categorie: Elettronica pratica, Tutto sui LED
Numero di visite: 445777
Commenti sull'articolo: 28
Schemi di cablaggio LED buoni e cattivi
In articoli precedenti, sono stati descritti vari problemi relativi al collegamento dei LED. Ma non puoi scrivere tutto in un articolo, quindi devi continuare questo argomento. Qui parleremo di vari modi per accendere i LED.
Come menzionato negli articoli citati, Il LED è un dispositivo attuale, cioè la corrente attraverso di essa deve essere limitata da una resistenza. Come calcolare questo resistore è già stato descritto, non ripeteremo qui, ma daremo la formula, per ogni evenienza.
Figura 1
Ecco qui. - tensione di alimentazione, Uad. - caduta di tensione attraverso il LED, R - resistenza del resistore limitatore, I - corrente attraverso il LED.
Tuttavia, nonostante tutta la teoria, l'industria cinese produce tutti i tipi di souvenir, bigiotteria, accendini, in cui il LED è acceso senza una resistenza limitante: solo due o tre batterie a disco e un LED. In questo caso, la corrente è limitata dalla resistenza interna della batteria, la cui potenza semplicemente non è sufficiente per bruciare il LED.
Ma qui, oltre al burnout, c'è un'altra proprietà spiacevole: il degrado dei LED, più inerente ai LED bianchi e blu: dopo un po ', la luminosità del bagliore diventa abbastanza insignificante, anche se la corrente attraverso il LED scorre abbastanza, a livello nominale.
Questo non vuol dire che non brilla affatto, il bagliore è appena percettibile, ma questa non è più una torcia. Se alla degradazione della corrente nominale si verifica non prima di dopo un anno di luminescenza continua, quindi ad alta corrente, questo fenomeno è prevedibile in mezz'ora. Questa inclusione del LED dovrebbe essere chiamata male.
Un tale schema può essere spiegato solo dal desiderio di risparmiare su un resistore, saldatura e costi di manodopera, che, con una massiccia scala di produzione, è apparentemente giustificato. Inoltre, un accendino o un portachiavi è una cosa economica e unica: il gas si è esaurito o la batteria si è esaurita - hanno semplicemente gettato via il souvenir.
Figura 2. Lo schema è errato, ma è usato abbastanza spesso.
Esistono cose molto interessanti (ovviamente, per caso) se, con un tale schema, il LED è collegato a un alimentatore con una tensione di uscita di 12V e una corrente di almeno 3A: si verifica un lampo accecante, un rumore abbastanza forte, si sente fumo e rimane un odore soffocante. Quindi ricordo questa parabola: “È possibile guardare il Sole attraverso un telescopio? Sì, ma solo due volte. Una volta con l'occhio sinistro, l'altro con il destro. " A proposito, il collegamento di un LED senza un resistore limitante è l'errore più comune tra i principianti e vorrei avvertirlo.
Per correggere questa situazione, prolungare la durata del LED, il circuito dovrebbe essere leggermente modificato.
Figura 3. Buona disposizione, corretta.
È un tale schema che dovrebbe essere considerato buono o corretto. Per verificare se il valore della resistenza R1 è indicato correttamente, è possibile utilizzare la formula mostrata nella Figura 1. Partiamo dal presupposto che la caduta di tensione sul LED 2 V, corrente 20 mA, tensione 3 V dovuta all'uso di batterie a due dita.
In generale, non devi sforzarti di limitare la corrente al livello massimo consentito di 20 mA, puoi alimentare il LED con una corrente inferiore, beh, almeno un milliamp 15 ... 18. In questo caso, ci sarà una leggera diminuzione della luminosità, che l'occhio umano, a causa delle caratteristiche del dispositivo, non noterà affatto, ma la durata del LED aumenterà in modo significativo.
Un altro esempio di LED mal accesi può essere trovato in varie torce, già più potenti di portachiavi e accendini. In questo caso, un certo numero di LED, a volte piuttosto grandi, sono semplicemente collegati in parallelo e anche senza un resistore limitante, che funge nuovamente da resistenza interna della batteria.Tali torce abbastanza spesso vengono riparate proprio a causa del burnout dei LED.
Figura 4. Schema elettrico assolutamente errato.
Sembrerebbe che la situazione mostrata nella Figura 5 possa correggere la situazione: solo un resistore e, sembrerebbe, le cose sono migliorate.
Figura 5. Questo è già un po 'meglio.
