kategorier: Praktisk elektronikk, Alt om lysdioder
Antall visninger: 445777
Kommentarer til artikkelen: 28
Gode og dårlige ledningsføringsmønstre
I tidligere artikler er forskjellige problemer relatert til tilkobling av LED-er blitt beskrevet. Men du kan ikke skrive alt i en artikkel, så du må fortsette dette emnet. Her vil vi snakke om forskjellige måter å slå på LED-ene.
Som nevnt i de nevnte artiklene, LED er en aktuell enhet, dvs. strømmen gjennom det må begrenses av en motstand. Hvordan du beregner denne motstanden er allerede beskrevet, vi vil ikke gjenta her, men vi vil gi formelen, bare i tilfelle, igjen.
Figur 1
Her er oppe. - forsyningsspenning, Uad. - spenningsfall over LED, R - motstand for begrensningsmotstanden, I - strøm gjennom LED.
Til tross for all teori produserer den kinesiske industrien imidlertid alle slags suvenirer, pyntegjenstander, lightere, der LED-en er slått på uten en begrensende motstand: bare to eller tre diskbatterier og en LED. I dette tilfellet er strømmen begrenset av den interne motstanden til batteriet, hvis kraft rett og slett ikke er nok til å brenne lysdioden.
Men her, i tillegg til utbrenthet, er det en annen ubehagelig egenskap - nedbrytning av lysdioder, mest iboende i hvite og blå lysdioder: etter en stund blir lysstyrken veldig liten, selv om strømmen gjennom lysdioden flyter ganske nok, på det nominelle nivået.
Dette er ikke å si at den ikke skinner i det hele tatt, gløden er knapt merkbar, men dette er ikke lenger en lommelykt. Hvis den nominelle strømnedbrytningen inntreffer ikke tidligere enn etter et år med kontinuerlig luminescens, kan dette fenomenet forventes om en halv time med overdreven strøm. Denne inkluderingen av LED-en bør kalles dårlig.
Et slikt opplegg kan bare forklares med ønsket om å spare på én motstand, loddeinnhold og arbeidskraftskostnader, som med en enorm produksjonskala tilsynelatende er berettiget. I tillegg er en lighter eller nøkkelring en engangs, billig ting: gassen har gått tom eller batteriet har gått tom - de kastet bare suveniren.
Figur 2. Opplegget er dårlig, men det brukes ganske ofte.
Veldig interessante ting kommer ut (selvfølgelig ved en tilfeldighet) hvis LED ved en slik ordning er koblet til en strømforsyning med en utgangsspenning på 12V og en strøm på minst 3A: en blendende blits oppstår, en ganske høy pop, røyk høres og en kvelende lukt blir igjen. Så jeg husker denne lignelsen: “Er det mulig å se på sola gjennom et teleskop? Ja, men bare to ganger. En gang med venstre øye, den andre med høyre. ” Forresten, tilkobling av en LED uten en begrensende motstand er den vanligste feilen blant nybegynnere, og jeg vil advare om det.
For å rette opp denne situasjonen, forlenge levetiden til LED, kretsen skal være litt modifisert.
Figur 3. God utforming, riktig.
Det er en slik ordning som bør anses som god eller riktig. For å sjekke om verdien av motstanden R1 er korrekt indikert, kan du bruke formelen som er vist i figur 1. Vi antar at spenningsfallet på LED 2V, strøm 20mA, spenning 3V på grunn av bruk av to fingerbatterier.
Generelt sett trenger du ikke å strebe etter å begrense strømmen til nivået for maksimalt tillatte 20 mA. Du kan tømme lysdioden med en lavere strøm, vel, i det minste en milliampere på 15 ... 18. I dette tilfellet vil det være en veldig liten reduksjon i lysstyrke, som det menneskelige øye, på grunn av enhetens egenskaper, ikke vil merke i det hele tatt, men levetiden til LED vil øke betydelig.
Et annet eksempel på lysdioder som ikke er slått på, finnes i forskjellige lommelykter, allerede kraftigere enn nøkkelringer og lightere. I dette tilfellet er et visst antall lysdioder, noen ganger ganske store, ganske enkelt koblet parallelt, og også uten en begrensende motstand, som igjen fungerer som batteriets indre motstand.Slike lommelykter blir ofte reparert nettopp på grunn av utbrenthet av lysdiodene.
Figur 4. Helt dårlig koblingsskjema.
Det ser ut til at situasjonen vist i figur 5. kan rette opp situasjonen. Bare en motstand, og det ser ut til at ting ble bedre.
Figur 5. Dette er allerede litt bedre.
Men en slik inkludering vil hjelpe litt. Fakta er at det i naturen rett og slett ikke er mulig å finne to identiske halvlederenheter. Derfor har for eksempel transistorer av samme type forskjellig gevinst, selv om de kommer fra samme produksjonsbatch. Tyristorer og triakker er også forskjellige. Noen åpner lett, mens andre er så tunge at de må forlates. Det samme kan sies om lysdiodene - to helt identiske, spesielt tre eller en hel haug, det er rett og slett umulig å finne.
Merknad om emnet. I dataarket for SMD-5050 LED-enhet (tre uavhengige lysdioder i ett hus) anbefales ikke inkluderingen vist i figur 5. På grunn av spredningen av parametrene til individuelle lysdioder kan forskjellen i glød deres kanskje merkes. Og det ser ut til, i ett tilfelle!
Lysdioder har selvfølgelig ingen forsterkning, men det er en så viktig parameter som direkte spenningsfall. Og selv om lysdiodene er hentet fra en teknologisk batch, fra en pakke, så vil det rett og slett ikke være to identiske i den. Derfor vil strømmen for alle lysdioder være forskjellig. Den LED-en, der strømmen vil være mest, og før eller senere vil overstige den nominelle, vil lyse opp foran alle andre.
I forbindelse med denne uheldige hendelsen vil all mulig strøm gå gjennom de to overlevende lysdiodene, naturlig overskridende den nominelle. Motstanden ble tross alt beregnet "for tre", for tre lysdioder. En økt strøm vil føre til økt oppvarming av LED-krystaller, og en som er "svakere" brenner også ut. Den siste LED har heller ikke noe annet valg enn å følge eksemplet med kameratene. En slik kjedereaksjon oppnås.
I dette tilfellet betyr ordet "forbrenning" ganske enkelt å bryte kretsen. Men det kan skje at i en av lysdiodene vil det oppstå en elementær kortslutning som skifter de resterende to lysdiodene. Naturligvis vil de helt sikkert gå ut, selv om de vil overleve. Ved en slik funksjonsfeil vil motstanden varme opp intenst, og til slutt kan den brenne ut.
For å forhindre at dette skjer, må kretsen endres litt: for hver LED, installer sin egen motstand, som er vist i figur 6.
Figur 6. Og så vil lysdiodene vare veldig lenge.
Her er alt som kreves, alt etter reglene for kretsdesign: strømmen til hver LED vil være begrenset av dens motstand. I en slik krets er strømningene gjennom lysdiodene uavhengige av hverandre.
Men denne inkluderingen medfører ikke mye entusiasme, siden antallet motstander er lik antall lysdioder. Men jeg vil gjerne ha flere lysdioder og færre motstander. Hvordan være?
Veien ut av denne situasjonen er ganske enkel. Hver LED må erstattes av en kjede med seriekoblede LED, som vist i figur 7.
Figur 7. Parallell inkludering av girlander.
Kostnaden for en slik forbedring vil være en økning i forsyningsspenningen. Hvis bare en volt er nok for en lysdiode, kan ikke til og med to lysdioder koblet i serie fra denne spenningen. Så hvilken spenning er nødvendig for å slå på en krans av lysdioder? Eller på en annen måte, hvor mange lysdioder kan kobles til en strømkilde med en spenning, for eksempel 12V?
Note. I det etterfølgende skal begrepet "krans" ikke bare forstås som juletredekorasjon, men også som en hvilken som helst LED-lysenhet der LED-ene er koblet i serie eller parallelt. Det viktigste er at det er mer enn en LED. En krans, den er også en krans i Afrika!
For å få et svar på dette spørsmålet, er det nok å bare dele forsyningsspenningen med spenningsfallet på lysdioden. I de fleste tilfeller tas beregningen av denne spenningen 2V. Så viser det seg 12/2 = 6.Men ikke glem at en del av spenningen må være igjen for den slukkende motstanden, i det minste volt 2.
Det viser seg at det bare er 10V igjen på lysdiodene, og antall lysdioder blir 10/2 = 5. I denne situasjonen, for å oppnå en strøm på 20 mA, må den begrensende motstanden ha en nominell verdi på 2V / 20mA = 100Ohm. Motstandens kraft vil være P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.
