Ele-prof.ru

Электро отопление
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы управления яркостью свечения светодиодов с помощью импульсных драйверов

Способы управления яркостью свечения светодиодов с помощью импульсных драйверов

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

Экспоненциальный рост количества светодиодных источников света сопровождается столь же бурным расширением ассортимента интегральных схем, предназначенных для управления питанием светодиодов. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили неприемлемые для озабоченного экономией энергии мира прожорливые линейные регуляторы, став для отрасли фактическим стандартом. Любые приложения, от ручного фонарика до информационных табло на стадионах, требуют точного управления стабилизированным током. При этом часто бывает необходимо в реальном времени изменять интенсивность излучения светодиодов. Управление яркостью источников света, и, в частности, светодиодов, называется диммированием. В данной статье излагаются основы теории светодиодов и описываются наиболее популярные методы диммирования с помощью импульсных драйверов.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Концепцию яркости видимого сета, испускаемого светодиодом, понять довольно легко. Числовое значение воспринимаемой яркости излучения светодиода может быть легко измерено в единицах поверхностной плотности светового потока, называемых кандела (кд). Суммарная мощность светового излучения светодиода выражается в люменах (лм). Важно понимать, также, что яркость светодиода зависит от средней величины прямого тока.

На Рисунке 1 изображен график зависимости светового потока некоторого светодиода от прямого тока. В области используемых значений прямых токов (IF) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении IF. При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

Рисунок 1.Зависимость светового потока от тока через светодиод.

При работе вне линейной области значительная часть подводимой к светодиоду мощности рассеивается в виде тепла. Это потраченное впустую тепло перегружает драйвер светодиода и усложняет тепловой расчет конструкции.

Цветовая температура светодиодов

Цветовая температура является параметром, характеризующим цвет светодиода, и указывается в справочных данных. Цветовая температура конкретного светодиода описывается диапазоном значений и смещается при изменении прямого тока, температуры перехода, а также, по мере старения прибора. Чем ниже цветовая температура светодиода, тем ближе его свечение к красно-желтому цвету, называемому «теплым». Более высоким цветовым температурам соответствуют сине-зеленые цвета, называемые «холодными». Нередко для цветных светодиодов вместо цветовой температуры указывается доминирующая длина волны, которая может смещаться точно также, как цветовая температура.

Способы управления яркостью свечения светодиодов

Существуют два распространенных способа управления яркостью (диммирования) светодиодов в схемах с импульсными драйверами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое регулирование. Оба способа сводятся, в конечном счете, к поддержанию определенного уровня среднего тока через светодиод, или цепочку светодиодов. Ниже мы обсудим различия этих способов, оценим их преимущества и недостатки.

На Рисунке 2 изображена схема импульсного драйвера светодиода в конфигурации понижающего преобразователя напряжения. Напряжение VIN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе RSNS. Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор RSNS, и регулируется напряжением, подаваемым с резистора на вывод CS. Если напряжение на выводе CS начинает опускаться ниже установленного уровня, коэффициент заполнения импульсов тока, протекающего через L1, светодиод и RSNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Рисунок 2.Топология понижающего преобразователя.

Аналоговое диммирование

Аналоговое диммирование – это поцикловое управление прямым током светодиода. Проще говоря, это поддержание тока светодиода на постоянном уровне. Аналоговое диммирование выполняется либо регулировкой резистора датчика тока RSNS, либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM (или аналогичный вывод) драйвера светодиодов. Оба примера аналогового управления показаны на Рисунке 2.

Аналоговое диммирование регулировкой RSNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины RSNS вызывает соответствующее изменение тока светодиода. Если бы было возможно найти потенциометр с сопротивлением менее одного Ома, способный выдержать большие токи светодиода, такой способ диммирования имел бы право на существование.

Аналоговое диммирование с помощью управления напряжением питания через вывод CS

Более сложный способ предполагает прямое поцикловое управление током светодиода с помощью вывода CS. Для этого, в типичном случае, в петлю обратной связи включается источник напряжения, снимаемого с датчика тока светодиода и буферизованного усилителем (Рисунок 2). Для регулировки тока светодиода можно управлять коэффициентом передачи усилителя. В эту схему обратной связи несложно ввести дополнительную функциональность, такую, например, как токовую и температурную защиту.

Недостатком аналогового диммирования является то, что цветовая температура излучаемого света может зависеть от прямого тока светодиода. В тех случаях, когда изменение цвета свечения недопустимо, диммирование светодиода регулированием прямого тока применяться не может.

Диммирование с помощью ШИМ

Диммирование с помощью ШИМ заключается в управлении моментами включения и выключения тока через светодиод, повторяемыми с достаточно высокой частотой, которая, с учетом физиологии человеческого глаза, не должна быть меньше 200 Гц. В противном случае, может проявляться эффект мерцания.

Средний ток через светодиод теперь становится пропорциональным коэффициенту заполнения импульсов и выражается формулой:

IDIM-LED – средний ток через светодиод,
DDIM – коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
ILED – номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления RSNS (см. Рисунок 3).

Рисунок 3.Двухпроводное ШИМ диммирование.

Модуляция драйвера светодиодов

Многие современные драйверы светодиодов имеют специальный вход DIM, на который можно подавать ШИМ сигналы в широким диапазоне частот и амплитуд. Вход обеспечивает простой интерфейс со схемами внешней логики, позволяя включать и выключать выход преобразователя без задержек на перезапуск драйвера, не затрагивая при этом работы остальных узлов микросхемы. С помощью выводов разрешения выхода и вспомогательной логики можно реализовать ряд дополнительных функций.

Двухпроводное ШИМ-диммирование

Читайте так же:
Взрывобезопасные выключатели для освещения

Двухпроводное ШИМ-диммирование приобрело популярность в схемах внутренней подсветки автомобилей. Если напряжение на выводе VINS становится на 70% меньше, чем на VIN (Рисунок 3), работа внутреннего силового MOSFET транзистора запрещается, и ток через светодиод выключается. Недостаток метода заключается в необходимости иметь схему формирователя сигнала ШИМ в источнике питания преобразователя.

Быстрое ШИМ-диммирование с шунтирующим устройством

Запаздывание моментов включения и выключения выхода конвертора ограничивает частоту ШИМ и диапазон изменения коэффициента заполнения. Для решения этой проблемы параллельно светодиоду, или цепочке светодиодов, можно подключить шунтирующее устройство, такое, скажем, как MOSFET транзистор, показанный на Рисунке 4а, позволяющий быстро пустить выходной ток преобразователя в обход светодиода (светодиодов).

а)
б)
Рисунок 4.Быстрое ШИМ диммирование (а), формы токов и напряжений (б).

Ток дросселя на время выключения светодиода остается непрерывным, благодаря чему нарастание и спад тока перестают затягиваться. Теперь время нарастания и спада ограничивается только характеристиками MOSFET транзистора. На Рисунке 4а изображена схема подключения шунтирующего транзистора к светодиоду, управляемому драйвером LM3406, а на Рисунке 4б показаны осциллограммы, иллюстрирующие различие результатов, получаемых при диммировании с использованием вывода DIM (сверху), и при подключении шунтирующего транзистора (внизу). В обоих случаях выходная емкость равнялась 10 нФ. Шунтирующий MOSFET транзистор типа Si3458.

При шунтировании тока светодиодов, управляемых преобразователями со стабилизаций тока, надо учитывать возможность возникновения бросков тока при включении MOSFET транзистора. В семействе драйверов светодиодов LM340x предусмотрено управление временем включения преобразователей, что позволяет решить проблему выбросов. Для сохранения максимальной скорости включения/выключения емкость между выводами светодиода должна быть минимальной.

Существенным недостатком быстрого ШИМ-диммирования, по сравнению с методом модуляции выхода преобразователя, является снижение КПД. При открытом шунтирующем приборе на нем рассеивается мощность, выделяющаяся в виде тепла. Для снижения таких потерь следует выбирать MOSFET транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала RDS-ON.

