Η κύρια παράμετρος που επηρεάζει τη διάρκεια ζωής των LED είναι το ηλεκτρικό ρεύμα, η τιμή του οποίου ρυθμίζεται αυστηρά για κάθε τύπο στοιχείου LED. Ένας συνηθισμένος τρόπος για τον περιορισμό του μέγιστου ρεύματος είναι η χρήση μιας αντίστασης περιορισμού. Η αντίσταση για τη λυχνία LED μπορεί να υπολογιστεί χωρίς πολύπλοκους υπολογισμούς με βάση το νόμο του Ohm, χρησιμοποιώντας τις τεχνικές τιμές της διόδου και την τάση του κυκλώματος.
Περιεχόμενα
Χαρακτηριστικά της σύνδεσης LED
Λειτουργούν με την ίδια αρχή όπως οι ανορθωτικές δίοδοι, τα στοιχεία εκπομπής φωτός έχουν ωστόσο διακριτικά χαρακτηριστικά. Τα πιο σημαντικά από αυτά είναι:
- Εξαιρετικά αρνητική ευαισθησία σε τάσεις αντίστροφης πολικότητας. Μια λυχνία LED σε ένα κύκλωμα που δεν έχει τη σωστή πολικότητα θα αποτύχει σχεδόν αμέσως.
- Στενό εύρος επιτρεπόμενου ρεύματος λειτουργίας στην επαφή p-n.
- Η εξάρτηση της αντίστασης σύνδεσης από τη θερμοκρασία, η οποία είναι χαρακτηριστικό των περισσότερων ημιαγωγών.
Το τελευταίο σημείο θα πρέπει να συζητηθεί λεπτομερέστερα, καθώς είναι το κύριο για τον υπολογισμό της αντίστασης απόσβεσης. Η τεκμηρίωση των στοιχείων ακτινοβολίας καθορίζει το επιτρεπόμενο εύρος του ονομαστικού ρεύματος στο οποίο διατηρούν την απόδοσή τους και παρέχουν τα καθορισμένα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας. Η υποεκτίμηση της τιμής δεν είναι μοιραία, αλλά θα οδηγήσει σε κάποια μείωση της φωτεινότητας. Από μια ορισμένη οριακή τιμή, η ροή ρεύματος μέσω της σύνδεσης θα σταματήσει και δεν θα υπάρχει φωταύγεια.
Η υπέρβαση του ρεύματος οδηγεί αρχικά σε αύξηση της φωτεινότητας, αλλά ο χρόνος ζωής μειώνεται δραστικά. Περαιτέρω αύξηση οδηγεί στην αστοχία του στοιχείου. Έτσι, η επιλογή μιας αντίστασης για μια λυχνία LED αποσκοπεί στον περιορισμό του μέγιστου επιτρεπόμενου ρεύματος σε συνθήκες χειρότερης περίπτωσης.
Η τάση στην ένωση ημιαγωγών περιορίζεται από τις φυσικές διεργασίες στην ένωση και κυμαίνεται σε ένα στενό εύρος περίπου 1-2V. Οι δίοδοι εκπομπής φωτός 12 volt που συχνά τοποθετούνται στα αυτοκίνητα μπορεί να περιέχουν μια αλυσίδα στοιχείων συνδεδεμένων σε σειρά ή ένα κύκλωμα περιορισμού που περιλαμβάνεται στη σχεδίαση.
Γιατί χρειάζεστε μια αντίσταση για μια λυχνία LED;
Η χρήση μιας αντίστασης περιορισμού για την ενεργοποίηση της λυχνίας LED δεν είναι η πιο αποτελεσματική, αλλά η ευκολότερη και φθηνότερη λύση για τον περιορισμό του ρεύματος εντός των επιτρεπτών ορίων. Οι κυκλωματικές λύσεις που μπορούν να σταθεροποιήσουν το ρεύμα στο κύκλωμα εκπομπού με μεγάλη ακρίβεια είναι αρκετά δύσκολο να αναπαραχθούν και οι έτοιμες λύσεις είναι πολύ ακριβές.
Η χρήση των αντιστάσεων καθιστά δυνατή τη φωτογράφηση και τον φωτισμό στο εσωτερικό της επιχείρησης. Το κλειδί είναι να γνωρίζετε πώς να χρησιμοποιείτε όργανα μέτρησης και ελάχιστες δεξιότητες συγκόλλησης. Ένας καλά σχεδιασμένος περιοριστής, λαμβάνοντας υπόψη τις πιθανές ανοχές και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, θα εξασφαλίσει ότι οι λυχνίες LED θα λειτουργούν σωστά καθ' όλη τη διάρκεια της αναφερόμενης διάρκειας ζωής τους με το ελάχιστο δυνατό κόστος.
Παράλληλη και σειριακή σύνδεση LED
Προκειμένου να συνδυαστούν οι παράμετροι των κυκλωμάτων ισχύος και η απόδοση των LED είναι ευρέως διαδεδομένη η σειριακή και η παράλληλη σύνδεση διαφόρων στοιχείων. Κάθε τύπος σύνδεσης έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Παράλληλη σύνδεση
Το πλεονέκτημα αυτού του τύπου σύνδεσης είναι η χρήση ενός μόνο περιοριστή ανά κύκλωμα. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι αυτό το πλεονέκτημα είναι το μοναδικό, επομένως, η παράλληλη σύνδεση είναι σχεδόν άγνωστη, εκτός από βιομηχανικά προϊόντα χαμηλής ποιότητας. Τα μειονεκτήματα είναι τα εξής:
- Η απώλεια ισχύος στο στοιχείο περιορισμού αυξάνεται αναλογικά με τον αριθμό των LED που είναι συνδεδεμένες παράλληλα.
- Η διακύμανση των παραμέτρων των στοιχείων οδηγεί σε ανομοιόμορφη κατανομή του ρεύματος.
- Η εξουθένωση ενός από τους εκπομπούς οδηγεί σε βλάβη σαν χιονοστιβάδα όλων των άλλων λόγω της αυξημένης πτώσης τάσης στην ομάδα που είναι συνδεδεμένη παράλληλα.
Μια σύνδεση όπου το ρεύμα μέσω κάθε στοιχείου ακτινοβολίας περιορίζεται από ξεχωριστή αντίσταση αυξάνει κάπως την απόδοση. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για μια παράλληλη σύνδεση μεμονωμένων κυκλωμάτων που αποτελούνται από λυχνίες LED με αντιστάσεις περιορισμού. Το κύριο πλεονέκτημα είναι η μεγαλύτερη αξιοπιστία, καθώς η βλάβη ενός ή περισσότερων στοιχείων δεν επηρεάζει τη λειτουργία των άλλων.
Το μειονέκτημα είναι ότι η φωτεινότητα των επιμέρους στοιχείων μπορεί να διαφέρει σημαντικά λόγω των παραλλαγών στις λυχνίες LED και της τεχνολογικής ανοχής της ονομαστικής αντίστασης. Ένα τέτοιο κύκλωμα περιέχει μεγάλο αριθμό ραδιοσυσκευών.
Η παράλληλη σύνδεση με μεμονωμένους περιοριστές χρησιμοποιείται σε κυκλώματα χαμηλής τάσης ξεκινώντας από μια ελάχιστη πτώση τάσης στην ένωση p-n.
Σύνδεση σειράς
Η σύνδεση σε σειρά των στοιχείων ακτινοβολίας έχει γίνει η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη, επειδή το προφανές πλεονέκτημα ενός κυκλώματος σειράς είναι η απόλυτη ισότητα του ρεύματος που διαρρέει κάθε στοιχείο. Δεδομένου ότι το ρεύμα μέσω της μονής αντίστασης τερματισμού και μέσω της διόδου είναι το ίδιο, η απώλεια ισχύος θα είναι ελάχιστη.
Ένα σημαντικό μειονέκτημα - η αστοχία έστω και ενός στοιχείου θα καταστήσει ολόκληρη την αλυσίδα μη λειτουργική. Η σύνδεση σε σειρά απαιτεί υψηλότερη τάση, η ελάχιστη τιμή της οποίας αυξάνεται ανάλογα με τον αριθμό των συνδεδεμένων στοιχείων.
Μικτή λειτουργία
Η χρήση μεγάλου αριθμού πομπών είναι δυνατή με την πραγματοποίηση μικτής σύνδεσης, τη χρήση πολλών παράλληλων αλυσίδων και τη σύνδεση μιας αντίστασης περιορισμού και πολλών λυχνιών LED σε σειρά.
Το κάψιμο ενός από τα στοιχεία θα έχει ως αποτέλεσμα να μη λειτουργεί μόνο ένα κύκλωμα στο οποίο είναι εγκατεστημένο το στοιχείο. Τα υπόλοιπα θα λειτουργούν κανονικά.
Τύποι υπολογισμού αντιστάσεων
Ο υπολογισμός της αντίστασης των LED βασίζεται στο νόμο του Ohm. Οι παράμετροι εισόδου για τον τρόπο υπολογισμού της αντίστασης για ένα LED είναι:
- τάση κυκλώματος,
- το ρεύμα λειτουργίας της λυχνίας LED,
- είναι η πτώση τάσης στη δίοδο εκπομπής (τάση τροφοδοσίας της λυχνίας LED).
Η τιμή της αντίστασης προσδιορίζεται από την έκφραση:
R = U/I,
όπου U είναι η πτώση τάσης στον αντιστάτη και I είναι το συνεχές ρεύμα που διαρρέει τη λυχνία LED.
Η πτώση τάσης του LED προσδιορίζεται από την έκφραση:
U = Upit - Usv,
όπου Upit είναι η τάση του κυκλώματος και Uc είναι η ονομαστική πτώση τάσης στη δίοδο εκπομπής.
Ο υπολογισμός του LED για έναν αντιστάτη δίνει μια τιμή αντίστασης που δεν θα είναι στο τυπικό εύρος τιμών. Πάρτε τον αντιστάτη με την αντίσταση που βρίσκεται πιο κοντά στην υπολογισμένη τιμή στη μεγαλύτερη πλευρά. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνεται υπόψη μια πιθανή αύξηση της τάσης. Είναι προτιμότερο να πάρετε την επόμενη τιμή στη σειρά αντιστάσεων. Αυτό θα μειώσει ελαφρώς το ρεύμα μέσω της διόδου και θα μειώσει τη φωτεινότητα της λάμψης, αλλά θα εξουδετερώσει οποιαδήποτε αλλαγή στην τάση τροφοδοσίας και την αντίσταση της διόδου (π.χ. λόγω αλλαγής της θερμοκρασίας).
Πριν από την επιλογή της τιμής της αντίστασης, θα πρέπει να εκτιμηθεί η πιθανή μείωση του ρεύματος και της φωτεινότητας σε σύγκριση με τη ρυθμισμένη τιμή χρησιμοποιώντας τον τύπο:
(R - Rst)R-100%.
Εάν η τιμή που προκύπτει είναι μικρότερη από 5%, θα πρέπει να πάρετε μια μεγαλύτερη αντίσταση, εάν από 5 έως 10%, μπορείτε να περιοριστείτε σε μια μικρότερη.
Μια εξίσου σημαντική παράμετρος που επηρεάζει την αξιοπιστία της λειτουργίας είναι η απώλεια ισχύος του στοιχείου περιορισμού ρεύματος. Το ρεύμα που ρέει μέσα από ένα τμήμα αντίστασης θα προκαλέσει τη θέρμανσή του. Χρησιμοποιείται ο τύπος για τον προσδιορισμό της ισχύος που πρέπει να απορριφθεί:
P = U-U/R
Χρησιμοποιείται μια περιοριστική αντίσταση της οποίας η επιτρεπόμενη απορρόφηση ισχύος θα υπερβαίνει την υπολογισμένη τιμή.
Παράδειγμα:
Μια λυχνία LED έχει πτώση τάσης 1,7 V και ονομαστικό ρεύμα 20 mA. Πρέπει να συνδεθεί σε κύκλωμα 12 V.
Η πτώση τάσης στον περιοριστικό αντιστάτη είναι:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Αντίσταση του αντιστάτη:
R = 10,3/0,02 = 515 Ω.
Η πλησιέστερη υψηλότερη τιμή στην τυπική περιοχή είναι 560 Ω. Σε αυτή την τιμή η πτώση ρεύματος από την αναφορά είναι λίγο μικρότερη από 10%, οπότε δεν υπάρχει λόγος να πάρετε μεγαλύτερη τιμή.
Απώλεια ισχύος σε Watt:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Συνεπώς, για το κύκλωμα αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα στοιχείο με επιτρεπόμενη απώλεια ισχύος 0,25 W.
Καλωδίωση ταινιών LED
Οι ταινίες LED διατίθενται σε διαφορετικές τάσεις τροφοδοσίας. Η λωρίδα έχει ένα κύκλωμα διόδων σε σειρά. Ο αριθμός των διόδων και η αντίσταση των αντιστάσεων τερματισμού εξαρτώνται από την τάση τροφοδοσίας της ταινίας.
Οι πιο συνηθισμένοι τύποι ταινιών LED είναι σχεδιασμένοι για σύνδεση σε κύκλωμα με τάση 12 V. Η χρήση υψηλότερης τάσης για τη λειτουργία είναι επίσης δυνατή εδώ. Για να υπολογιστούν σωστά οι αντιστάσεις, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε το ρεύμα που διαρρέει ένα ενιαίο τμήμα της κορδέλας.
Η αύξηση του μήκους της ταινίας προκαλεί ανάλογη αύξηση του ρεύματος επειδή τα ελάχιστα τμήματα συνδέονται τεχνολογικά παράλληλα. Για παράδειγμα, εάν το ελάχιστο μήκος ενός τμήματος είναι 50 cm, τότε μια λωρίδα 5 m από 10 τέτοια τμήματα θα έχει 10 φορές αυξημένη κατανάλωση ρεύματος.
Σχετικά άρθρα:
