Więcej o sposobach podłączania diod LED

W naszym życiu diody LED stale zyskują przewagę nad innymi źródłami sztucznego światła. Jednak o ile żarówki można podłączyć bezpośrednio do źródła zasilania, o tyle podłączenie diod LED i lamp wyładowczych wymaga specjalnych działań.

Podłączenie pojedynczej diody LED nie stanowi problemu. Jednak połączenie kilku jednostek z setkami nie jest tak proste, jak mogłoby się wydawać.

Trochę teorii

Do prawidłowego działania diody LED wymagają stałego napięcia lub prądu. Muszą być:

1. Stały kierunek. Oznacza to, że prąd w obwodzie LED musi płynąć od "+" źródła napięcia do jego "-", gdy przyłożone jest napięcie.
2. Stabilny .Stała wielkość, tzn. niezmienna w czasie pracy diody.
3. Niepulsująca - Po wyprostowaniu i ustabilizowaniu stałe napięcia lub prądu nie mogą ulegać okresowym zmianom.
   Schemat przebiegu napięcia na wyjściu podwójnego prostownika półokresowego po przefiltrowaniu przez kondensator elektrolityczny (czarne i białe prostokąty oznaczone na schemacie jako "+"). Linia przerywana to napięcie na wyjściu prostownika. Kondensator jest ładowany do amplitudy połowy fali i stopniowo rozładowywany przy rezystancji obciążenia. Kroki" są falowaniem. Procentowy stosunek amplitudy skokowej do amplitudy półfalowej to współczynnik tętnień.

Dla Diody LED Na początku korzystaliśmy z dostępnych źródeł napięcia - 5, 9, 12 V. Napięcie robocze złącza p-n wynosi od 1,9 do 2,4 do 3,7 do 4,4 V. Dlatego bezpośrednie włączenie diody prawie zawsze oznacza jej fizyczne przepalenie na skutek przegrzania dużym prądem. Konieczne jest być ograniczone przez rezystor ograniczający prądmarnując energię na jej ogrzanie.

Diody LED można łączyć szeregowo, w wielokrotności. Następnie, jeśli połączy się je w łańcuch, suma ich napięć bezpośrednich może być prawie równa napięciu zasilacza. A pozostałą różnicę można "zniwelować", rozpraszając ją w postaci ciepła w rezystorze.

W przypadku kilkudziesięciu diod łączy się je w obwody szeregowe, które są włączone w obwody równoległe.

Rozkład pinów diod LED

Polaryzacja diod LED - anoda lub plus i katoda - minus jest łatwy do rozpoznania na zdjęciach:

W przypadku obudów cylindrycznych katoda jest oznaczona szczeliną z boku, przy czym anoda jest dłuższa, a katoda krótsza.

Katoda diod LED SMD jest oznaczona szczeliną na obudowie.

W diodach COB LED dużej mocy znaki "+" i "-" są wytłoczone na przylutowanych podkładkach.

Schemat obwodu LED

Dioda LED jest zasilana napięciem stałym. Jednak nieliniowa zależność rezystancji wewnętrznej wymaga utrzymania prądu roboczego w wąskich granicach. Przy natężeniu prądu poniżej prądu znamionowego zmniejsza się strumień świetlnyPrzy wyższych temperaturach kryształ przegrzewa się, jasność wzrasta, a "żywotność" maleje. Najprostszym sposobem na wydłużenie tego okresu jest ograniczenie prądu płynącego przez kryształ poprzez dołączenie rezystora ograniczającego prąd. W przypadku diod LED dużej mocy nie jest to ekonomicznie uzasadnione i są one zasilane stałym prądem ze źródła prądu stałego kierowca.

Przyłącze szeregowe

Dioda LED jest dość skomplikowanym urządzeniem oświetleniowym. Jest on zasilany z pomocniczego źródła napięcia stałego. W przypadku mocy powyżej 0,2-0,5 W w większości urządzeń LED stosuje się źródła prądowe. Nie do końca poprawnie, w terminologii amerykańskiej, nazywa się ich kierowcami. Gdy diody są połączone szeregowo, często wykorzystuje się w nich zasilacze o napięciu 9, 12, 24, a nawet 48 V. W takim przypadku tworzony jest łańcuch, który może zawierać od 3-6 do kilkudziesięciu elementów.

W połączeniu łańcuchowym anoda pierwszej diody LED jest połączona przez rezystor ograniczający prąd z zasilaniem "+", a katoda z anodą drugiej diody. I tak oto cały łańcuch jest połączony.

Schemat połączenia szeregowo-równoległego trzech kolejnych grup diod LED w łańcuch trzech elementów LED. Po lewej stronie każdego łańcucha znajduje się rezystor ograniczający prąd. Tłumi on" nadmiar sumy napięć bezpośrednich diod.

Na przykład, czerwone diody LED mają bezpośrednie napięcie robocze od 1,6 do 3,03 V. Na stronie U_pr. = 2,1 В jednej diody LED na oporniku przy napięciu źródłowym 12 V wyniesie 5,7 V:

12 V - 3×2,1 V = 12 - 6,3 = 5,7 V.

I już 3 łańcuchy daisy są połączone równolegle.

W tabeli przedstawiono napięcie stałe diody LED w zależności od koloru światła.

Gdy diody LED są połączone szeregowo, prądy płynące przez diody są takie same, a spadek napięcia na każdym elemencie jest indywidualny. Zależy to od rezystancji wewnętrznej diody.

Właściwości połączenia szeregowego:

• Uszkodzenie jednego elementu spowoduje wyłączenie wszystkich elementów;
• zwarcie - rozprowadza swoje napięcie na wszystkie pozostałe, na nich zwiększa się jasność i przyspiesza degradacja.

Zalecane: Jak sprawdzić, ile woltów ma dioda LED

Połączenie równoległe

W tym schemacie połączeń wszystkie anody są połączone ze sobą i z "+" zasilacza, a katody z "-".

Połączenie to było początkowo stosowane w girlandach, taśmach i listwach LED zasilanych napięciem 3-5 V.

To jest niewłaściwe połączenie. Ze względu na nieuniknioną zmienność parametrów, prądy płynące przez diody LED będą się różnić. I będą świecić inaczej. Nie będą się też nagrzewać w ten sam sposób. W wyniku tego przegrzane urządzenie ulegnie spaleniu, np. przy otwartym obwodzie. Prąd płynący przez pozostałe diody D2, D3 wzrośnie i napięcie na nich wzrośnie, ponieważ mniejszy całkowity prąd płynący przez R1 spowoduje mniejszy spadek napięcia. Drugą diodą, która się spali, będzie ta o mniejszej rezystancji wewnętrznej złącza p-n.

Jeśli dojdzie do spalenia zwartego złącza p-n, całe napięcie akumulatora zostanie przyłożone do rezystora R1. Dojdzie do przegrzania i przepalenia.

Schemat połączeń równoległych diod LED. Każda dioda LED powinna być połączona szeregowo z własnym rezystorem ograniczającym prąd.

Tak może wyglądać rzeczywisty układ sześciu równolegle połączonych diod LED. 

Na zdjęciu:

• Szare słupki to szyny prądowe, czyli przewody bez izolacji;
• niebieskie cylindry z zaokrąglonym końcem - cylindryczne diody LED z soczewką na końcu;
• czerwone są rezystorami ograniczającymi prąd roboczy.

Podłączenie wszystkich diod do jednego rezystora nie jest poprawne.. Ze względu na zmienność charakterystyki diod LED, nawet w jednej partii może ona wynosić od 50 do 200% lub więcej, przez diody może przepływać prąd, który będzie się czasami różnił. W związku z tym będą one również inaczej świecić i ładować się. Później najbardziej ruchliwa i najjaśniejsza z nich wypali się lub zdegeneruje prawie do zera, tracąc 70-90% swojego strumienia świetlnego. Albo zmieni kolor z białego na żółty.

Czytaj także

Podstawy równoległego i szeregowego łączenia diod LED

 

Mieszane

Okablowanie łączone lub mieszane jest stosowane do tworzenia matryc LED składających się z wielu dziesiątek lub setek elementów lub kryształów bezramkowych. Najbardziej znanymi z nich są matryce COB.

Schemat połączeń diod LED w matrycy: "standardowy" - kolejne łańcuchy po 4 kryształy połączone są równolegle i podłączone do zasilacza, "hybrydowy" - kryształy, w tym przypadku po 8 sztuk, połączone są szeregowo/równolegle do zasilacza.

W połączeniu napięcie zasilania i prąd roboczy będą niższe niż nominalny prąd roboczy. Tylko pod takim warunkiem matryca będzie działać przez mniej więcej długi czas. Przy prądzie znamionowym najsłabsze ogniwo szybko się przepali, a pozostałe zaczną się stopniowo przepalać. Spowoduje to powstanie obwodów otwartych w obwodach szeregowych i zwarć w obwodach równoległych.

Podłączanie diody elektroluminescencyjnej do sieci zasilającej 220 V

Jeśli podłączysz diodę LED bezpośrednio do sieci 220 V z ograniczeniem jej prądu, będzie ona świecić dodatnią półfalą i gasnąć ujemną. Dzieje się tak jednak tylko wtedy, gdy napięcie wsteczne złącza p-n jest znacznie wyższe niż 220 V. Zazwyczaj jest to około 380-400 V.

Drugi sposób podłączenia jest realizowany za pomocą kondensatora gaszącego.

Napięcie sieciowe jest doprowadzane do "mostka" na diodach VD1-VD4. Kondensator C1 "zgasi" napięcie około 215-217V. Reszta zostanie naprawiona. Po odfiltrowaniu za pomocą kondensatora C2 napięcie stałe jest podawane na diodę LED. Nie zapomnij ograniczyć prądu płynącego przez diodę za pomocą opornika.

Inny schemat podłączenia to pojedynczy prostownik półokresowy na diodzie i rezystorze ograniczającym 30 kOhm.

OSTRZEŻENIE! Większość obwodów z bezpośrednim podłączeniem do sieci 220 V ma tę poważną wadę, że są niebezpieczne dla ludzi, którzy mogą zostać porażeni wysokim napięciem - 220 V. Dlatego należy je stosować ostrożnie, starannie izolując wszystkie części będące pod napięciem.

Więcej informacji na temat podłączania oświetlenia LED do sieci 220 V można znaleźć na stronie opisane tutaj.

Jak zasilać diody z zasilacza

Najpopularniejsze beztransformatorowe zasilacze impulsowe zapewniają napięcie 12 V z zabezpieczeniem prądowym, przeciwzwarciowym, przeciw przegrzaniu i innymi.

Dlatego diody LED są połączone szeregowo, a ich prąd jest ograniczany za pomocą prostego rezystora. Łańcuch daisy składa się z 3 lub 6 diod. Ich liczba jest określana przez napięcie stałe diody. Ich suma dla ograniczenia prądu musi być o 0,5 do 1 V mniejsza od napięcia wyjściowego zasilacza.

Czytaj także

Podłączanie diody LED do napięcia 12 V

 

Właściwości łączenia diod LED RGB i COB

Diody LED ze skrótem RGB - są polichromatycznymi lub wielobarwnymi emiterami światła o różnych kolorach. Większość z nich jest zbudowana z trzech kryształów LED, z których każdy emituje inny kolor. Taki zespół nazywany jest triadą kolorów.

Diody LED RGB łączy się w taki sam sposób jak zwykłe diody LED. Każdy korpus wielobarwnego źródła światła ma jeden kryształ: czerwony - czerwony, zielony - zielony i niebieski - niebieski. Każda dioda LED ma swoje własne napięcie robocze:

• Niebieski - od 2,5 do 3,7 V;
• Zielony: 2,2 do 3,5 V;
• Kolor czerwony: od 1,6 do 2,03 V.

Kryształy można łączyć ze sobą na różne sposoby:

• ze wspólną katodą, tzn. trzy katody są połączone ze sobą i ze wspólnym przewodem na obudowie, a anody mają swoje własne przewody;
• ze wspólną anodą, tzn. wszystkie anody mają wspólny przewód, a katody mają indywidualne przewody;
• niezależne przyporządkowanie pinów - każda anoda i katoda ma swój własny pin.

Dlatego wartości znamionowe rezystorów ograniczających prąd będą różne.

Połączenie kryształów LED RGB za pomocą obwodu ze wspólną katodą.

Połączenie typu "wspólna anoda".

W obu przypadkach korpus diody ma po 4 piny druciane, w diodach SMD są to piny kontaktowe lub piny piranii.

W przypadku niezależnych diod LED będzie to 6 styków.

W przypadku SMD 5050 Kryształy LED są rozmieszczone w następujący sposób:

W wielokolorowej obudowie znajdują się 3 niezależne kryształy w kolorze zielonym, czerwonym i niebieskim. Dlatego przy obliczaniu wartości znamionowych rezystorów należy pamiętać, że każdy kolor odpowiada innemu napięciu diody.

Okablowanie diod LED COB

Skrót COB to pierwsze litery angielskiego słowa chip-on-board. W języku rosyjskim byłby to element lub kryształ na planszy.

Kryształy są przyklejane lub lutowane do termoprzewodzącego podłoża z szafiru lub krzemu. Po sprawdzeniu poprawności połączeń elektrycznych, kryształy są wypełniane żółtym luminoforem.

Diody LED COB - to struktury matrycowe składające się z dziesiątek lub setek kryształów połączonych w grupy za pomocą kombinacji półprzewodnikowych złączy p-n. Grupy są kolejnymi łańcuchami diod LED, których liczba odpowiada napięciu zasilania matrycy LED. Na przykład przy napięciu 9 V są 3 kryształy, a przy 12 V - 4.

Czytaj także

Jak podłączyć diodę LED do płytki Arduino

 

Obwody połączone w łańcuch są połączone równolegle. W ten sposób uzyskuje się wymaganą moc macierzy. Niebieskie kryształy luminescencyjne są wypełnione żółtym luminoforem. Ponownie emituje światło niebieskie do światła żółtego, dając światło białe.

Jakość światła, tzn. renderowanie kolorów jest regulowana przez skład fosforu podczas produkcji. Luminofor jedno- i dwuskładnikowy daje niską jakość, ponieważ ma 2-3 linie emisyjne w widmie. Trzy- i pięcioskładnikowe dają całkiem zadowalające odwzorowanie kolorów. Może ona wynosić do 85-90 Ra lub nawet więcej.

Podłączenie tego typu nadajnika światła nie stanowi problemu. Podłącza się je jak zwykłe diody LED dużej mocy, zasilane ze standardowego źródła prądu znamionowego. Na przykład 150, 300, 700 mA. Producent matryc COB zaleca wybór źródeł prądu z rezerwą. Będzie to pomocne podczas uruchamiania oprawy matrycowej COB.