Многорежимный диммер LM3409

National Semiconductor выпускает уникальный многорежимный драйвер светодиодов LM3409, предназначенный как для аналогового, так и ШИМ регулирования яркости. Диммирование может осуществляться одним из четырех способов:

  1. Аналоговое регулирование прямой подачей напряжения 0 … 1.24 В на вывод IADJ.
  2. Аналоговое регулирование с помощью потенциометра, подключенного между выводом IADJ и «землей».
  3. ШИМ регулирование с помощью вывода EN.
  4. ШИМ регулирование с помощью шунтирующего MOSFET транзистора.

На Рисунке 5 показана схема включения LM3409 для управления яркостью с помощью потенциометра. Внутренний источник тока 5 мкА создает падение напряжения на сопротивлении RADJ, которое, в свою очередь, влияет на внутренний порог схемы измерения тока светодиода. С точно таким же эффектом можно управлять микросхемой, непосредственно подавая постоянное напряжение на вывод IADJ.

Рисунок 5.Аналоговое управление яркостью.

Рисунок 6 демонстрирует зависимость измеренного тока светодиода от сопротивления включенного между IADJ и «землей» потенциометра. Плато на уровне 1 А в верхней части графика определяется величиной показанного на Рисунке 4 резистора RSNS, задающего максимальный номинальный ток светодиода.

Рисунок 6.Зависимость тока светодиода от сопротивления потенциометра.

На Рисунке 7 изображена зависимость измеренного тока светодиода от постоянного напряжения, приложенного к выводу IADJ. Заметим, что максимальный ток здесь также определяется величиной RSNS.

Рисунок 7.Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ.

Обе аналоговые технологии диммирования просты в реализации и позволяют с очень высокой линейностью регулировать яркость свечения, вплоть до уровня 10% от максимума.

Заключение

Регулировать яркость свечения светодиодов, питающихся от импульсных преобразователей, можно различными способами. Для каждого из двух основных методов, ШИМ и аналогового, характерны свои достоинства и недостатки. Ценою использования дополнительной логики, ШИМ регулирование значительно уменьшает вариации цвета светодиода при изменении яркости. Схемотехника аналогового диммирования проще, но неприменима там, где требуется поддержания постоянной цветовой температуры.

Как включить светодиод

Итак, перед нами светодиод. Как заставить его светиться и в то же время не сжечь? Прежде всего, вспомним, что светодиод – разновидность диода, а значит прибор полярный. На анод нужно подать плюс, на катод минус. Какой величины? Рабочее напряжение зависит от типа светодиода и может колебаться от вольта-полутора до трех и более.

С первого взгляда, если подать на светодиод его рабочее напряжение, то он будет светиться, но на практике он просто сгорит, поскольку в прямом включении имеет настолько низкое сопротивление, что ток через него окажется гораздо выше допустимого. Итак, второй параметр, на который нужно обратить внимание при включении светодиода – его номинальный рабочий ток. Предположим, в нашем распоряжении есть прибор АЛ307И.

Открываем Справочник по светодиодам и видим : для АЛ307И Uном =2.5 В, Iраб = 10 мА. Для ограничения тока мы будем использовать обыкновенный резистор, а схема включения будет выглядеть так:

включение светодиода

Каким выбрать питающее схему напряжение U? Понятно, что оно должно быть выше Uном светодиода, поскольку на резисторе тоже упадет некоторое напряжение, но какое именно? Все будет зависеть от того, какое напряжение нам проще всего получить или какое уже есть, скажем, в приборе, где этот светодиод будет работать. Есть 3 или 5 В – отлично. Есть 9, 12 или 30 – тоже не беда. При большой необходимости можно использовать даже сотни вольт, но слишком много энергии будет рассеиваться на токоограничительном резисторе. Это допустимо, но не совсем экономично и по потреблению и по габаритам (потребуется резистор с большой рассеиваемой мощностью).

Предположим, в нашем распоряжении есть 12 вольт. Самое время вспомнить закон Ома , которым мы и будем пользоваться для расчетов. Напряжение у нас есть (12 В), ток в цепи у нас оговорен паспортом светодиода – 10 мА или 0.01 А, рабочее напряжение светодиода Uраб тоже известно – 2.5 В. Осталось рассчитать сопротивление резистора по формуле:

Читайте так же:
Светоконтролирующий выключатель lxp 02

расчет токоограничивающего резистора
Где 0.75 – коэффициент надежности

(12 В – 2.5В)/0.01А *0.75 = 1266 Ом или ближайший из стандартного ряда — 1,3 кОм

Сложно? Для меня нет, но если для вас это высшая математика, то можете скачать специальную программу для расчета токограничивающего резистора . Удобна она тем, что поможет рассчитать номинал резистора при параллельном и последовательном соединении светодиодов, которое мы рассмотрим на следующем практикуме.

Последнее замечание – практически все светодиоды не могут выдерживать высокое обратное напряжение (обычно оно не должно превышать 5-8 вольт). Таким образом, если вы спутаете полярность подключения светодиода, а напряжение питания у вас выше, чем максимально допустимое обратное напряжение, то светодиод будет испорчен.

Как узнать ток светодиода?

28 20 декабря 2017 (19791)

Определение напряжения светодиода мультиметромТехнологии развиваются с невероятной скорость, что приводит к все большему использованию светодиодов. У них есть много преимуществ, из-за чего их стали активно использовать в бытовых или уличных светильниках. Необходимо знать несколько параметров, помогающих правильно использовать светодиоды. Среди них стоит выделить номинальный ток и рабочее напряжение. Если у человека нет информация об определенном параметре, необходимо выяснить, как узнать ток светодиода.

Почему используют светодиоды?

Они имеют много преимуществ, которые увеличивают их популярность:

— надежные, обеспечивают высокую прочность;
— отсутствует высокое напряжение, это способно уберечь владельца от пожаров (Вы сможете спокойно провести эксперимент, выяснив, как определить рабочее напряжение светодиода);
— они не большие, их удобно переносить и использовать;
— долговечность — если Вы в ходе экспериментов не будете пытаться увеличить яркость ещё больше, когда уже достигнут максимум, они прослужат Вам очень долго;
— имеют низкое напряжение питания, потребляют немного электроэнергии.

Учтите некоторые недостатки. Они достаточно дорогие, если сравнивать с обычными лампами накаливания. От одного элемента Вы получите минимум светового потока. Источник питания должен соответствовать определенным требованиям.

Определение тока с помощью мультиметра

Есть два способа узнать ток. Давайте сначала выясним, как узнать напряжение светодиода с помощью мультиметра.

Данные приспособления могут служить несколько лет, поэтому их используют много людей. Однако, если будут работать при повышенной напряженности, начнут быстро выходить из строя. Перед выяснением силы тока необходимо рассчитать напряжение. Его определяют по цвету свечения. Белые, зеленые и синие имеют напряжения питания около 3 Вольт (иногда может доходить до 3,5). Желтые и красные варьируются от 1,8 до 2,4 В. В обычно ток 20 мили Ампер, есть исключения, у которых сила тока выше 150 мА.

Напряжение светодиода по цвету

У многих возникает вопрос, как узнать номинальный ток светодиода. Без специального справочника сделать это очень сложно. Необходимо определять по колбе: чем она больше, тем больше ток. Если Вы пересекли черту допустимого, спектр света измениться. Например, желтый светодиод может приобретать белый оттенок. Это говорит о превышении силы тока.

Придерживайтесь следующим советам:

— У них слишком повышена чувствительноcть. Они резко реагируют, если питающее напряжение повышено.
— Вольты необходимо погасить резистором, если решаете использовать напряжение намного выше, чем рекомендуется.
— Включив тестер в разрыв цепи, получится измерять потребляемый ток.

Давайте узнаем, как узнать на какое напряжение рассчитан проверенный светодиод.

Определение тока светодиода

Развитие технологий позволило создавать нестандартные устройства. Большинство думает, что между ними нет никаких различий, кроме цвета и размера. Однако они особенны по отдельности, не похожи друг на друга. Например, ток красных имеет одно значение, оно составляет около 20 мА. В это же время ток зеленых находится в пределах от 5 до 20 мили Ампер. Эта величина обязательна, относится к ней халатно нельзя, при этом бывают случаи, когда приходится узнавать её без конкретных характеристик.

Если Вы хотите упростить себе задачу, просто обрежьте их под острым углом небольшими кусками, отрезки монтажного провода после этого необходимо одеть на них. Это упростит задачу, исчезнет необходимо постоянного перепаивать светодиод. Далее к одному из проводов так же подсоединяете резистор 2,2 кОм, подключаете к блоку питания только в произвольной полярности. Он может не загореться, тогда необходимо поменять полярность. Как только загорелся, отключаете и ставьте «+» на проводе, который подключен к плюсу блока питания. Главное уже сделано, осталось узнать, как определить напряжение светодиода.

Собираем электрическую цепь: резистор 2,2 кОМ заменяем на 5600м для светодиодов красного цвета, сначала подключаем переменный резистор, после — миллиамперметр. Параллельно красному необходимо подключить вольтметр, у которого разрешение должно быть 0,1В. Переменный резистор устанавливается на максимальное сопротивление. Собранную электрическую цепь подключаете к блоку питания. Делать это необходимо с той полярностью, которую Вы ранее узнали. Как только светодиод начнет слабо светиться, Вам необходимо будет записать показания устройств.

Осталось сделать всего пару шагов, чтобы Вы окончательно узнали, как узнать прямое напряжение данного светодиода. После подключения необходимо медленно уменьшать сопротивление, наблюдая за изменениями вольтметра. Напряжение начнет возрастать в пределах 0,3-0,5 Вольт, соответственно яркость начнет становится больше. Не забывайте, что через каждый 0,1 Вольт необходимо записывать показания.

На что обращать внимание при выборе? Во время выбора, стоит обратить внимание на следующее:

— какой корпус у устройства;
— насколько высокий рабочий ток;
— какая длина волны данного свечения;
— какой угол свечения.

Читайте так же:
Источник тока подключение светодиодов

Помните, что сопротивление резистора уменьшать нужно только тогда, когда напряжение будет возрастать меньше, чем ток. В этот момент у Вас получилось достигнуть оптимального тока светодиода. Дальше нет смысла увеличивать, ведь яркость больше не станет, а срок службы уменьшится.

светодиоды и общие сведения

Последовательное включение радиодеталей — это когда детали соединены между собой только одной стороной, т.е. последовательно:

Параллельное включение радиодеталей — это когда детали соединены между собой в двух точках — в начале и в конце:

Напряжение — сила, с которой электричество «вдавливается» в провод, чтобы создать его ток.
Аналогична разности давления в начале и конце трубопровода, зависящей от силы насоса, загоняющего воду в трубу.
Измеряется в вольтах (В).

Ток — «количество электричества», проходящее по проводу в единицу времени.
Аналогичен количеству проходящей воды в трубе.
Измеряется в Амперах (А).

Сопротивление — сила, препятствующая прохождению электричества.
Аналогично сужению трубы, препятствующему свободному протоку воды.
Измеряется в омах (Ом).

Мощность — характеристика, отражающая способность, например, резистора без вреда для себя (перегрева или разрушения) пропускать электрический ток.
Аналогична толщине стенок места сужения трубы.

Постоянный ток — это когда электричество течёт постоянно в одну сторону, от плюса к минусу.
Это батарейки, аккумуляторы, ток после выпрямителей.
Аналогичен потоку воды, гоняемой насосом по закольцованной трубе в одну сторону.

Падение напряжения — разность потенциалов до и после детали, дающей сопротивление электрическому току, то есть напряжение, замеренное на контактах этой детали.
Аналогично разности давления воды, гоняемой насосом по кругу, до и после одного из сужений трубы.

Переменный ток — это когда электричество течёт то вперёд, то назад, меняя направление движения на противоположное с определённой частотой, например 50 раз в секунду.
Это электрическая сеть освещения, розетки. В них один провод (ноль) является общим, относительно которого а другом проводе (фазе) напряжение то положительное, то отрицательное. В результате при включении в розетку, например, электрочайника, ток в нём течёт то в одну, то в другую сторону.
Аналогичен движению воды, которую насос через трубу (фазу), опущенную сверху, то выдавливает в бак (ноль), то всасывает из него.

Частота переменного тока — число полных циклов (периодов) изменения направления тока (туда-обратно) за секунду.
Измеряется в герцах (Гц). Один период за секунду равен частоте в 1 герц.
Переменный ток имеет прямой и обратный (т.е. положительный и отрицательный) полупериод.
В Российских бытовых электросетях (в розетках и в лампочках) частота равна 50 герцам.

Важнейшие характеристики светодиодов:

Светодиод — это полупроводник. Он пропускает через себя ток только в одном направлении (также, как и обычный диод). В этот момент он и зажигается. Поэтому при подключении светодиода важна полярность его подключения. Если же светодиод подключается к переменному току (полярность которого меняется, например, 50 раз в секунду, как в розетке), то светодиод будет пропускать ток в одном полупериоде и не пропускать в другом, то есть быстро мигать, что, впрочем, практически незаметно для глаза.

Замечу, что при подключении светодиода к переменному току необходимо обезопасить его от действия напряжения обратного полупериода, поскольку максимально допустимое обратное напряжение большинства индикаторных светодиодов лежит в пределах единиц вольт. Для этого параллельно светодиоду но с обратной полярностью нужно включить любой кремниевый диод, который даст току течь в обратном направлении и организует на себе падение напряжения, не превышающее максимально допустимое обратное напряжение светодиода.

Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом. При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без соответствующего резистора!

2. Напряжение питания и падение напряжения.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, потому что нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).

Напряжение питания не может являться характеристикой светодиода, поскольку для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.

Номинальный ток большинства индикаторных светодиодов соответствует либо 10, либо 20 миллиамперам (у зарубежных светодиодов чаще указывают 20 мА), и регулируется он индивидуально для каждого светодиода сопротивлением последовательно включенного резистора. Кроме того, мощность резистора не должна быть ниже расчётного уровня, иначе он может перегреться. Местоположение резистора (со стороны плюса светодиода или со стороны минуса) безразлично.

Поскольку светодиоду важно, чтобы его ток соответствовал номинальному, становится ясно, почему его нельзя подключать к напряжению питания напрямую. Если, например, при напряжении 1,9 вольта ток равен 20 миллиамперам, то при напряжении 2 вольта ток будет равен уже 30 миллиамперам. Напряжение изменилось всего на десятую часть вольта, а величина тока подскочила на 50% и существенно сократила жизнь светодиоду. А если включить в цепь последовательно со светодиодом даже приблизительно рассчитанный резистор, то он произведёт гораздо более тонкую регулировку тока.

Читайте так же:
Как подключить накладной выключатель с подсветкой

Расчет ограничивающего ток резистора
Сопротивление резистора:

R = (Uпит. — Uпад.) / (I * 0,75)

— R — сопротивление резистора в омах.
— Uпит. — напряжение источника питания в вольтах.
— Uпад. -прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
— I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
— 0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.

Минимальная мощность резистора:

P = (Uпит. — Uпад.) ^ 2 / R

— P — мощность резистора в ваттах.
— Uпит. — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
— Uпад. — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
— R — сопротивление резистора в омах.

Ограничение обратного напряжения при подключении светодиода к переменному току

При подключении светодиода к переменному току необходимо ограничить влияние опасного для него напряжения обратного полупериода. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет всего около 2 вольт, а поскольку светодиод в обратном направлении заперт и ток по нему практически не течёт, то падение напряжения на нём становится полным, то есть равным напряжению питания. В результате на выводах диода оказывается полное напряжение питания обратного полупериода.

Для того, чтобы создать на светодиоде приемлимое падение напряжения для обратного полупериода, надо пропустить «через него» обратный ток. Для этого параллельно светодиоду, но с обратной полярностью, надо включить любой кремниевый диод (маркировка начинается на 2Д… или КД…), который рассчитан на прямой ток не менее того, что течёт в цепи (напр. 10 мА).

Диод пропустит проблемный полупериод и создаст на себе падение напряжения, являющегося обратным для светодиода. В результате обратное напряжение светодиода станет равным прямому падению напряжения диода (для кремниевых диодов это примерно в 0,5–0,7 В), что ниже ограничения большинства светодиодов в 2 вольта. Обратное же максимально допустимое напряжение для диода значительно выше 2 вольт, и в свою очередь с успехом снижается прямым падением напряжения светодиода. В результате все довольны.

Исходя из соображения экономии места, предпочтение следует отдать малогабаритным диодам (например, диоду КД522Б, который используется, кстати, в сетевых фильтрах «Пилот» именно для этой цели). Вместо кремниевого диода можно также поставить второй светодиод с аналогичным или более высоким максимальным прямым током, но при условии, что для обоих светодиодов падение напряжения одного светодиода не будет превышать максимально допустимое обратное напряжение другого.

Примечание: Некоторые радиолюбители не защищают светодиод от обратного напряжения, аргументируя это тем, что светодиод и так не перегорает. Тем не менее такой режим опасен. При обратном напряжении свыше указанного в характеристиках светодиода (обычно 2 В) при каждом обратном полупериоде в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе, происходит электрический пробой светодиода и через него проходит ток в обратном направлении.

Сам по себе электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода восстанавливаются. Для стабилитронов, например, это вообще рабочий режим. Тем не менее этот дополнительный ток, хоть он и ограничен резистором, может вызвать перегрев р-n-перехода светодиода, в результате чего произойдёт необратимый тепловой пробой и дальнейшее разрушение кристалла. Поэтому не стоит лениться ставить шунтирующий диод. Тем более для этого подходит практически любой кремниевый диод, поскольку у них (в отличие от германиевых) малый обратный ток, а следовательно он не будет забирать его на себя, снижая яркость шунтируемого светодиода.

Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.

2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).

3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться — в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.

4. Установка резистора недостаточного сопротивления. В результате текущий через светодиод ток оказывается слишком большим. Поскольку часть энергии из-за дефектов кристаллической решётки превращается в тепло, то при завышенных токах его становится слишком много. Кристалл перегревается, в результате чего значительно снижается срок его службы. При ещё большем завышении тока из-за разогрева области p-n-перехода снижается внутренний квантовый выход, яркость светодиода падает (это особенно заметно у красных светодиодов) и кристалл начинает катастрофически разрушаться.

Читайте так же:
Как заменить выключатель света дома

5. Подключение светодиода к сети переменного тока (напр. 220 В) без принятия мер по ограничению обратного напряжения. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет около 2 вольт, тогда как напряжение обратного полупериода при запертом светодиоде создаёт на нём падение напряжения, равное напряжению питания. Существует много различных схем, исключающих разрушающее воздействие обратного напряжение. Простейшая рассмотрена выше.

6. Установка резистора недостаточной мощности. В результате резистор сильно нагревается и начинает плавить изоляцию касающихся его проводов. Потом на нём обгорает краска, и в конце концов он разрушается под воздействием высокой температуры. Резистор может безболезненно рассеять не более той мощности, на которую он рассчитан.

Если нет нужного резистора

Нужное сопротивление ® и мощность (P) резистора можно получить, комбинируя в последовательно-параллельном порядке резисторы других номиналов и мощностей.
Формула сопротивления для последовательного соединения резисторов

Формула сопротивления для параллельного соединения резисторов

R = (R1 * R2) / (R1 + R2) или R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2)

R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn)

Мощности резисторов

Мощности резисторов в сборке рассчитываются исходя из тех-же формул, что и одиночные резисторы. При последовательном включении в формулу вычисления мощности подставляется напряжение источника питания за вычетом падения напряжения на других последовательно стоящих резисторах и светодиоде.

Последовательное соединение светодиодов

Продолжим знакомиться с правильным соединением светодиодов. В настоящей статье посмотрим на наиболее эффективное соединение LEDs — последовательное.

последовательное соединение светодиодов

Ранее мы рассказывали о параллельном соединении светодиодов. Посмотрели на плюсы и минусы, достоинства и недостатки… Масло масляное))) Ну уж простите. Сегодняшний пост будет посвящен самому распространенному виду соединений — последовательное соединение светодиодов. Не забываем посмотреть и параллельно-последовательное соединение светодиодов, статья о которых появилась намного позднее.

Как только нам приходится в электрических схемах задействовать не один, а несколько светодиодов, то обязательно возникает дилемма — как правильно соединить их. Какую схему выбрать?

Если Вы начали читать эту статью, то Вас также интересует данный вопрос… Сразу и еще аз оговорюсь, что последовательное соединение светодиодов самое эффективное. Но тут есть свои минусы — не всегда это реализуемо. Почему это так, нужно углубиться в физику ( не пугайтесь, не так это страшно ))

Вольтамперная характеристика любых светодиодов (ВАХ)

Что такое ВАХ сильно углубляться не будем. По простому — это зависимость тока от напряжения. Этой информации нам и будет достаточно. Вольт-амперная характеристика у любого светодиода, как и у любого диода имеет нелинейную характеристику.

Вольтампераня характеристика светодиодов

Мы взяли обычный белый диод. При напряжении от 2,5-3В ток увеличивается с 2 до 15 мА. Это достаточно большое увеличение. Отсюда вытекает, что при больших изменения тока падение напряжения будет невелико.

Не смотря на то, что любой завод выпускает чипы с одной характеристикой в каждой партии, падение напряжение будет разным у каждого экземпляра. Не на много, но на десятые доли вольта это точно. Именно из-за этого источник питания светодиодов должен стабилизировать ток, а не напряжение. Такие источники питания принято называть светодиодными драйверами.

Последовательное соединение светодиодов

Последовательное соединение светодиодов

На схеме мы видим традиционное последовательное соединение светодиодов, подключенных к аккумулятору.

Данное соединение предполагает одинаково яркое свечение светодиодов. Но тут нам «мешает» резистор.

Рассмотрим не много другой пример. А именно, возьмем светодиодный драйвер и подключим его к трем последовательным светодиодам.

В результате того, что сила тока в замкнутой цепи одинакова, то и через каждый диод будет течь одинаковый ток I1=I2=I3. Соединение без резистора при помощи драйвера также обеспечивает одинаковую яркость, а разница падения напряжения на диодах не играет никакого значения. Отражается только на величине разности потенциалов между точкой 1 и 2.

последовательное соединение LEDs драйвером

Расчет драйвера для последовательного соединения светодиодов

Описанное выше последовательное соединение LEDs может вызвать большие вопросы по поводу выбора самого драйвера.

Используя ниже приведенный алгоритм расчета Вы всегда самостоятельно сможете рассчитать драйвер, в зависимости от выбранного соединения.

Допустим нам необходимо запитать три светодиода, соединенных последовательно током 700 мА.

Падение напряжения (вымышленно) при таком токе составляет от 3,2 до 3,4 В.

Минимальное напряжение Umin=3*3.2=9.6 V

Максимальное напряжение Umax=3.4*3=10.2 V

Мощность потребляемая светодиодами составит: Р=10,2*0,7=7,14 Вт.

Итого: наш драйвер должен иметь:

Выходной ток 700 мА

Выходное напряжение 10,2В +- 5%

Выходная мощность не менее 7,2 Вт

Это все! Как видите. никаких проблем. Рассматривать расчет резистора при отсутствии драйвера не буду. Это пережитки прошлого.

Любой производитель уже выпускает светодиодные драйверы на любой вкус и цвет. При этом стоимость их ничтожно мала. А эффективность от»коробочки» на много больше, чем от простого резистора.

Плюсы и минусы последовательного соединения светодиодов

Плюс один и большой — дешевизна в конструкции.

Минусов же при последовательном соединении как минимум два:

  1. Если выйдет из строя хотя бы один светодиод, естественно погаснет и вся цепочка. Тут, правда, можно еще один плюс найти… Если диод закоротит, то цепь не оборвется и остальные чипы продолжат свою работу.
  2. Если светодиодов много, то низковольтное питание реализовать архисложно. А это уже проблема. Особенно, если необходимо иметь безопасность в первую очередь.

Видео на тему последовательного соединения светодиодов

Для тех, кому лень читать много букавак, то предлагаем посмотреть простенькое видео на тему: «последовательное соединение светодиодов». Из него вы быстро почерпнете информацию как правильно подключать диоды при таком соединении.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector