kategorier: Praktisk elektronik, Alt om lysdioder
Antal visninger: 445777
Kommentarer til artiklen: 28
Gode og dårlige ledningsføringsmønstre
I tidligere artikler er forskellige problemer relateret til tilslutning af LED'er beskrevet. Men du kan ikke skrive alt i en artikel, så du er nødt til at fortsætte dette emne. Her vil vi tale om forskellige måder at tænde lysdioderne på.
Som nævnt i de nævnte artikler, LED er en aktuel enhed, dvs. strømmen gennem det skal begrænses af en modstand. Hvordan man beregner denne modstand er allerede beskrevet, vi vil ikke gentage her, men vi vil give formlen, bare i tilfælde af, igen.
Figur 1
Her er op. - forsyningsspænding, Uad. - spændingsfald over LED, R - modstand for den begrænsende modstand, I - strøm gennem LED.
På trods af alle teorier producerer den kinesiske industri imidlertid alle slags souvenirs, pyntegjenstander, lightere, hvor LED er tændt uden en begrænsende modstand: bare to eller tre diskbatterier og en LED. I dette tilfælde er strømmen begrænset af batteriets indre modstand, hvis styrke simpelthen ikke er nok til at brænde lysdioden.
Men her er der ud over udbrænding en anden ubehagelig egenskab - nedbrydning af lysdioder, mest iboende i hvide og blå lysdioder: efter et stykke tid bliver lysstyrken meget lille, selvom strømmen gennem lysdioden flyder ganske nok på det nominelle niveau.
Dette er ikke til at sige, at det ikke lyser overhovedet, gløden er næppe mærkbar, men dette er ikke længere en lommelygte. Hvis der ved en nominel strømnedbrydning forekommer ikke tidligere end efter et års kontinuerlig luminescens, kan man med en overdreven strøm nu forvente dette fænomen om en halv time. Denne inkludering af LED'en skal kaldes dårlig.
En sådan ordning kan kun forklares med ønsket om at spare på en enkelt modstands-, lodde- og arbejdsomkostninger, der med en massiv produktionsskala tilsyneladende er berettiget. Derudover er en lighter eller nøglering en en gang, billig ting: gassen er løbet tør, eller batteriet er løbet tør - de kastede simpelthen souveniren.
Figur 2. Skemaet er dårligt, men det bruges ret ofte.
Meget interessante ting kommer ud (naturligvis ved et uheld), hvis LED ved en sådan ordning er tilsluttet en strømforsyningsenhed med en udgangsspænding på 12V og en strøm på mindst 3A: en blændende flash opstår, en ret høj pop, der høres røg, og en kvælende lugt forbliver. Så jeg husker denne lignelse: ”Er det muligt at se på solen gennem et teleskop? Ja, men kun to gange. En gang med venstre øje, den anden med højre. ” Forresten, tilslutning af en LED uden en begrænsende modstand er den mest almindelige fejl blandt begyndere, og jeg vil gerne advare om det.
For at rette op på denne situation skal du forlænge levetiden på LED, kredsløbet skal ændres let.
Figur 3. Godt layout, korrekt.
Det er en sådan ordning, der skal betragtes som god eller korrekt. For at kontrollere, om værdien af modstanden R1 er korrekt angivet, kan du bruge formlen vist i figur 1. Vi antager, at spændingsfaldet på LED 2V, strøm 20mA, spænding 3V på grund af brugen af to fingerbatterier.
Generelt behøver du ikke at stræbe efter at begrænse strømmen til niveauet for maksimalt tilladte 20 mA. Du kan tænde lysdioden med en lavere strøm, i det mindste en milliampere på 15 ... 18. I dette tilfælde vil der være et meget lille fald i lysstyrke, som det menneskelige øje på grund af enhedens egenskaber overhovedet ikke vil bemærke, men LED'ets levetid øges markant.
Et andet eksempel på dårligt tændte LED'er findes i forskellige lommelygter, der allerede er mere kraftfulde end nøgleringe og lightere. I dette tilfælde er et vist antal lysdioder, nogle gange ret store, simpelthen forbundet parallelt og også uden en begrænsende modstand, der igen fungerer som batteriets indre modstand.Sådanne lommelygter kommer ofte ofte i stand til at blive repareret netop på grund af LED-udbrændingen.
Figur 4. Absolut dårligt ledningsdiagram.
Det ser ud til, at situationen vist i figur 5. kan rette situationen. Bare en modstand, og det ser ud til, at tingene blev bedre.
Figur 5. Dette er allerede lidt bedre.
Men en sådan inkludering vil hjælpe lidt. Faktum er, at det i naturen simpelthen ikke er muligt at finde to identiske halvlederenheder. Derfor har for eksempel transistorer af samme type forskellig forstærkning, selvom de kommer fra den samme produktionsbatch. Thyristorer og triacs er også forskellige. Nogle åbner let, mens andre er så tunge, at de skal opgives. Det samme kan siges om lysdioderne - to helt identiske, især tre eller en hel bunke, det er simpelthen umuligt at finde.
Bemærk om emnet. I dataarket til SMD-5050 LED-samling (tre uafhængige LED'er i et hus) anbefales det ikke at inkludere vist i figur 5. På grund af spredningen af parametrene for individuelle LED'er kan forskellen i deres glød muligvis ses. Og det ser ud til i ét tilfælde!
LED'er har naturligvis ingen forstærkning, men der er en så vigtig parameter som direkte spændingsfald. Og selvom lysdioderne er taget fra en teknologisk batch, fra en pakke, er der simpelthen ikke to identiske i den. Derfor vil strømmen for alle lysdioder være forskellig. Denne LED, hvor strømmen er mest, og før eller senere vil overstige den nominelle, lyser foran alle andre.
I forbindelse med denne uheldige begivenhed går al mulig strøm igennem de to overlevende LED'er, naturligt over den nominelle. Når alt kommer til alt blev modstanden beregnet "for tre" for tre lysdioder. En øget strøm vil medføre en øget opvarmning af LED-krystaller, og en, der er "svagere", brænder også ud. Den sidste LED har heller ikke andet valg end at følge eksemplet med sine kammerater. En sådan kædereaktion opnås.
I dette tilfælde betyder ordet "burn" simpelthen brud på kredsløbet. Men det kan ske, at i en af lysdioderne vil der opstå en elementær kortslutning, der skifter mellem de resterende to lysdioder. Naturligvis vil de helt sikkert gå ud, selvom de vil overleve. Ved en sådan funktionsfejl opvarmes modstanden intenst, og til sidst kan den brænde ud.
For at forhindre, at dette sker, skal kredsløbet ændres lidt: for hver LED skal du installere sin egen modstand, som er vist i figur 6.
Figur 6. Og så vil lysdioderne vare meget lang tid.
Her er alt som krævet, alt i henhold til reglerne for kredsløbskonstruktion: Strømmen for hver LED begrænses af dens modstand. I et sådant kredsløb er strømme gennem lysdioderne uafhængige af hinanden.
Men denne inkludering skaber ikke meget entusiasme, da antallet af modstande er lig med antallet af lysdioder. Men jeg vil gerne have flere lysdioder og færre modstande. Hvordan skal man være?
Vejen ud af denne situation er ganske enkel. Hver LED skal erstattes af en kæde med seriekoblede LED'er, som vist i figur 7.
Figur 7. Parallel inkludering af kranser.
Omkostningerne ved en sådan forbedring vil være en stigning i forsyningsspændingen. Hvis kun en spænding er nok til en LED, kan selv to lysdioder, der er tilsluttet i serie, ikke antændes fra en sådan spænding. Så hvilken spænding er nødvendig for at tænde en krans af lysdioder? Eller på en anden måde, hvor mange LED'er kan tilsluttes en strømkilde med en spænding, for eksempel 12V?
Note. I det følgende skal udtrykket "krans" ikke kun forstås som en juletrædekoration, men også som enhver lys-LED-enhed, hvor LED'erne er forbundet i serie eller parallelt. Det vigtigste er, at der er mere end en LED. En krans, det er også en krans i Afrika!
For at få et svar på dette spørgsmål er det nok at blot dele forsyningsspændingen med spændingsfaldet på lysdioden. I de fleste tilfælde tages 2V ved beregning af denne spænding. Så viser det sig 12/2 = 6.Men glem ikke, at en del af spændingen skal forblive for den slukkende modstand, i det mindste volt 2.
Det viser sig, at der kun er 10V tilbage på lysdioderne, og antallet af lysdioder bliver 10/2 = 5. I denne situation skal begrænsningsmodstanden have en nominel værdi på 2V / 20mA = 100Ohm for at opnå en strøm på 20 mA. Modstandens styrke er P = U * I = 2V * 20mA = 40 mW.
En sådan beregning er helt sand, hvis LED'ets forspænding i krans, som angivet, er 2V. Det er denne værdi, der ofte tages i beregningerne som et gennemsnit. Men faktisk afhænger denne spænding af typen LED, af glødens farve. Derfor, når du beregner tusindfryd, skal du fokusere på typen af LED'er. Spændingsfald for forskellige typer lysdioder er vist i tabellen vist i figur 8.
Figur 8. Spændingsfald på lysdioder i forskellige farver.
Med en 12V strømforsyningsspænding minus spændingsfaldet over den strømbegrænsende modstand kan der således tilsluttes i alt 10 / 3,7 = 2,7027 hvide LED'er. Men du kan ikke afskære et stykke af LED'en, så kun to LED'er kan tilsluttes. Dette resultat opnås, hvis vi tager den maksimale værdi af spændingsfaldet fra tabellen.
Hvis vi erstatter 3V i beregningen, er det tydeligt, at der kan tilsluttes tre LED'er. I dette tilfælde skal du hver gang nøje tælle modstanden for den begrænsende modstand. Hvis rigtige lysdioder viser sig at være med et spændingsfald på 3,7 V, eller måske højere, lyser de tre lysdioder muligvis ikke. Så det er bedre at stoppe ved to.
Det betyder ikke grundlæggende noget, hvilken farve LED'erne vil være, bare når du beregner, skal du tage hensyn til forskellige spændingsfald afhængigt af farven på LED-glødet. Det vigtigste er, at de er designet til en strøm. Det er umuligt at samle en konsistent krans af lysdioder, hvoraf nogle har en strøm på 20 mA, og den anden del på 10 milliampere.
Det er tydeligt, at lysdioder med en nominel strøm på 10 mA ved en strøm på 20 mA simpelthen vil brænde ud. Hvis du begrænser strømmen til 10 mA, lyser 20 milliamper ikke lyst, som i en switch med en LED: du kan se om natten, ikke om eftermiddagen.
For at gøre livet lettere for sig selv udvikler radioamatører forskellige lommeregnerprogrammer, der letter alle former for rutineberegninger. F.eks. Programmer til beregning af induktanser, filtre af forskellige typer, strømstabilisatorer. Der er et sådant program til beregning af LED-kranser. Et skærmbillede af et sådant program vises i figur 9.
Figur 9. Skærmbillede af programmet “Calculation_resistance_resistor_Ledz_”.
Programmet fungerer uden installation i systemet, du skal bare downloade og bruge det. Alt er så enkelt og tydeligt, at der overhovedet ikke kræves nogen forklaring på skærmbilledet. Naturligvis skal alle lysdioder have den samme farve og med den samme strøm.
Se også fra et tidligere offentliggjort på webstedet: Sådan forbindes LED'en til lysnetværket
Grænsemodstande er selvfølgelig gode. Men først når det vides, at denne krans vil blive drevet af stabiliseret kilde DC 12V, og strømmen gennem lysdioderne vil ikke overstige den beregnede værdi. Men hvad nu hvis der ganske enkelt ikke er nogen kilde med en spænding på 12V?
En sådan situation kan for eksempel opstå i en lastbil med en spænding på 24V indbygget netværk. For at komme ud af en sådan krisesituation vil en nuværende stabilisator hjælpe f.eks. "SSC0018 - Justerbar strømstabilisator 20..600mA". Dets udseende er vist i figur 10. En sådan enhed kan købes i onlinebutikker. Prisen på problemet er 140 ... 300 rubler: det hele afhænger af sælgers fantasi og arrogance.
Figur 10. Justerbar strømregulator SSC0018
Stabilisatorens specifikationer er vist i figur 11.
Figur 11. Tekniske egenskaber for den aktuelle stabilisator SSC0018
Oprindeligt blev SSC0018-strømstabilisatoren designet til brug i LED-belysningsarmaturer, men kan også bruges til at oplade små batterier. Det er ganske enkelt at bruge SSC0018.
Belastningsmodstanden ved udgangen fra den aktuelle stabilisator kan være nul, du kan blot kortslutte udgangsterminalerne. Stabilisatorer og aktuelle kilder er trods alt ikke bange for kortslutninger. I dette tilfælde vurderes outputstrømmen. Nå, hvis du indstiller 20 mA, så vil så meget være.
Fra det foregående kan vi konkludere, at en milliammeter af jævnstrøm kan forbindes direkte til udgangen fra strømstabilisatoren. En sådan forbindelse skal startes fra den største målegrænse, fordi ingen ved, hvilken strøm der er reguleret der. Dernæst skal du blot dreje indstillingsmodstanden for at indstille den krævede strøm. I dette tilfælde skal du naturligvis ikke glemme at tilslutte den aktuelle stabilisator SSC0018 til strømforsyningen. Figur 12 viser SSC0018-ledningsdiagrammet til strømforsyning af LED'er, der er tilsluttet parallelt.
Figur 12. Tilslutning til strømforsyning af LED'er, der er tilsluttet parallelt
Alt her er klart fra diagrammet. For fire lysdioder med en forbrugsstrøm på 20 mA skal hvert output fra stabilisatoren indstilles til en strøm på 80 mA. I dette tilfælde kræves der ved indgangen til stabilisatoren SSC0018 lidt mere spænding end spændingsfaldet på en LED som nævnt ovenfor. Naturligvis er en større spænding velegnet, men dette vil kun føre til yderligere opvarmning af stabilisatorchippen.
Note. Hvis strømkildens spænding for at begrænse strømmen med en modstand lidt overstiger den totale spænding ved lysdioderne, kun to volt, skal dette overskydende være lidt højere for den normale drift af strømstabilisatoren SSC0018. Ikke mindre end 3 ... 4V, ellers åbnes reguleringselementet i stabilisatoren simpelthen ikke.
Figur 13 viser forbindelsen af SSC0018-stabilisatoren, når der bruges en krans med flere seriekoblede LED'er.
Figur 13. Fremføring af en seriel streng gennem SSC0018-stabilisatoren
Figuren er hentet fra den tekniske dokumentation, så lad os prøve at beregne antallet af LED'er i krans og den konstante spænding, der kræves fra strømforsyningen.
Den strøm, der er angivet på diagrammet, 350 mA, giver os mulighed for at konkludere, at krans er samlet fra kraftige hvide LED'er, fordi, som nævnt ovenfor, hovedformålet med SSC0018-stabilisatoren er lyskilder. Spændingsfaldet over den hvide LED er inden for 3 ... 3,7V. Ved beregningen skal du tage den maksimale værdi på 3,7 V.
SSC0018-stabilisatorens maksimale indgangsspænding er 50V. Træk fra denne værdi på 5V, som er nødvendig for selve stabilisatoren, forbliver 45V. Denne spænding kan "belyses" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LEDs. Det er klart, at dette bør afrundes til 12.
Antallet af LED'er kan være mindre. Derefter skal indgangsspændingen reduceres (selvom udgangsstrømmen ikke ændrer sig, forbliver den 350mA, da den blev justeret), hvorfor skulle jeg levere 50V til 3 lysdioder, endda kraftige? Sådan hån kan ende i fiasko, fordi kraftfulde LED'er på ingen måde er billige. Hvilken spænding der kræves for at forbinde tre kraftige LED'er, de, der vil, men de kan altid findes, kan beregne selv.
Justerbar strømstabilisator SSC0018 enhed er ganske god. Men hele spørgsmålet er, er det altid nødvendigt? Og prisen på enheden er noget forvirrende. Hvad kan være vejen ud af denne situation? Alt er meget enkelt. En fremragende strømstabilisator opnås fra integrerede spændingsstabilisatorer, for eksempel 78XX eller LM317-serien.
For at oprette en sådan strømstabilisator baseret på en spændingsstabilisator kræves kun 2 dele. Faktisk selve stabilisatoren og en enkelt modstand, hvis modstand og styrke vil hjælpe med til at beregne StabDesign-programmet, hvis skærmbillede er vist i figur 14.
billede 14. Beregningen af den aktuelle stabilisator ved hjælp af programmet StabDesign.
Programmet kræver ikke særlige forklaringer. I rullemenuen Type vælges typen af stabilisator, i linjen IN indstilles den krævede strøm, og knappen Beregn trykkes ned. Resultatet er modstanden fra modstanden R1 og dens styrke. I figuren blev beregningen udført for en strøm på 20 mA.Dette er tilfældet, når LED'erne er seriekoblet. For en parallel forbindelse beregnes strømmen på samme måde som vist i figur 12.
LED-krans er tilsluttet i stedet for modstanden R, som symboliserer belastningen på den aktuelle stabilisator. Det er endda muligt at tilslutte kun en LED. I dette tilfælde er katoden forbundet til en fælles ledning, og anoden til modstand R1.
Indgangsspændingen for den betragtede strømstabilisator ligger i området 15 ... 39V, da stabilisatoren 7812 med en stabiliseringsspænding på 12V anvendes.
Det ser ud til, at dette er slutningen på historien om lysdioder. Men der er også LED-strimler, som vil blive diskuteret i den næste artikel.
Fortsættelse af artiklen: Anvendelse af LED-strimmel
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: