppenbarligen bör detta avrundas till 12.

Antalet lysdioder kan vara mindre. Då måste ingångsspänningen sänkas (medan utgångsströmmen inte kommer att förändras, den kommer att förbli 350mA när den justerades), varför ska jag leverera 50V till 3 lysdioder, även kraftfulla? Sådant hån kan sluta misslyckas, eftersom kraftfulla lysdioder inte alls är billiga. Vilken spänning kommer att krävas för att ansluta tre kraftfulla lysdioder för dem som vill, men de kan alltid hittas, de kan beräkna själva.

Justerbar strömstabilisator SSC0018-enhet är ganska bra. Men hela frågan är, är det alltid nödvändigt? Och priset på enheten är något förvirrande. Vad kan vara vägen ut ur denna situation? Allt är väldigt enkelt. En utmärkt strömregulator erhålls från integrerade spänningsstabilisatorer, till exempel 78XX- eller LM317-serien.

För att skapa en sådan strömstabilisator baserad på en spänningsstabilisator krävs endast två delar. Egentligen är själva stabilisatorn och ett enda motstånd, vars motstånd och effekt hjälper till att beräkna StabDesign-programmet, vars skärmdump visas i figur 14.

bild 14. Beräkningen av aktuell stabilisator med hjälp av programmet StabDesign.

Programmet kräver inga speciella förklaringar. I rullgardinsmenyn Typ väljs typen av stabilisator, i raden I ställs den erforderliga strömmen in och knappen Beräkna trycks in. Resultatet är motståndet hos motståndet R1 och dess effekt. I figuren utfördes beräkningen för en ström på 20 mA.Detta är fallet när lysdioderna är anslutna i serie. För en parallellanslutning beräknas strömmen på samma sätt som visas i figur 12.

LED-kransen är ansluten istället för motståndet R, vilket symboliserar belastningen på strömstabilisatorn. Det är till och med möjligt att ansluta bara en lysdiod. I detta fall är katoden ansluten till en gemensam tråd och anoden till motståndet R1.

Ingångsspänningen för den betraktade strömstabilisatorn ligger i intervallet 15 ... 39V, eftersom stabilisatorn 7812 med en stabiliseringsspänning på 12V används.

Det verkar som att detta är slutet på berättelsen om lysdioder. Men det finns också LED-remsor, som kommer att diskuteras i nästa artikel.

Fortsättning av artikeln: Användning av LED-remsor

Boris Aladyshkin