Power converter circuit voor een witte LED. Krachtkenmerken van witte LED's. Schema, beschrijving

De LED is een halfgeleiderapparaat en daarom moet deze worden ingeschakeld met strikte inachtneming van de polariteit. Hiervoor hebben de conclusies de juiste namen: Anode - "plus" en kathode - "minus".

De LED gaat alleen branden als directe verbinding, zoals op de foto te zien is. Wanneer omgekeerd ingeschakeld, mislukt het in de meeste gevallen permanent.

Omdat de LED alleen werkt bij bepaalde spanningswaarden en de sterkte van de stroom die er doorheen gaat, wordt er een extra beperkende weerstand geïntroduceerd in het aansluitcircuit, die wordt berekend op basis van de wet van Ohm voor het circuitgedeelte:

R=U blussen / l LED,

waar R is de weerstand van de stroombegrenzingsweerstand in ohm,

l LED - de stroom waarbij de LED normaal zal werken,

U doven - de spanning die door de weerstand moet worden gedoofd. Het wordt berekend met de formule:

U blussen= U stroomvoorziening - U LED, waar

U voeding - het voltage van de stroombron waarop je de led wilt aansluiten,

U LED - werkspanning LED (waarop het normaal zal werken).

Laten we nu direct kijken verschillende schema's LED's aansluiten.

Hoe één LED aansluiten?

Laten we zeggen dat we een LED hebben met een bedrijfsspanning van 3 V en een bedrijfsstroom van 20 mA. We moeten het aansluiten op een 12V-voeding.

Laten we gegevenseenheden converteren naar de eenheden die in de formule worden gebruikt:

20mA = 0,02A.

Laten we nu de vereiste waarden zoeken:

Uquenching \u003d 12 - 3 \u003d 9 V - "extra" spanning, die moet worden gedoofd door een weerstand.

R \u003d 9V / 0.02A \u003d 450 Ohm.

Er moet dus een LED met een bedrijfsspanning van 3 V en een bedrijfsstroom van 20 mA worden aangesloten volgens afbeelding 1 via een weerstand van 450 Ohm. Als een niet-gestabiliseerde bron als stroombron wordt gebruikt (de spanningswaarde kan fluctueren), kan de weerstand worden genomen met een iets grotere waarde, bijvoorbeeld 490 ohm.

Hoe meerdere LED's aansluiten?

Beschouw het aansluitschema van verschillende LED's weergegeven in figuur 2. Uit de cursus natuurkunde op school is bekend dat bij een seriële verbinding, die wordt waargenomen in figuur 2, de totale bedrijfsspanning van de LED's gelijk zal zijn aan hun som van de bedrijfsspanning spanningen van elk, en de stroom die door het resulterende circuit vloeit, zal op elk van zijn punten hetzelfde zijn. Uit dit laatste kunnen we concluderen: u kunt de LED's volgens dit schema alleen inschakelen met dezelfde bedrijfsstroom, anders zal hun helderheid anders zijn. Er zal bijvoorbeeld een stroom van 20mA door de ketting lopen en de bedrijfsstroom van de LED is 30mA, wat betekent dat deze zwakker zal schijnen dan tijdens normaal gebruik.

Laten we verder gaan met de berekeningen. Omdat de totale bedrijfsspanning van de ketting gelijk is aan de som van de bedrijfsspanningen van elke LED erin, dan

Uquenching=Usupply - (ULED 1 + ULED 2).

Laten we twee LED's met een bedrijfsspanning van 3V en een bedrijfsstroom van 20mA aansluiten op een 12V-voeding volgens het schema in figuur 2. Ook hier moet u milliampère omzetten in ampère: 20mA = 0,02A

R=6/0,02=300 Ohm

Zo moeten twee LED's met een bedrijfsspanning van 3 V en een bedrijfsstroom van 20 mA worden aangesloten volgens afbeelding 2 via een weerstand van 300 Ohm. Vergeet niet dat als een niet-gestabiliseerde bron als stroombron wordt gebruikt (de spanningswaarde kan fluctueren), de weerstand iets groter kan worden genomen, bijvoorbeeld 330 Ohm.

Hoe verschillende LED's op dezelfde voeding aansluiten?

Bestaan een groot aantal van een verscheidenheid aan LED's, die zowel in de kleur van de gloed als in het stralingsvermogen kunnen verschillen lichtstroom en bijgevolg zullen de bedrijfsparameters ook van elkaar verschillen. Als u verschillende LED's op dezelfde stroombron moet aansluiten, moet u ze sorteren op dezelfde bedrijfsstroom en ze vervolgens aansluiten volgens het diagram in afbeelding 3.

We moeten bijvoorbeeld 2 rode LED's aansluiten met een bedrijfsspanning van 2,5V en een bedrijfsstroom van 20mA, 2 gele LED's met een bedrijfsspanning van 3V en een bedrijfsstroom van 25mA, en 1 blauwe led met een bedrijfsspanning van 3,5V en een bedrijfsstroom van 50mA. We sorteren ze volgens dezelfde parameters. In ons geval krijgen we drie groepen: rood, geel en blauw. Verder berekenen we voor elke groep afzonderlijk de weerstand volgens de hierboven beschreven methode.

Voor rood:

Uuitdoving=12- (2,5+2,5)=7V

R = 7V / 0,02A = 350 Ohm.

Voor geel:

Uuitdoving=12- (3+3)=6V

R = 6V / 0,025A = 240 Ohm.

Voor blauw:

Uitdoving=12- 3,5= 8,5V

R = 8,5V / 0,05A = 170 Ohm.

De beperkende weerstanden worden berekend, het blijft alleen om ze aan te sluiten volgens schema 3.

Is het mogelijk om een ​​3V LED aan te sluiten op een 3V (of minder) voeding?

Dergelijke verbindingen zijn toegestaan, maar niet wenselijk, aangezien de helderheid rechtstreeks afhangt van de stroombron.

Is het mogelijk om LED's met dezelfde bedrijfsspanning parallel te schakelen?

Een dergelijke opname is ook toegestaan, maar de parameters van de diodes, soms zelfs van dezelfde batch, kunnen verschillen, wat hun helderheid rechtstreeks zal beïnvloeden - de ene is helderder, de andere is zwakker.

RGB-LED's

Er zijn halfgeleiderapparaten die direct rode (R-RED), groene (G-GREEN) en blauwe (B-BLUE) LED's in de verpakking kunnen hebben. Door hun helderheid te wijzigen, kunt u een algemene emissie van elke kleur bereiken, vergelijkbaar met het mengen van kleuren in een palet. Als je bijvoorbeeld alle drie de leds laat branden volle kracht- zal wit zijn. Als je alleen rood en groen verlicht, krijg je geel. Door de helderheid van de LED's te wijzigen, kunt u de schakeringen van de resulterende kleuren wijzigen.

Houd er rekening mee dat de getoonde diagrammen de eenvoudigste en meest benaderende zijn. Om de levensduur van de LED te verlengen, is het daarom noodzakelijk om gestabiliseerde voedingen te gebruiken. Aangezien de helderheid van de LED, en dus het werk, rechtstreeks afhangt van de sterkte van de stroom die er doorheen vloeit, moeten de stabilisatoren worden gebruikt voor stroom en niet voor spanning.

LED zendt uit elektriciteit slechts in één richting, wat betekent dat de LED, om licht uit te stralen, correct moet worden aangesloten. De LED heeft twee contacten: de anode (plus) en de kathode (min). Meestal is het lange contact op de LED de anode, maar er zijn uitzonderingen, dus het is beter om dit feit te verduidelijken in technische specificaties specifieke LED.

LED's zijn een soort elektronische componenten die, voor een lange en stabiele werking, niet alleen de juiste spanning belangrijk zijn, maar ook de optimale stroomsterkte - dus altijd, wanneer u een LED aansluit, moet u ze aansluiten via een geschikte weerstand. Soms wordt deze regel verwaarloosd, maar het resultaat is meestal hetzelfde: de LED brandt onmiddellijk uit of de hulpbron wordt aanzienlijk verminderd. De weerstand is "af fabriek" in sommige LED's ingebouwd en ze kunnen direct worden aangesloten op een 12 of 5 volt bron, maar dergelijke LED's zijn vrij zeldzaam in de handel en meestal moet er een externe weerstand op de LED worden aangesloten.

Het is de moeite waard eraan te denken dat weerstanden ook verschillen in hun kenmerken en dat u, om ze op LED's aan te sluiten, een weerstand met de juiste classificatie moet kiezen. Om de vereiste weerstandswaarde te berekenen, moet u de wet van Ohm gebruiken - dit is een van de belangrijkste natuurkundige wetten met betrekking tot elektriciteit. Iedereen heeft deze wet op school geleerd, maar bijna niemand herinnert het zich.

De wet van Ohm is een natuurkundige wet waarmee je de onderlinge afhankelijkheid van spanning (U), stroom (I) en weerstand (R) kunt bepalen. De essentie van ego is simpel: de sterkte van de stroom in de geleider is recht evenredig met de spanning tussen de uiteinden van de geleider, als de eigenschappen van de geleider niet veranderen tijdens het passeren van de stroom.

Deze wet wordt visueel weergegeven met de formule: U= I*R
Als u de spanning en weerstand kent, kunt u met behulp van deze wet de huidige sterkte vinden met behulp van de formule: I \u003d U / R
Zodra u de spanning en stroom kent, kunt u de weerstand vinden: R = U/I
Als je de stroom en weerstand kent, kun je de spanning berekenen: U \u003d I * R

Laten we nu naar een voorbeeld kijken. U heeft een LED met een bedrijfsspanning van 3 V en een stroom van 20 mA, u wilt deze aansluiten op een 5V spanningsbron van een USB-connector of PSU zodat deze niet doorbrandt. We hebben dus een spanning van 5 V, maar de LED heeft maar 3 V nodig, wat betekent dat we 2 V (5V - 3V \u003d 2V) kwijt moeten. Om de extra 2 V kwijt te raken, moeten we een weerstand selecteren met de juiste weerstand, die als volgt wordt berekend: we kennen de spanning die moet worden geëlimineerd en we weten de stroomsterkte die de LED nodig heeft - we gebruiken de bovenstaande formule R \u003d U / I. Dienovereenkomstig, 2V / 0,02 A = 100 Ohm. Je hebt dus een weerstand van 100 ohm nodig.

Soms wordt, afhankelijk van de kenmerken van de LED, de vereiste weerstand verkregen met een niet-standaardwaarde die niet in de uitverkoop te vinden is, bijvoorbeeld 129 of 111,7 ohm. In dit geval hoeft u alleen maar een weerstand te nemen met een iets grotere weerstand dan de berekende - de LED werkt niet op 100 procent van zijn vermogen, maar op ongeveer 90-95%. In deze modus werkt de LED betrouwbaarder en is de afname van de helderheid niet visueel merkbaar.

U kunt ook berekenen hoeveel vermogen de weerstand u nodig heeft - hiervoor vermenigvuldigen we de spanning die op de weerstand zal blijven hangen met de stroom die in het circuit zal zijn. In ons geval is dit 2V x 0,02 A = 0,04 W. Dus een weerstand van dit vermogen of meer is geschikt voor jou.

LED's worden soms meerdere parallel of in serie geschakeld met behulp van een enkele weerstand. Voor juiste aansluiting moet onthouden dat wanneer parallelle verbinding de stroomsterkte wordt opgeteld en in het geval van serie wordt de benodigde spanning opgeteld. Je kunt dezelfde leds alleen parallel en in serie schakelen met dezelfde weerstand en als je er verschillende leds mee gebruikt verschillende kenmerken, dan is het beter om voor elke LED een weerstand te berekenen - dit is betrouwbaarder. LED's van zelfs hetzelfde model hebben een klein verschil in parameters, en wanneer een groot aantal LED's parallel of in serie wordt aangesloten, kan dit kleine verschil in parameters resulteren in veel doorgebrande LED's. Een andere valkuil kan zijn dat de verkoper of fabrikant (veel minder vaak) enigszins onjuiste gegevens over de LED's geeft, en dat de LED's zelf geen duidelijke bedrijfsspanning hebben, maar een set minimum/optimaal en maximale spanning. Deze factor zal niet echt van invloed zijn bij het aansluiten van een klein aantal LED's, en in het geval van het aansluiten van een groot aantal kunnen dezelfde verbrande LED's het resultaat zijn. Dus met parallelle en seriële aansluiting moet u zich niet te veel laten meeslepen, het is betrouwbaarder dat een afzonderlijke weerstand wordt aangesloten op elke LED of een kleine groep LED's (3-5 stuks). Laten we een paar verbindingsvoorbeelden bekijken.

voorbeeld 1 U wilt drie LED's in serie aansluiten, elk met een vermogen van 3V en 20mA, op een 12V-bron (zoals een molex-connector). Drie LED's van elk 3 volt trekken samen 9 volt (3V x 3=9V). Onze huidige bron heeft een spanning van respectievelijk 12 volt, het zal nodig zijn om 3 volt kwijt te raken (12 V - 9 V = 3 V). Aangezien de verbinding in serie is, is de stroomsterkte respectievelijk 20mA, 3 volt (de spanning die moet worden geëlimineerd) wordt gedeeld door 0,02 A (de stroomsterkte vereist door elke LED) en we krijgen de waarde van de vereiste weerstand - 150 Ohm. Je hebt dus een weerstand van 150 ohm nodig.

Voorbeeld 2 Je hebt vier LED's, elk met een vermogen van 3 volt, en een voeding van 12 V. In deze situatie zou je kunnen denken dat een weerstand niet nodig is, maar dat is niet zo - LED's zijn erg gevoelig voor stroomsterkte en het is beter om voeg een weerstand toe aan het circuit van 1 ohm. Een weerstand van deze waarde heeft geen invloed op de helderheid van de gloed, maar zal zoiets zijn als een "lont" - de LED's zullen veel betrouwbaarder werken. Zonder het gebruik van een weerstand kunnen de LED's in dit geval gewoon doorbranden, snel of niet.

Voorbeeld 3. U wilt drie LED's parallel aansluiten, elk met een vermogen van 3 V en 20 mA, op een voeding van 12 V. 3 = 60 mA). Onze stroombron heeft een spanning van 12 volt en de LED's hebben een spanning van 3 volt nodig, dus je moet 9 volt kwijt (12 V - 3 V = 9 V). Aangezien de verbinding parallel is, is de stroomsterkte respectievelijk 60mA, 9 volt (de spanning die moet worden geëlimineerd) wordt gedeeld door 0,06 A (de stroomsterkte vereist door alle LED's) en we krijgen de waarde van de vereiste weerstand - 150 Ohm. Je hebt dus een weerstand van 150 ohm nodig.

Ook op internet zijn er een groot aantal verschillende "rekenmachines voor LED's" die u kunt gebruiken. Het volstaat om naar de juiste site te gaan, de kenmerken van de LED en de huidige bron aan te geven en u ontvangt alle benodigde gegevens over de weerstand, evenals de kleurmarkering.

Gehost door het bedrijf

LED's. Krachtkenmerken van witte LED's

Laten we in meer detail bekijken vermogenskenmerken van witte LED's. Zoals u weet, heeft de LED een niet-lineaire stroom-spanningskarakteristiek met een karakteristieke "hiel" in het begingedeelte (Fig. 4.21).

Zoals we kunnen zien, begint de LED te gloeien als er een spanning van meer dan 2,7 V op wordt gezet.

Aandacht! Bij overschrijding drempel spanning(boven 3 V) de stroom door de LED begint snel te groeien en hier is het nodig om de stroom te beperken, te stabiliseren op een bepaald niveau.

Rijst. 4.21. Volt-ampère kenmerk van een witte LED

De eenvoudigste LED-stroombegrenzer is weerstand. Er zijn verschillende opties voor circuitschakeling op LED's. Ze zijn onderverdeeld in circuits met parallel-, serie- en gemengde schakeling. Bij sequentiële verbinding LED's (zoals getoond in Fig. 4.22), zal de stroom I die door de LED's vloeit gelijk zijn aan

Sequentiële schakeling heeft tot doel het stralingsvermogen te vergroten of het bestraalde oppervlak te vergroten.

Rijst. 4.22. Sequentieel LED-schema

De nadelen van serieschakeling zijn:

• ten eerste neemt bij een toename van het aantal LED's ook de voedingsspanning toe, want om de stroom door de in serie geschakelde LED's te laten gaan, moet aan de voorwaarde Upit > Uvd1 + Uvd4 + Uvd3 worden voldaan;
• ten tweede vermindert een toename van het aantal LED's de betrouwbaarheid van het systeem: als een van de LED's uitvalt, werken alle in serie geschakelde LED's niet meer.

Bij parallelschakeling LED's, door elke emitter vloeit een aparte stroom, ingesteld door een aparte stroominstelweerstand.

Op afb. 4.23 toont een schema van de parallelschakeling van emitterende diodes. De totale stroom die wordt afgenomen van de voeding is in dit geval gelijk aan

Rijst. 4.23. LED-parallel schema

voordeel parallelle verbinding is hoge betrouwbaarheid, want als een van de zenders uitvalt, blijft de rest werken.

Gebreken:

• elke LED verbruikt een aparte stroom en verhoogt het stroomverbruik;
• verliezen op de stroominstelweerstanden nemen toe.

Het meest effectief is gemengde (gecombineerde) serie-parallelschakeling weergegeven in afb. 4.24. In dit geval wordt het aantal in serie geschakelde radiatoren beperkt door de voedingsspanning en wordt het aantal parallelle takken gekozen afhankelijk van het vereiste vermogen.

Rijst. 4.24. Schema van serie-parallel schakelen van LED's

waarbij n het aantal LED's is dat in serie is geschakeld in één tak; N is het aantal parallelle takken.

Gemengde verbinding omvat positieve eigenschappen mogelijkheden voor parallel- en serieschakeling.

Vanwege het feit dat het menselijke visuele apparaat traag is, gebruiken ze vrij vaak bij het voeden van LED's impuls stroom. Uit de uitdrukking wordt de waarde bepaald van de gemiddelde pulsstroom die door de LED vloeit

Op afb. 4.25 toont de timingdiagrammen van de pulsstroom.

Rijst. 4.25. Impulsstroom timing diagrammen

Als de pulsduur en pauzeduur zijn ingesteld, kunt u de waarde van het maximum bepalen toegestane waarde impulsstroom:

waar Inom - nominale stroom LED.

Zoals eerder vermeld, is de weerstand het element dat de stroom die door de LED vloeit begrenst. Maar de weerstand is handig in gebruik als de voedingsspanning constant is. In de praktijk komt het vaak voor dat de spanning niet stabiel is, bijvoorbeeld de spanning batterij neemt af wanneer het wordt gelost in plaats van in brede gangen. In dit geval veel gebruikt lineaire stroomstabilisatoren.

De eenvoudigste lineaire stroomstabilisator kan worden gemonteerd op veelgebruikte microcircuits zoals KR142EN12 (A), LM317 (en hun talrijke analogen), zoals getoond in Fig. 4.26.

Rijst. 4.26. Schema van de eenvoudigste lineaire stroomstabilisator

Weerstand R wordt geselecteerd in het bereik van 0,25-125 Ohm, terwijl de stroom door de LED wordt bepaald door de uitdrukking

Het schema voor het bouwen van dergelijke stroomstabilisatoren is eenvoudig (een microschakeling en één weerstand), compact en betrouwbaar. Betrouwbaarheid is bovendien te danken aan het ontwikkelde systeem van bescherming tegen overbelasting en oververhitting, ingebouwd in de stabilisatorchip.

Om stromen van 350 mA en hoger te stabiliseren, kunt u ook krachtigere microschakelingen van lineaire regelaars gebruiken met een kleine spanningsval van de 1083-, 1084-, 1085-serie verschillende fabrikanten of binnenlandse analogen KR142EH22A/24A/26A.

Maar lineaire stroomstabilisatoren hebben aanzienlijke nadelen:

• lage efficiëntie;
• grote verliezen sterke verwarming bij het aanpassen van hoge stromen.

Daarom binnen dit moment Steeds vaker worden schakelende omvormers en stabilisatoren gebruikt om LED's en LED-modules van stroom te voorzien. Op afb. 4.27 toont het uiterlijk van de LED-module en secundaire optiek.

Rijst. 4.27. Verschijning LED-module en secundaire optiek

Opgemerkt moet worden dat de LED's en de stroomomvormer structureel op één bord zijn gemaakt.

Zie andere artikelen sectie.