Ma tale inclusione aiuterà un po '. Il fatto è che in natura non è semplicemente possibile trovare due identici dispositivi a semiconduttore. Ecco perché, ad esempio, i transistor dello stesso tipo hanno guadagni diversi, anche se provengono dallo stesso lotto di produzione. Anche i tiristori e i triac sono diversi. Alcuni si aprono facilmente, mentre altri sono così pesanti che devono essere abbandonati. Lo stesso si può dire dei LED: due assolutamente identici, in particolare tre o un intero gruppo, è semplicemente impossibile da trovare.
Nota sull'argomento. Nel DataSheet per il gruppo LED SMD-5050 (tre LED indipendenti in un alloggiamento), si sconsiglia l'inclusione mostrata nella Figura 5. Ad esempio, a causa della dispersione dei parametri dei singoli LED, la differenza nel loro bagliore può essere evidente. E sembrerebbe, in un caso!
I LED, ovviamente, non hanno alcun guadagno, ma esiste un parametro così importante come la caduta di tensione diretta. E anche se i LED sono presi da un lotto tecnologico, da un pacchetto, semplicemente non ci saranno due identici in esso. Pertanto, la corrente per tutti i LED sarà diversa. Quel LED, in cui la corrente sarà maggiore, e prima o poi supererà il nominale, si accenderà prima di tutti gli altri.
In connessione con questo sfortunato evento, tutta la corrente possibile passerà attraverso i due LED sopravvissuti, superando naturalmente quello nominale. Dopotutto, la resistenza è stata calcolata "per tre", per tre LED. Un'aumentata corrente provocherà un aumento del riscaldamento dei cristalli a LED e anche uno che è "più debole" si brucia. Anche l'ultimo LED non ha altra scelta che seguire l'esempio dei suoi compagni. Si ottiene una tale reazione a catena.
In questo caso, la parola "bruciare" significa semplicemente interrompere il circuito. Ma può succedere che in uno dei LED si verifichi un corto circuito elementare, deviando i restanti due LED. Naturalmente, usciranno sicuramente, anche se sopravviveranno. Con un tale malfunzionamento, il resistore si surriscalda intensamente e, alla fine, può bruciarsi.
Per evitare che ciò accada, il circuito deve essere leggermente modificato: per ogni LED, installare il proprio resistore, che è mostrato in Figura 6.
Figura 6. E così, i LED dureranno a lungo.
Qui, tutto è come richiesto, tutto secondo le regole di progettazione del circuito: la corrente di ciascun LED sarà limitata dalla sua resistenza. In tale circuito, le correnti attraverso i LED sono indipendenti l'una dall'altra.
Ma questa inclusione non provoca molto entusiasmo, poiché il numero di resistori è uguale al numero di LED. Ma vorrei avere più LED e meno resistori. Come essere?
L'uscita da questa situazione è abbastanza semplice. Ogni LED deve essere sostituito da una catena di LED collegati in serie, come mostrato nella Figura 7.
Figura 7. Inclusione parallela di ghirlande.
Il costo di tale miglioramento sarà un aumento della tensione di alimentazione. Se è sufficiente un solo volt per un LED, anche due LED collegati in serie non possono essere accesi da tale tensione. Quindi quale tensione è necessaria per accendere una ghirlanda di LED? O in un altro modo, quanti LED possono essere collegati a una fonte di alimentazione con una tensione, ad esempio 12V?
Nota. Di seguito, il termine "ghirlanda" dovrebbe essere inteso non solo come una decorazione dell'albero di Natale, ma anche come qualsiasi dispositivo di illuminazione a LED in cui i LED sono collegati in serie o in parallelo. La cosa principale è che c'è più di un LED. Una ghirlanda, è anche una ghirlanda in Africa!
Per ottenere una risposta a questa domanda, è sufficiente dividere semplicemente la tensione di alimentazione per la caduta di tensione sul LED. Nella maggior parte dei casi, quando si calcola questa tensione viene presa 2V. Quindi risulta 12/2 = 6.Ma non dimenticare che una parte della tensione deve rimanere per la resistenza di spegnimento, almeno volt 2.
Si scopre che rimangono solo 10 V sui LED e il numero di LED diventa 10/2 = 5. In questo stato di cose, per ottenere una corrente di 20 mA, la resistenza di limitazione deve avere un valore nominale di 2 V / 20 mA = 100 Ohm. La potenza del resistore sarà P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.
Tale calcolo è abbastanza vero se la tensione diretta dei LED nella ghirlanda, come indicato, è 2V. È questo valore che viene spesso preso nei calcoli, come una media. In realtà, questa tensione dipende dal tipo di LED, dal colore del bagliore. Pertanto, quando si calcolano le margherite, è necessario concentrarsi sul tipo di LED. Le cadute di tensione per diversi tipi di LED sono mostrate nella tabella mostrata nella Figura 8.
Figura 8. Caduta di tensione su LED di diversi colori.
Pertanto, con una tensione di alimentazione di 12V, meno la caduta di tensione attraverso la resistenza di limitazione della corrente, è possibile collegare un totale di 10 / 3,7 = 2,77027 LED bianchi. Ma non puoi tagliare un pezzo del LED, quindi solo due LED possono essere collegati. Questo risultato si ottiene se prendiamo il valore massimo della caduta di tensione dalla tabella.
Se sostituiamo 3V nel calcolo, è ovvio che possono essere collegati tre LED. In questo caso, ogni volta devi contare scrupolosamente la resistenza del resistore limitante. Se i LED reali risultano avere una caduta di tensione di 3,7 V, o forse superiore, i tre LED potrebbero non accendersi. Quindi è meglio fermarsi alle due.
Fondamentalmente non importa di che colore saranno i LED, proprio durante il calcolo dovrai tener conto delle diverse cadute di tensione a seconda del colore dei LED. La cosa principale è che sono progettati per una corrente. È impossibile assemblare una ghirlanda consecutiva di LED, alcuni dei quali hanno una corrente di 20 mA e un'altra parte di 10 milliampere.
È chiaro che a una corrente di 20 mA, i LED con una corrente nominale di 10 mA si esauriranno semplicemente. Se limiti la corrente a 10 mA, allora 20 milliampere non si illumineranno intensamente, come in un interruttore con un LED: puoi vedere di notte, non nel pomeriggio.
Per semplificare la vita a se stessi, i radioamatori sviluppano vari programmi di calcolatrice che facilitano tutti i tipi di calcoli di routine. Ad esempio, programmi per il calcolo di induttanze, filtri di vario tipo, stabilizzatori di corrente. Esiste un tale programma per il calcolo di ghirlande a LED. Uno screenshot di tale programma è mostrato nella Figura 9.
Figura 9. Schermata del programma "Calculation_resistance_resistor_Ledz_".
Il programma funziona senza installazione nel sistema, devi solo scaricarlo e usarlo. Tutto è così semplice e chiaro che non è richiesta alcuna spiegazione per lo screenshot. Naturalmente, tutti i LED devono essere dello stesso colore e con la stessa corrente.
Vedi anche da un precedentemente pubblicato sul sito: Come collegare il LED alla rete di illuminazione
I resistori di limite sono, ovviamente, buoni. Ma solo quando si saprà che questa ghirlanda sarà alimentata da fonte stabilizzata DC 12V e la corrente attraverso i LED non supererà il valore calcolato. E se non ci fosse semplicemente una sorgente con una tensione di 12V?
Tale situazione può verificarsi, ad esempio, in un camion con una tensione di rete di 24 V a bordo. Per uscire da questa situazione di crisi, uno stabilizzatore di corrente aiuterà, ad esempio, "SSC0018 - Stabilizzatore di corrente regolabile 20..600mA". Il suo aspetto è mostrato nella Figura 10. Tale dispositivo può essere acquistato nei negozi online. Il prezzo del problema è di 140 ... 300 rubli: tutto dipende dall'immaginazione e dall'arroganza del venditore.
Figura 10. Regolatore di corrente regolabile SSC0018
Le specifiche dello stabilizzatore sono mostrate nella Figura 11.
Figura 11. Caratteristiche tecniche dell'attuale stabilizzatore SSC0018
Inizialmente, lo stabilizzatore di corrente SSC0018 è stato sviluppato per l'uso in apparecchi di illuminazione a LED, ma può anche essere utilizzato per caricare batterie di piccole dimensioni. L'uso di SSC0018 è abbastanza semplice.
La resistenza di carico all'uscita dello stabilizzatore di corrente può essere zero, è possibile semplicemente cortocircuitare i terminali di uscita. Dopotutto, gli stabilizzatori e le fonti attuali non hanno paura dei cortocircuiti. In questo caso, la corrente di uscita verrà valutata. Bene, se si imposta 20 mA, così sarà.
Da quanto precede, possiamo concludere che un milliamperometro di corrente continua può essere collegato direttamente all'uscita dello stabilizzatore di corrente. Tale connessione dovrebbe essere avviata dal limite di misurazione più grande, perché nessuno sa quale corrente è regolata lì. Quindi, basta ruotare la resistenza di sintonizzazione per impostare la corrente richiesta. In questo caso, ovviamente, non dimenticare di collegare lo stabilizzatore di corrente SSC0018 all'alimentazione. La Figura 12 mostra lo schema elettrico SSC0018 per l'alimentazione dei LED collegati in parallelo.
Figura 12. Collegamento per l'alimentazione dei LED collegati in parallelo
Tutto qui è chiaro dal diagramma. Per quattro LED con una corrente di consumo di 20 mA, ogni uscita dello stabilizzatore deve essere impostata su una corrente di 80 mA. In questo caso, all'ingresso dello stabilizzatore SSC0018, è necessaria un po 'più di tensione rispetto alla caduta di tensione su un LED, come menzionato sopra. Naturalmente, è adatta una tensione più grande, ma ciò porterà solo a un ulteriore riscaldamento del chip stabilizzatore.
Nota. Se, per limitare la corrente con un resistore, la tensione della fonte di alimentazione dovesse superare leggermente la tensione totale sui LED, solo due volt, quindi per il normale funzionamento dello stabilizzatore di corrente SSC0018 questo eccesso dovrebbe essere leggermente superiore. Non meno di 3 ... 4 V, altrimenti l'elemento di regolazione dello stabilizzatore semplicemente non si aprirà.
La Figura 13 mostra il collegamento dello stabilizzatore SSC0018 quando si utilizza una ghirlanda di diversi LED collegati in serie.
Figura 13. Alimentazione di una stringa seriale tramite lo stabilizzatore SSC0018
La figura è tratta dalla documentazione tecnica, quindi proviamo a calcolare il numero di LED nella ghirlanda e la tensione costante richiesta dall'alimentazione.
La corrente indicata sul diagramma, 350 mA, ci consente di concludere che la ghirlanda è assemblata da potenti LED bianchi, perché, come menzionato sopra, lo scopo principale dello stabilizzatore SSC0018 sono le fonti di illuminazione. La caduta di tensione attraverso il LED bianco è compresa tra 3 ... 3,7 V. Per il calcolo, dovresti prendere il valore massimo di 3,7 V.
La tensione di ingresso massima dello stabilizzatore SSC0018 è 50V. Sottraendo da questo valore di 5 V, necessario per lo stabilizzatore stesso, rimane 45 V. Questa tensione può essere "illuminata" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LED. Ovviamente, questo dovrebbe essere arrotondato a 12.
Il numero di LED potrebbe essere inferiore. Quindi la tensione di ingresso dovrà essere ridotta (mentre la corrente di uscita non cambierà, rimarrà 350mA come è stata regolata), perché dovrei fornire da 50 V a 3 LED, anche potenti? Una tale derisione può finire in un fallimento, perché i potenti LED non sono affatto economici. Quale tensione sarà necessaria per collegare tre potenti LED?
Stabilizzatore di corrente regolabile Il dispositivo SSC0018 è abbastanza buono. Ma l'intera domanda è: è sempre necessaria? E il prezzo del dispositivo è alquanto confuso. Quale può essere la via d'uscita da questa situazione? È tutto molto semplice. Un eccellente regolatore di corrente è ottenuto da stabilizzatori di tensione integrati, ad esempio la serie 78XX o LM317.
Per creare un tale stabilizzatore di corrente basato su uno stabilizzatore di tensione, sono necessarie solo 2 parti. In realtà lo stabilizzatore stesso e un singolo resistore, la cui resistenza e potenza aiuteranno a calcolare il programma StabDesign, uno screenshot del quale è mostrato nella Figura 14.
immagine 14. Il calcolo dello stabilizzatore attuale usando il programma StabDesign.
Il programma non richiede spiegazioni speciali. Nel menu a discesa Tipo, viene selezionato il tipo di stabilizzatore, nella riga I viene impostata la corrente richiesta e viene premuto il pulsante Calcola. Il risultato è la resistenza del resistore R1 e la sua potenza. Nella figura, il calcolo è stato eseguito per una corrente di 20 mA.Questo è il caso in cui i LED sono collegati in serie. Per una connessione parallela, la corrente viene calcolata nello stesso modo mostrato nella Figura 12.
La ghirlanda a LED è collegata al posto del resistore Rн, a simboleggiare il carico dello stabilizzatore di corrente. È anche possibile collegare un solo LED. In questo caso, il catodo è collegato a un filo comune e l'anodo al resistore R1.
La tensione di ingresso dello stabilizzatore di corrente considerato è nell'intervallo di 15 ... 39 V, poiché viene utilizzato lo stabilizzatore 7812 con una tensione di stabilizzazione di 12V.
Sembrerebbe che questa sia la fine della storia dei LED. Ma ci sono anche strisce LED, che saranno discusse nel prossimo articolo.
Continuazione dell'articolo: Applicazione di strisce LED
Boris Aladyshkin
Vedi anche su electro-it.tomathouse.com
: