Detaljer om LED-anslutningsmetoder

I vårt liv tränger lysdioder med tillförsikt bort andra källor till artificiellt ljus från belysningsteknik. Men om glödlampor kan anslutas direkt till strömförsörjningen, kräver anslutningen av LED- och urladdningslamporna speciella åtgärder.

Samtidigt orsakar det inte problem att ansluta en enda lysdiod. Och att slå på från några få enheter till hundratals är inte så lätt som det verkar.

Lite teori

En lysdiod kräver en konstant spänning eller ström för att fungera korrekt. De borde vara:

1. Konstant i riktning. Det vill säga, strömmen i LED-kretsen, när spänning appliceras, måste flyta från "+"-spänningskällan till dess "-".
2. stabilkonstant i storlek, under diodens drift.
3. Inte pulserande - efter rättelse och stabilisering bör värdena för konstant spänning eller ström inte ändras med jämna mellanrum.
   Schema för spänningsformen vid utgången av en helvågslikriktare när den filtreras av en elektrolytisk kondensator (svarta och vita rektanglar märkta "+" i diagrammet). Den streckade linjen är spänningen vid likriktarutgången. Kondensatorn laddas till en halvvågsamplitud och urladdas gradvis vid belastningsmotståndet. "Steg" är pulseringar. Förhållandet mellan steg- och halvvågsamplituderna i procent är rippelfaktorn.

För lysdioder till en början användes de tillgängliga spänningskällorna - 5, 9, 12 V. Och driftsspänningen för p-n-övergången är från 1,9-2,4 till 3,7-4,4 V. Därför är att slå på dioden direkt nästan alltid dess fysiska förbränning från överhettning med stor ström. nuvarande behov gräns med ett strömbegränsande motstånd, spenderar energi för att värma den.

Lysdioder kan tändas i serie i flera delar. Sedan, genom att sätta ihop en kedja av dem, är det möjligt, genom summan av deras framspänningar, att nå nästan spänningen för strömkällan. Och den återstående skillnaden "återbetalas" genom att avleda den i form av värme på motståndet.

När det finns dussintals dioder är de kopplade i seriekretsar, som är parallellkopplade.

LED pinout

LED polaritet - anod eller plus och katod - minus är lätt att avgöra från bilderna:

I cylindriska fall indikeras katoden med ett snitt på sidan, anoden är längre och katoden är kortare.

Katoden för SMD-lysdioder indikeras av ett snitt på höljet.

I matriserna av kraftfulla COB-lysdioder är "+" och "-" utpressade på lödkuddar.

LED-omkopplingskrets

Lysdioden drivs av konstant spänning. Men egenskaperna hos det olinjära beroendet av dess interna motstånd kräver att driftströmmen hålls inom snäva gränser. Vid en ström som är lägre än märkströmmen minskar den ljusflöde, och vid ett högre värde överhettas kristallen, ljusstyrkan på glöden ökar och "livslängden" reduceras. Det enklaste sättet att utöka det är att begränsa strömmen genom kristallen genom att inkludera ett strömbegränsande motstånd. För kraftfulla lysdioder är detta ekonomiskt olönsamt, eftersom de matas med likström från en speciell källa med stabil ström - förare.

seriell anslutning

En LED är en ganska komplex belysningsenhet. Den fungerar från en sekundär likspänningskälla. Med en effekt på mer än 0,2-0,5 W använder de flesta LED-enheter strömkällor. De är inte helt korrekta, på amerikanskt vis, kallade förare. När dioder är seriekopplade används ofta strömförsörjningar med en spänning på 9, 12, 24 och till och med 48 V. I detta fall byggs en seriekedja, i vilken det kan vara från 3-6 till flera tiotals element.

När den är seriekopplad i en kedja är anoden på den första lysdioden ansluten via ett strömbegränsande motstånd till "+" på strömkällan, och katoden är ansluten till anoden på den andra. Och så hänger hela kedjan ihop.

Schema för seriell-parallell anslutning av tre seriegrupper av lysdioder i kedjor av tre LED-element. Varje krets har ett strömbegränsande motstånd till vänster. Den "släcker" överskottet av summan av diodernas framspänningar.

Till exempel har röda lysdioder en framdriftsspänning på 1,6V till 3,03V. U_etc. = 2,1V en lysdiod på motståndet med en källspänning på 12 V kommer att ha en spänning på 5,7 V:

12V - 3x2,1V = 12 - 6,3 = 5,7V.

Och redan 3 på varandra följande kedjor är parallellkopplade.

Tabell över likspänning på lysdioden från färgen på dess glöd.

Med en seriekoppling av lysdioder kommer strömmarna genom lysdioderna att vara desamma, och fallet på varje element är individuellt. Det beror på diodens inre resistans.

Seriella anslutningsegenskaper:

• brottet på ett element leder till avstängning av alla;
• kortslutning - omfördelar sin spänning till alla de återstående, ljusstyrkan på glöden ökar på dem och nedbrytningen accelererar.

Rekommenderad: Hur man tar reda på hur många volt en LED

Parallellkoppling

I detta LED-anslutningsschema är alla anoder anslutna till varandra och till strömkällans "+" och katoder till "-".

En sådan anslutning fanns på de första LED-girlangerna, linjalerna och banden när de drevs av en spänning på 3-5 V.

Detta är fel anslutning. Med den oundvikliga spridningen av parametrar kommer strömmarna genom lysdioderna att vara annorlunda. Och de kommer att lysa annorlunda. Och de värms inte upp på samma sätt. Som ett resultat kommer den överhettade att brinna ut, till exempel med en öppen krets. Strömmen genom de återstående dioderna D2, D3 kommer att öka och spänningen kommer att öka på dem, eftersom en mindre total ström genom R1 kommer att ge ett mindre spänningsfall över den. Den andra dioden kommer att brinna ut, vilket kommer att ha ett lägre inre motstånd i p-n-övergången.

Om en utbrändhet inträffar när p-n-övergången stängs, kommer hela batterispänningen att appliceras på motståndet R1. Det kommer att överhettas och brinna ut.

Schema för parallellkoppling av lysdioder. Varje lysdiod är korrekt seriekopplad med sitt eget strömbegränsande motstånd.

Så här kan en riktig design av sex parallellkopplade lysdioder se ut. 

På bilden:

• grå ränder - strömförande däck, d.v.s. ledningar utan isolering;
• blå cylindrar med en rundad ände - cylindriska lysdioder med en lins på änden;
• röd - motstånd för att begränsa driftströmmen.

Det blir felaktigt att ansluta alla dioder till ett motstånd. På grund av spridningen i egenskaperna hos lysdioder, även i en sats som kan nå från 50 till 200% eller mer, kan en ström flyta genom dioderna, vilket kommer att variera avsevärt. Därför kommer de också att lysa och ladda olika. Senare kommer de mest laddade, som lyser starkare än andra, att brinna ut eller försämras till nästan fullständig dämpning och förlora 70-90 % av ljusflödet. Eller ändra nyansen på glöden från vit till gul.

Läs också

Grunderna för parallell- och seriekoppling av lysdioder

 

blandad

En kombinerad eller blandad anslutning används när man skapar LED-matriser som består av många tiotals eller hundratals element eller oförpackade kristaller. De mest kända av dem är COB-matriser.

Schema för kombinerad anslutning av lysdioder i en matris: "standard" - seriekedjor med 4 kristaller i varje är anslutna parallellt och anslutna till en strömkälla, "hybrid" - kristaller, i detta fall, 8 st., är anslutna i serie / parallellt med en strömkälla.

Matningsspänningen och driftströmmen med kombinerad tillkoppling kommer att vara lägre än de nominella driftvärdena. Endast under detta tillstånd kommer matrisen att fungera mer eller mindre under lång tid. Vid märkström kommer den svagaste länken snabbt att brinna ut och resten kommer gradvis att brinna ut. Det kommer att sluta med avbrott i seriekedjor och kortslutning av parallella kedjor.

Anslutning av en lysdiod till ett 220 V-nätverk

Om du driver lysdioden direkt från 220 V med en strömgräns, kommer den att lysa med en positiv halvvåg och slockna med en negativ. Men detta är bara i fallet när den omvända spänningen för p-n-övergången är mycket mer än 220 V. Vanligtvis är det i området 380-400 V.

Det andra sättet att slå på är genom en släckkondensator.

Nätspänningen läggs på "bryggan" på dioderna VD1-VD4. Kondensator C1 kommer att "släcka" ca 215-217 V. Resten kommer att räta ut. Efter filtrering med kondensator C2 appliceras en konstant spänning på lysdioden. Glöm inte att begränsa strömmen genom dioden med ett motstånd.

Ett annat anslutningsschema är med en halvvågslikriktare på en diod och med ett begränsningsmotstånd på 30 kOhm.

UPPMÄRKSAMHET! De flesta kretsar med direkt anslutning till 220 V-nätverket har en allvarlig nackdel - de är farliga för mänsklig skada med hög spänning - 220 V. Därför bör de användas försiktigt, med noggrann isolering av alla strömförande delar.

Detaljerad information om anslutning av lysdioden till ett 220 V-nätverk beskrivs här.

Hur man driver dioder från en strömkälla

De mest populära transformatorlösa strömförsörjningarna (PSU) ger 12 V skydd för ström, kortslutning, överhettning, etc.

Därför är lysdioder seriekopplade och deras ström begränsas av ett konventionellt motstånd. Kedjan innehåller 3 eller 6 dioder. Deras antal bestäms av diodens framspänning. Deras summa för strömbegränsning bör vara mindre än utspänningen från PSU med 0,5-1 V.

Läs också

Anslutning av en LED till 12 volt

 

Funktioner för att ansluta RGB- och COB-lysdioder

Lysdioder med förkortning RGB – Dessa är polykroma eller flerfärgade ljussändare i olika färger. De flesta av dem är sammansatta av tre LED-kristaller, som var och en avger olika färger.En sådan sammansättning kallas en färgtriad.

Att ansluta en RGB-lysdiod görs på samma sätt som konventionella lysdioder. I varje fall av en sådan flerfärgad ljuskälla finns det en kristall: röd - röd, grön - grön och blå - blå. Varje lysdiod har sin egen driftspänning:

• blå - från 2,5 till 3,7 V;
• grön - från 2,2 till 3,5 V;
• röd - från 1,6 till 2,03 V.

Kristaller kan kopplas till varandra på olika sätt:

• med en gemensam katod, d.v.s. tre katoder är anslutna till varandra och med en gemensam terminal på höljet, och anoderna har var sin terminal;
• med en gemensam anod - för alla anoder är utgången gemensam och katoderna är individuella;
• oberoende pinout - varje anod och katod har sin egen utgång.

Därför kommer värdena för de strömbegränsande motstånden att vara annorlunda.

Anslutning av RGB-LED-kristaller enligt schemat med en gemensam katod.

Anslutning "med en gemensam anod".

I båda fallen har diodhöljet 4 ledningar, pads i SMD-lysdioder eller ett stift i piranhahöljet.

I fallet med oberoende lysdioder kommer det att finnas 6 utgångar.

Om SMD 5050 LED-kristaller är arrangerade enligt följande:

I fallet med flerfärgade 3 oberoende kristaller av grönt, rött och blått. Därför, när du beräknar värdena för motstånd, kom ihåg att varje färg har sin egen diodspänning.

Anslutning av COB-lysdioder

Förkortningen COB är de första bokstäverna i den engelska frasen chip-on-board. På ryska kommer det att vara - ett element eller en kristall på brädan.

Kristallerna är limmade eller lödda på ett värmeledande safir- eller silikonsubstrat. Efter att ha kontrollerat de korrekta elektriska anslutningarna fylls kristallerna med en gul fosfor.

COB lysdioder - dessa är matrisstrukturer som består av tiotals eller hundratals kristaller, som är sammankopplade i grupper med en kombinerad inneslutning av halvledar-p-n-övergångar. Grupper är sekventiella kedjor av lysdioder, vars antal motsvarar matningsspänningen för LED-matrisen. Till exempel, vid 9 V är dessa 3 kristaller, 12 V - 4.

Läs också

Hur man ansluter LED till Arduino-kortet

 

Kedjor kopplade i serie kopplas parallellt. Således erhålls den erforderliga kraften i matrisen. Blå glödkristaller är fyllda med gul fosfor. Den återutstrålar blått ljus till gult, vilket gör det vitt.

Ljuskvalitet, d.v.s. färgåtergivning reglera i produktionsprocessen sammansättningen av fosforn. En- och tvåkomponentsfosfor ger låg kvalitet, eftersom den har 2-3 emissionslinjer i spektrumet. Tre- och femkomponents - ganska acceptabel färgåtergivning. Det kan vara upp till 85-90 Ra och ännu högre.

Att ansluta denna typ av ljussändare orsakar inga problem. De är påslagna som en vanlig kraftfull LED, som drivs av en standardströmkälla. Till exempel 150, 300, 700 mA. Tillverkaren av COB-matriser rekommenderar att man väljer aktuella källor med en marginal. Det kommer att hjälpa när en armatur med COB-matris tas i drift.