Strømomformerkrets for en hvit LED. Strømfunksjoner til hvite lysdioder. Opplegg, beskrivelse
LED-en er en halvlederenhet, derfor må den slås på og strengt observere polariteten. For dette har konklusjonene de passende navnene: Anode - "pluss" og katode - "minus".
LED-en lyser kun når direkte kontakt, som vist på bildet. Når den er slått på i revers, svikter den i de fleste tilfeller permanent.
Siden LED-en bare vil fungere ved visse spenningsverdier og styrken til strømmen som går gjennom den, introduseres en ekstra begrensende motstand i koblingskretsen, som beregnes basert på Ohms lov for kretsdelen:
R=U slukke / Jeg LED,
hvor R er motstanden til strømbegrensningsmotstanden i ohm,
Jeg LED - strømmen som LED vil fungere normalt ved,
U quenching - spenningen som må slukkes av motstanden. Det beregnes med formelen:
U slukker= U strømforsyning - U LED, hvor
U strømforsyning - spenningen til strømkilden du vil koble lysdioden til,
U LED - driftsspenning LED (hvor det vil fungere normalt).
 |
La oss nå se direkte ulike ordninger kobler til lysdioder.
Hvordan koble til en LED?
La oss si at vi har en LED med en driftsspenning på 3 V og en driftsstrøm på 20 mA. Vi må koble den til en 12V strømforsyning.
La oss konvertere dataenheter til de som brukes i formelen:
20mA = 0,02A.
La oss nå finne de nødvendige verdiene:
Uquenching \u003d 12 - 3 \u003d 9 V - "ekstra" spenning, som må slukkes av en motstand.
R \u003d 9V / 0,02A \u003d 450 Ohm.
Dermed må én LED med driftsspenning på 3 V og driftsstrøm på 20 mA kobles i henhold til figur 1 gjennom en 450 Ohm motstand. Hvis en ustabilisert kilde brukes som strømkilde (spenningsverdien kan svinge), kan motstanden tas med en litt større verdi, for eksempel 490 ohm.
Hvordan koble til flere lysdioder?
Tenk på koblingsskjemaet til flere lysdioder vist i figur 2. Fra skolefysikkkurset er det kjent at med en seriekobling, som er observert i figur 2, vil den totale driftsspenningen til lysdiodene være lik summen av driften. spenningene til hver, og strømmen som flyter gjennom den resulterende kretsen vil være den samme på alle punktene. Fra sistnevnte kan vi konkludere: du kan slå på lysdiodene i henhold til dette skjemaet bare med samme driftsstrøm, ellers vil deres lysstyrke være forskjellig. For eksempel vil en strøm på 20mA flyte gjennom kjeden, og driftsstrømmen til LED er 30mA, noe som betyr at den vil lyse svakere enn under normal drift.
La oss gå videre til beregningene. Siden den totale driftsspenningen til kjeden er lik summen av driftsspenningene til hver LED i den,
Uquenching=Bruksforsyning - (ULED 1 + ULED 2).
La oss koble to lysdioder med en driftsspenning på 3V og en driftsstrøm på 20mA til en 12V strømforsyning i henhold til diagrammet i figur 2. Igjen må du konvertere milliampere til ampere: 20mA = 0,02A
R=6/0,02=300 Ohm
Dermed må to lysdioder med en driftsspenning på 3 V og en driftsstrøm på 20 mA kobles i henhold til figur 2 gjennom en 300 Ohm motstand. Ikke glem at hvis en ustabilisert kilde brukes som strømkilde (spenningsverdien kan variere), kan motstanden tas litt større, for eksempel 330 Ohm.
Hvordan koble forskjellige lysdioder til samme strømforsyning?
Finnes et stort nummer av en rekke lysdioder, som kan variere både i fargen på gløden og i strålingsstyrken lysstrøm, og følgelig vil driftsparametrene også avvike fra hverandre. Hvis du trenger å koble forskjellige lysdioder til samme strømkilde, må du sortere dem etter samme driftsstrøm, og deretter koble dem i henhold til diagrammet vist i figur 3.
For eksempel må vi koble til 2 røde lysdioder med en driftsspenning på 2,5V og en driftsstrøm på 20mA, 2 gule lysdioder med en driftsspenning på 3V og en driftsstrøm på 25mA, og 1 blå LED med en driftsspenning på 3,5V og en driftsstrøm på 50mA. Vi sorterer dem etter de samme parameterne. I vårt tilfelle får vi tre grupper: rød, gul og blå. Videre, for hver gruppe separat, beregner vi motstanden ved å bruke metoden beskrevet ovenfor.
For røde:
Uquenching=12- (2,5+2,5)=7V
R \u003d 7V / 0,02A \u003d 350 Ohm.
For gul:
Uquenching=12- (3+3)=6V
R \u003d 6V / 0,025A \u003d 240 Ohm.
For blått:
Uquenching=12- 3,5= 8,5V
R \u003d 8,5V / 0,05A \u003d 170 Ohm.
Begrensningsmotstandene beregnes, det gjenstår bare å koble dem i henhold til skjema 3.
Er det mulig å koble en 3V LED til en 3V (eller mindre) strømforsyning?
Slike tilkoblinger er tillatt, men ikke ønskelig, siden lysstyrken vil avhenge direkte av strømkilden.
Er det mulig å parallellkoble lysdioder med samme driftsspenning?
Slik inkludering er også tillatt, men parametrene til diodene, noen ganger til og med fra samme batch, kan variere, noe som direkte vil påvirke lysstyrken deres - den ene er lysere, den andre er dimmere.
RGB lysdioder
Det er halvlederenheter som umiddelbart kan ha røde (R-RØD), grønne (G-GRØNN) og blå (B-BLÅ) lysdioder i pakken. Ved å endre lysstyrken kan du oppnå en generell emisjon av hvilken som helst farge, på samme måte som å blande farger i en palett. For eksempel hvis du tenner alle tre lysdiodene full kraft- vil være hvit. Lyser du kun rødt og grønt, får du gult. Ved å endre lysstyrken til LED-ene kan du endre nyansene til de resulterende fargene.
Vær oppmerksom på at diagrammene som vises er de enkleste og omtrentlige. Derfor, for å øke levetiden til LED, er det nødvendig å bruke stabiliserte strømforsyninger. Siden lysstyrken til LED-en, og derfor arbeidet, avhenger direkte av styrken til strømmen som strømmer gjennom den, må stabilisatorene brukes for strøm og ikke for spenning.
LED sender elektrisitet kun i én retning, noe som betyr at for at LED-en skal avgi lys, må den kobles riktig. LED-en har to kontakter: anoden (pluss) og katoden (minus). Vanligvis er den lange kontakten på LED-en anoden, men det er unntak, så det er bedre å avklare dette faktum i tekniske spesifikasjoner spesifikk LED.
Lysdioder er en type elektroniske komponenter som, for lang og stabil drift, ikke bare er riktig spenning viktig, men også den optimale strømstyrken - så alltid, når du kobler til en lysdiode, må du koble dem gjennom en passende motstand. Noen ganger blir denne regelen neglisjert, men resultatet er oftest det samme - lysdioden brenner enten ut umiddelbart, eller ressursen er svært betydelig redusert. Motstanden er innebygd i noen lysdioder "fra fabrikken", og de kan umiddelbart kobles til en 12 eller 5 volts kilde, men slike lysdioder er ganske sjeldne på salg og oftest må en ekstern motstand kobles til lysdioden.
Det er verdt å huske at motstander også er forskjellige i deres egenskaper, og for å koble dem til lysdioder, må du velge en motstand med riktig karakter. For å beregne den nødvendige motstandsverdien bør du bruke Ohms lov - dette er en av de viktigste fysiske lovene knyttet til elektrisitet. Alle lærte denne loven på skolen, men nesten ingen husker den.
Ohms lov er en fysisk lov som du kan bestemme den gjensidige avhengigheten av spenning (U), strøm (I) og motstand (R). Essensen av ego er enkel: styrken til strømmen i lederen er direkte proporsjonal med spenningen mellom endene av lederen, hvis egenskapene til lederen ikke endres under strømmen.
Denne loven vises visuelt ved hjelp av formelen: U= I*R
Når du kjenner spenningen og motstanden, ved å bruke denne loven, kan du finne strømstyrken ved å bruke formelen: I \u003d U / R
Når du kjenner spenningen og strømmen, kan du finne motstanden: R = U/I
Når du kjenner strømmen og motstanden, kan du beregne spenningen: U \u003d I * R
La oss nå se på et eksempel. Du har en LED med en driftsspenning på 3 V og en strøm på 20 mA, du ønsker å koble den til en 5V spenningskilde fra en USB-kontakt eller PSU slik at den ikke brenner ut. Så vi har en spenning på 5 V, men LED-en trenger bare 3 V, noe som betyr at vi må kvitte oss med 2 V (5V - 3V \u003d 2V). For å bli kvitt de ekstra 2 V, må vi velge en motstand med riktig motstand, som beregnes som følger: vi vet spenningen som må elimineres og vi vet strømstyrken LED trenger - vi bruker formelen ovenfor R \u003d U/I. Følgelig, 2V / 0,02 A \u003d 100 Ohm. Så du trenger en 100 ohm motstand.
Noen ganger, avhengig av egenskapene til LED-en, oppnås den nødvendige motstanden med en ikke-standardverdi som ikke kan finnes på salg, for eksempel 129 eller 111,7 ohm. I dette tilfellet trenger du bare å ta en motstand med en litt større motstand enn den beregnede - LED-en vil ikke fungere på 100 prosent av kraften, men på omtrent 90-95%. I denne modusen vil LED-en fungere mer pålitelig, og reduksjonen i lysstyrke vil ikke være visuelt merkbar.
Du kan også beregne hvor mye effekt motstanden du trenger - for dette multipliserer vi spenningen som vil henge på motstanden med strømmen som vil være i kretsen. I vårt tilfelle er dette 2V x 0,02 A = 0,04 W. Så en motstand med denne kraften eller mer passer for deg.
Lysdioder er noen ganger koblet flere parallelt eller i serie ved hjelp av en enkelt motstand. Til riktig tilkobling bør huskes at når parallellkobling strømstyrken summeres, og ved serie summeres nødvendig spenning. Du kan bare koble de samme lysdiodene parallelt og i serie med samme motstand, og hvis du bruker forskjellige lysdioder med ulike egenskaper, da er det bedre å beregne en motstand for hver LED - dette vil være mer pålitelig. Lysdioder av selv samme modell har et lite avvik i parametere, og når du kobler et stort antall lysdioder parallelt eller i serie, kan dette lille avviket i parametere resultere i mange brente lysdioder. En annen fallgruve kan være det faktum at selgeren eller produsenten (mye sjeldnere) kan gi litt feil data på lysdiodene, og lysdiodene i seg selv har kanskje ikke en klar driftsspenning, men et sett med minimum/optimal og maksimal spenning. Denne faktoren vil ikke påvirke spesielt ved tilkobling av et lite antall lysdioder, og ved tilkobling av et stort antall kan de samme brente lysdiodene bli resultatet. Så med parallell og seriell tilkobling bør du ikke bli for revet med, det vil være mer pålitelig at en separat motstand er koblet til hver LED eller en liten gruppe LED-er (3-5 stykker). La oss se på noen tilkoblingseksempler.
Eksempel 1 Du vil koble tre lysdioder i serie, hver vurdert til 3V og 20mA, til en 12V-kilde (som en molex-kontakt). Tre lysdioder på 3 volt hver vil til sammen trekke 9 volt (3V x 3=9V). Vår strømkilde har en spenning på henholdsvis 12 volt, det vil være nødvendig å kvitte seg med 3 volt (12 V - 9 V = 3 V). Siden koblingen er i serie vil strømstyrken være henholdsvis 20mA, 3 volt (spenningen som må elimineres) deles på 0,02 A (strømstyrken som kreves av hver LED) og vi får verdien av nødvendig motstand - 150 ohm. Så du trenger en 150 ohm motstand.
Eksempel 2 Du har fire lysdioder, som hver er vurdert til 3 volt, og en strømforsyning på 12 V. I denne situasjonen tror du kanskje at en motstand ikke er nødvendig, men det er ikke slik - lysdioder er veldig følsomme for strømstyrke og det er bedre å legg til en motstand til kretsen på 1 ohm. En motstand av denne verdien vil ikke påvirke lysstyrken til gløden, men vil være noe som en "sikring" - LED-ene vil fungere mye mer pålitelig. Uten bruk av en motstand, i dette tilfellet, kan lysdiodene ganske enkelt brenne ut, raskt eller ikke.
Eksempel 3. Du ønsker å koble tre lysdioder parallelt, hver vurdert til 3V og 20mA, til en 12V-forsyning. 3 = 60 mA). Vår strømkilde har en spenning på 12 volt, og lysdiodene trenger en spenning på 3 volt, så du må kvitte deg med 9 volt (12 V - 3 V = 9 V). Siden tilkoblingen er parallell, vil strømstyrken være henholdsvis 60mA, 9 volt (spenningen som må elimineres) deles på 0,06 A (strømstyrken som kreves av alle lysdioder) og vi får verdien av nødvendig motstand - 150 Ohm. Så du trenger en 150 ohm motstand.
Også på Internett er det et stort antall forskjellige "kalkulatorer for lysdioder" som du kan bruke. Det er nok å gå til det aktuelle stedet, angi egenskapene til LED-en og gjeldende kilde, og du vil motta alle nødvendige data om motstanden, samt fargemerkingen.
Vert av selskapet
LED-er. Strømfunksjoner til hvite lysdioder
La oss vurdere mer detaljert strømfunksjoner til hvite lysdioder. Som du vet, har LED en ikke-lineær strøm-spenningskarakteristikk med en karakteristisk "hæl" i den innledende delen (fig. 4.21).
Som vi kan se, begynner LED-en å lyse hvis en spenning på mer enn 2,7 V påføres den.
Merk følgende! Ved overskridelse terskelspenning(over 3 V) strømmen gjennom LED-en begynner å vokse raskt og her er det nødvendig å begrense strømmen, stabilisere den på et visst nivå.
Ris. 4.21. Volt-ampere karakteristikk for en hvit LED
Den enkleste LED-strømbegrenseren er motstand. Det er flere alternativer for å slå på lysdioder. De er delt inn i kretser med parallell-, serie- og blandet forbindelse. På sekvensiell tilkobling LED-er (som vist i Fig. 4.22), vil strømmen I som strømmer gjennom LED-ene være lik
Sekvensiell svitsjing har som mål enten å øke strålingseffekten eller å øke den utstrålte overflaten.
Ris. 4.22. Sekvensielt LED-skjema
Ulempene med seriekobling er:
- for det første, med en økning i antall lysdioder, øker også forsyningsspenningen, fordi for at strømmen skal gå gjennom de seriekoblede lysdiodene, må betingelsen Upit > Uvd1 + Uvd4 + Uvd3 være oppfylt;
- for det andre, en økning i antall lysdioder reduserer påliteligheten til systemet; hvis en av lysdiodene svikter, slutter alle lysdioder som er koblet i serie å fungere.
Ved parallellkobling LED, en separat strøm flyter gjennom hver emitter, satt av en separat strøminnstillingsmotstand.
På fig. 4.23 viser et diagram over parallellkoblingen av emitterende dioder. Den totale strømmen som trekkes fra strømforsyningen er i dette tilfellet lik
Ris. 4.23. LED Parallell Scheme
fordel parallellkobling er høy pålitelighet, siden hvis en av emitterne svikter, fortsetter resten å fungere.
Feil:
- hver LED bruker en separat strøm og øker strømforbruket;
- tap på strøminnstillingsmotstandene øker.
Det mest effektive er blandet (kombinert) serie-parallellkobling vist i fig. 4.24. I dette tilfellet er antallet radiatorer koblet i serie begrenset av forsyningsspenningen, og antall parallelle grener velges avhengig av nødvendig effekt.
Ris. 4.24. Opplegg for serieparallell svitsjing av lysdioder
hvor n er antall lysdioder koblet i serie i en gren; N er antall parallelle grener.
Blandet tilknytning inkluderer positive egenskaper muligheter for parallell- og seriekobling.
På grunn av det faktum at det menneskelige visuelle apparatet er treghet, bruker de ganske ofte når de driver LED-er impulsstrøm. Verdien av den gjennomsnittlige pulsstrømmen som flyter gjennom lysdioden bestemmes fra uttrykket
På fig. 4.25 viser tidsdiagrammene for den pulsede strømmen.
Ris. 4,25. Impulsstrømtidsdiagrammer
Hvis pulsvarigheten og pausevarigheten er angitt, kan du bestemme verdien av maksimum tillatt verdi impulsstrøm:
hvor Inom - merkestrøm LED.
Som allerede nevnt, er motstanden elementet som begrenser strømmen som flyter gjennom LED-en. Men motstanden er praktisk å bruke hvis forsyningsspenningen er konstant. I praksis hender det ofte at spenningen ikke er stabil, for eksempel spenningen batteri avtar når den slippes ut i brede gang. I dette tilfellet mye brukt lineære strømstabilisatorer.
Den enkleste lineære strømstabilisatoren kan settes sammen på mye brukte mikrokretser som KR142EN12 (A), LM317 (og deres mange analoger), som vist i fig. 4,26.
Ris. 4,26. Opplegg for den enkleste lineære strømstabilisatoren
Motstand R velges i området 0,25-125 Ohm, mens strømmen gjennom LED bestemmes av uttrykket
Ordningen for å konstruere slike strømstabilisatorer er enkel (en mikrokrets og en motstand), kompakt og pålitelig. Pålitelighet er i tillegg på grunn av det utviklede systemet for beskyttelse mot overbelastning og overoppheting, innebygd i stabilisatorbrikken.
For å stabilisere strømmer fra 350 mA og over, kan du også bruke kraftigere mikrokretser av lineære regulatorer med et lite spenningsfall i 1083, 1084, 1085-serien ulike produsenter eller innenlandske analoger KR142EH22A/24A/26A.
Men lineære strømstabilisatorer har betydelige ulemper:
- lav effektivitet;
- store tap sterk varme ved justering av høye strømmer.
Derfor, i dette øyeblikket I økende grad brukes bytteomformere og stabilisatorer til å drive LED-er og LED-moduler. På fig. 4.27 viser utseendet til LED-modulen og sekundær optikk.
Ris. 4,27. Utseende LED-modul og sekundær optikk
Det skal bemerkes at lysdiodene og strømomformeren er strukturelt laget på et enkelt kort.
Se andre artikler seksjon.