En slik beregning er ganske sant hvis forspenningen til LEDene i kransen, som indikert, er 2V. Det er denne verdien som ofte tas med i beregningene, som et gjennomsnitt. Men faktisk avhenger denne spenningen av typen LED, på glødens farge. Derfor, når du beregner tusenfrydene, bør du fokusere på typen LED. Spenningsfall for forskjellige typer lysdioder er vist i tabellen vist i figur 8.
Figur 8. Spenningsfall på lysdioder i forskjellige farger.
Således, med en 12V strømforsyningsspenning minus spenningsfallet over den strømbegrensende motstanden, kan totalt 10 / 3,7 = 2,7027 hvite lysdioder kobles til. Men du kan ikke kutte av et stykke av lysdioden, så bare to lysdioder kan kobles til. Dette resultatet oppnås hvis vi tar den maksimale verdien av spenningsfallet fra bordet.
Hvis vi erstatter 3V i beregningen, er det åpenbart at tre lysdioder kan kobles til. I dette tilfellet må du hver gang nøye telle motstanden til den begrensende motstanden. Hvis virkelige lysdioder viser seg å være med et spenningsfall på 3,7 V, eller kanskje høyere, kan det hende at de tre lysdiodene ikke tennes. Så det er bedre å stoppe på to.
Det betyr ikke noe grunnleggende hvilken farge LEDene vil være, bare når du beregner, må du ta hensyn til forskjellige spenningsfall, avhengig av fargen på LED-glødet. Det viktigste er at de er designet for en strøm. Det er umulig å sette sammen en jevn krans av lysdioder, hvorav noen har en strøm på 20 mA, og den andre delen på 10 milliamp.
Det er tydelig at lysdioder med en nominell strøm på 10 mA ved en strøm på 20 mA ganske enkelt vil brenne ut. Hvis du begrenser strømmen til 10 mA, vil ikke 20 milliamper lyse opp lyst, som i en bryter med en LED: du kan se om natten, ikke på ettermiddagen.
For å gjøre livet enklere for seg, utvikler radioamatører forskjellige kalkulatorprogrammer som letter alle typer rutineberegninger. For eksempel programmer for beregning av induktanser, filtre av forskjellige typer, strømstabilisatorer. Det er et slikt program for beregning av LED-kranser. Et skjermbilde av et slikt program er vist i figur 9.
Figur 9. Skjermbilde av programmet “Calculation_resistance_resistor_Ledz_”.
Programmet fungerer uten installasjon i systemet, du trenger bare å laste ned og bruke det. Alt er så enkelt og tydelig at det ikke er nødvendig med noen forklaring på skjermdumpen i det hele tatt. Naturligvis må alle lysdioder ha samme farge og med samme strøm.
Se også fra et tidligere publisert på nettstedet: Slik kobler du LEDen til lysnettet
Grensemotstander er selvfølgelig gode. Men bare når det er kjent at denne kransen vil bli drevet av stabilisert kilde DC 12V, og strømmen gjennom lysdiodene vil ikke overstige den beregnede verdien. Men hva hvis det rett og slett ikke er noen kilde med en spenning på 12V?
En slik situasjon kan for eksempel oppstå i en lastebil med en spenning på 24V ombord nettverk. For å komme ut av en slik krisesituasjon vil en gjeldende stabilisator hjelpe, for eksempel “SSC0018 - Justerbar strømstabilisator 20..600mA”. Dets utseende er vist i figur 10. En slik enhet kan kjøpes i nettbutikker. Prisen på problemet er 140 ... 300 rubler: alt avhenger av fantasien og arrogansen til selgeren.
Figur 10. Regulerbar strømregulator SSC0018
Stabilisatorspesifikasjonene er vist i figur 11.
Figur 11. Tekniske egenskaper for strømstabilisatoren SSC0018
Opprinnelig ble SSC0018 strømstabilisator designet for bruk i LED-lysarmaturer, men kan også brukes til å lade små batterier. Å bruke SSC0018 er ganske enkelt.
Lastmotstanden ved utgangen fra strømstabilisatoren kan være null, du kan ganske enkelt kortslutte utgangsterminalene. Tross alt er ikke stabilisatorer og strømkilder redd for kortslutning. I dette tilfellet blir utgangsstrømmen vurdert. Vel, hvis du setter 20 mA, så vil så mye være.
Fra det foregående kan vi konkludere med at en milliammeter likestrøm kan kobles direkte til utgangen fra strømstabilisatoren. En slik forbindelse bør startes fra den største målegrensen, fordi ingen vet hvilken strøm som er regulert der. Deretter roterer du bare innstillingsmotstanden for å stille inn ønsket strøm. I dette tilfellet, selvfølgelig, ikke glem å koble strømstabilisatoren SSC0018 til strømforsyningen. Figur 12 viser SSC0018-koblingsskjema for å tømme LED-er koblet parallelt.
Figur 12. Tilkobling for strømførende LED-er koblet parallelt
Alt her er tydelig fra diagrammet. For fire lysdioder med en forbruksstrøm på 20 mA, må hver utgang av stabilisatoren stilles til en strøm på 80 mA. I dette tilfellet, ved inngangen til stabilisatoren SSC0018, er det behov for litt mer spenning enn spenningsfallet på en LED, som nevnt over. Selvfølgelig er en større spenning egnet, men dette vil bare føre til ytterligere oppvarming av stabilisatorbrikken.
Note. Hvis spenningen til strømkilden for å begrense strømmen med en motstand litt overstige den totale spenningen på lysdiodene, bare to volt, for dette normale overskuddet av strømstabilisatoren SSC0018 bør dette overskuddet være litt høyere. Ikke mindre enn 3 ... 4V, ellers vil reguleringselementet til stabilisatoren rett og slett ikke åpne.
Figur 13 viser tilkoblingen til SSC0018-stabilisatoren når du bruker en krans med flere seriekoblede LED-er.
Figur 13. Koble en seriell streng gjennom SSC0018 stabilisator
Figuren er hentet fra teknisk dokumentasjon, så la oss prøve å beregne antall lysdioder i krans og konstant spenning som kreves fra strømforsyningen.
Strømmen som er indikert på kretsen, 350 mA, gjør det mulig for oss å konkludere med at krans er montert fra kraftige hvite lysdioder, fordi, som nevnt ovenfor, hovedformålet med SSC0018 stabilisator er lyskilder. Spenningsfallet over den hvite LED-en er innen 3 ... 3,7V. For beregning bør du ta den maksimale verdien på 3,7V.
Den maksimale inngangsspenningen til stabilisatoren SSC0018 er 50V. Trekk fra denne verdien på 5V, nødvendig for selve stabilisatoren, forblir 45V. Denne spenningen kan være "opplyst" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LED. Det er klart at dette bør avrundes til 12.
Antall LED-er kan være mindre. Da må inngangsspenningen reduseres (mens utgangsstrømmen ikke endrer seg, den vil forbli 350mA når den ble justert), hvorfor skulle jeg levere 50V til 3 lysdioder, til og med kraftige? Slik hån kan ende i svikt, fordi kraftige lysdioder på ingen måte er billige. Hvilken spenning som er nødvendig for å koble til tre kraftige LED-er, de som vil, men de kan alltid finnes, kan beregne selv.
Justerbar strømstabilisator SSC0018-enhet er ganske bra. Men hele spørsmålet er, er det alltid behov? Og prisen på enheten er noe forvirrende. Hva kan være veien ut av denne situasjonen? Alt er veldig enkelt. En utmerket strømstabilisator oppnås fra integrerte spenningsstabilisatorer, for eksempel 78XX eller LM317-serien.
For å lage en slik strømstabilisator basert på en spenningsstabilisator, er det bare to deler som kreves. Egentlig stabilisatoren i seg selv og en enkelt motstand, hvis motstand og kraft vil bidra til å beregne StabDesign-programmet, hvis skjermdump er vist i figur 14.
bilde 14. Beregningen av gjeldende stabilisator ved bruk av programmet StabDesign.
Programmet krever ikke spesielle forklaringer. I rullegardinmenyen Type velges type stabilisator, i linjen I settes ønsket strøm inn og beregn-knappen trykkes. Resultatet er motstanden til motstanden R1 og dens kraft. I figuren ble beregningen utført for en strøm på 20 mA.Dette er tilfelle når lysdiodene er koblet i serie. For en parallell forbindelse beregnes strømmen på samme måte som vist i figur 12.
LED-kransen er tilkoblet i stedet for motstanden R, som symboliserer belastningen på strømstabilisatoren. Det er til og med mulig å koble til bare en LED. I dette tilfellet er katoden koblet til en felles ledning, og anoden til motstand R1.
Inngangsspenningen til den betraktede strømstabilisatoren er i området 15 ... 39V, siden stabilisatoren 7812 med en stabiliseringsspenning på 12V blir brukt.
Det ser ut til at dette er slutten på historien om lysdioder. Men det er også LED-strips, som vil bli diskutert i neste artikkel.
Fortsettelse av artikkelen: Søknad om LED-stripe
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: