Den vigtigste parameter, der påvirker LED'ens levetid, er den elektriske strøm, hvis værdi er strengt reguleret for hver type LED-element. En almindelig måde at begrænse den maksimale strøm på er at bruge en begrænsningsmodstand. Modstanden til LED'en kan beregnes uden komplicerede beregninger baseret på Ohm's lov ved hjælp af de tekniske værdier for dioden og kredsløbsspændingen.
Indhold
Egenskaber ved LED-forbindelse
De lysemitterende elementer fungerer efter samme princip som ensretterdioder, men har dog særlige kendetegn. De vigtigste af disse er:
- Ekstremt negativ følsomhed over for omvendt polaritetsspænding. En LED i et kredsløb, der ikke har den korrekte polaritet, vil svigte næsten øjeblikkeligt.
- Et snævert område af tilladte driftsstrømme gennem p-n-forbindelsen.
- Afhængigheden af forbindelsesmodstanden af temperaturen, som er en egenskab ved de fleste halvlederelementer.
Det sidste punkt bør diskuteres mere detaljeret, da det er det vigtigste for beregningen af slukningsmodstanden. Dokumentationen af de strålende elementer angiver det tilladte område af nominel strøm, hvor de bevarer deres ydeevne og giver de specificerede strålingsegenskaber. En undervurdering af værdien er ikke fatal, men vil resultere i en vis reduktion af lysstyrken. Fra en vis grænseværdi stopper strømmen gennem krydset, og der vil ikke være nogen luminescens.
Overskridelse af strømmen fører i første omgang til en stigning i luminositeten, men levetiden reduceres drastisk. En yderligere forøgelse fører til, at elementet svigter. Valget af en modstand til en LED har således til formål at begrænse den maksimalt tilladte strøm under værst tænkelige forhold.
Spændingen ved halvlederovergangen er begrænset af de fysiske processer ved overgangen og ligger i et snævert område på ca. 1-2 V. De 12-volts lysdioder, der ofte er monteret i biler, kan indeholde en kæde af serieforbundne elementer eller et begrænsningskredsløb, der indgår i konstruktionen.
Hvorfor har du brug for en modstand til en LED?
At bruge en begrænsningsmodstand til at tænde LED'en er ikke den mest effektive, men den nemmeste og billigste løsning til at begrænse strømmen inden for de tilladte grænser. Kredsløsninger, der kan stabilisere strømmen i emitterkredsløbet med høj nøjagtighed, er ret vanskelige at efterligne, og standardløsninger er meget dyre.
Brugen af modstande gør det muligt at lave belysning og belysning internt. Det vigtigste er at vide, hvordan man bruger måleinstrumenter og minimale loddefærdigheder. En velkonstrueret begrænser, der tager højde for mulige tolerancer og temperaturudsving, sikrer, at LED'erne fungerer korrekt i hele deres levetid til en minimal omkostning.
Parallel- og serieforbindelse af LED'er
For at kombinere parametrene for strømkredsløb og LED-ydelse er der udbredt serie- og parallelforbindelse af flere elementer. Hver type forbindelse har fordele og ulemper.
Parallelforbindelse
Fordelen ved denne type forbindelse er, at der kun anvendes én begrænser pr. kredsløb. Det skal nævnes, at denne fordel er den eneste, og derfor er parallelforbindelse næsten uhørt, undtagen for lavkvalitets industriprodukter. Ulemperne er som følger:
- Strømafgivelsen på det begrænsende element stiger proportionalt med antallet af LED'er, der er parallelforbundet.
- Variationen i elementparametrene fører til en ujævn strømfordeling.
- Hvis en af emitterne brænder ud, fører det til en lavineagtig fejl i alle de andre på grund af det øgede spændingsfald over den gruppe, der er parallelforbundet.
En forbindelse, hvor strømmen gennem hvert strålende element begrænses af en separat modstand, øger ydeevnen noget. Mere præcist er det en parallelforbindelse af individuelle kredsløb bestående af lysdioder med begrænsningsmodstande. Den største fordel er større pålidelighed, da fejl på et eller flere elementer ikke har nogen indvirkning på driften af de andre.
Ulempen er, at lysstyrken af de enkelte elementer kan variere meget på grund af variationer i LED'erne og den teknologiske tolerance af modstandsklassificeringen. Et sådant kredsløb indeholder et stort antal radioelementer.
Parallelforbindelse med individuelle begrænsere anvendes i lavspændingskredsløb med udgangspunkt i et minimalt spændingsfald over p-n-forbindelsen.
Serieforbindelse
Serieforbindelse af strålingselementer er blevet den mest udbredte, fordi den indlysende fordel ved et seriekredsløb er den absolutte lighed af den strøm, der løber gennem hvert element. Da strømmen gennem den enkelte afslutningsmodstand og gennem dioden er den samme, vil strømforbruget være minimalt.
En væsentlig ulempe - hvis blot et enkelt element svigter, vil hele kæden blive ubrugelig. Serieforbindelsen kræver en højere spænding, hvis minimumsværdi stiger i forhold til antallet af tilsluttede elementer.
Blandet tilstand
Det er muligt at anvende et stort antal emittere ved at lave en blandet forbindelse, bruge flere parallelle kæder og forbinde en begrænsningsmodstand og flere lysdioder i serie.
Hvis et af elementerne brænder ud, vil kun den ene kreds, hvori elementet er installeret, ikke fungere. De andre vil fungere korrekt.
Formler til beregning af modstande
Beregning af modstandsresistens for LED'er er baseret på Ohm's lov. Indgangsparametrene for beregning af modstanden for en LED er:
- kredsløbsspænding;
- LED'ens driftstrøm;
- er spændingsfaldet over den emitterende diode (forsyningsspænding til LED'en).
Modstandsværdien bestemmes ud fra udtrykket:
R = U/I,
hvor U er spændingsfaldet over modstanden og I er jævnstrømmen gennem LED'en.
LED'ens spændingsfald bestemmes ud fra udtrykket:
U = Upit - Usv,
hvor Upit er kredsløbsspændingen og Uc er det nominelle spændingsfald over den afgivende diode.
Beregning af LED'en for en modstand giver en modstandsværdi, som ikke ligger inden for standardværdierne. Tag den modstand med den modstand, der ligger tættest på den beregnede værdi på den største side. På denne måde tages der højde for en eventuel spændingsstigning. Det er bedre at tage den næste værdi i modstandsserien. Dette vil reducere strømmen gennem dioden en smule og reducere lysstyrken af gløden, men vil ophæve enhver ændring i forsyningsspændingen og diodens modstand (f.eks. på grund af temperaturændringer).
Før modstandsværdien vælges, skal den mulige reduktion i strøm og lysstyrke i forhold til den indstillede værdi vurderes ved hjælp af formlen:
(R - Rst)R-100%.
Hvis den resulterende værdi er mindre end 5 %, skal du vælge en højere modstand, hvis den er mellem 5 og 10 %, kan du begrænse dig til en mindre modstand.
En lige så vigtig parameter, som påvirker driftssikkerheden, er strømforbruget i det strømbegrænsende element. Den strøm, der løber gennem en modstandsdel, får den til at varme op. Formlen til bestemmelse af den effekt, der skal afgives, anvendes:
P = U-U/R
Der anvendes en begrænsningsmodstand, hvis tilladte effekttab vil overstige den beregnede værdi.
Eksempel:
En LED har et spændingsfald på 1,7 V og en nominel strømstyrke på 20 mA. Den skal være tilsluttet et 12 V-kredsløb.
Spændingsfaldet over den begrænsende modstand er:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Modstandens modstand:
R = 10,3/0,02 = 515 ohm.
Den nærmeste højere værdi i standardområdet er 560 Ohm. Ved denne værdi er strømfaldet fra referencen lidt mindre end 10 %, så en højere værdi er ikke nødvendig.
Strømafgivelse i watt:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Der kan derfor anvendes et element med en tilladt effekttab på 0,25 W til dette kredsløb.
Ledningsføring af LED-strips
LED-strips fås med forskellige forsyningsspændinger. Strimlen har et kredsløb af dioder i serie. Antallet af dioder og modstanden af afslutningsmodstandene afhænger af båndets forsyningsspænding.
De mest almindelige typer LED-strips er beregnet til tilslutning til et kredsløb med en spænding på 12 V. Her er det også muligt at anvende en højere spænding til drift. For at kunne beregne modstandene korrekt er det nødvendigt at kende den strøm, der strømmer gennem et enkelt båndstykke.
En forøgelse af båndets længde medfører en proportional forøgelse af strømmen, fordi de mindste sektioner teknologisk set er parallelt forbundet. Hvis f.eks. minimumslængden af en sektion er 50 cm, vil en strimmel på 5 m med 10 sådanne sektioner have et 10 gange større strømforbrug.
Relaterede artikler:
