A LED élettartamát befolyásoló fő paraméter az elektromos áram, amelynek értéke minden egyes LED-elem típusnál szigorúan szabályozott. A maximális áram korlátozásának egyik gyakori módja egy korlátozó ellenállás használata. A LED ellenállása bonyolult számítások nélkül, Ohm törvénye alapján, a dióda műszaki értékeinek és az áramkör feszültségének felhasználásával kiszámítható.
Tartalomjegyzék
A LED csatlakozás jellemzői
Az egyenirányító diódákkal azonos elven működnek, a fénykibocsátó elemeknek azonban vannak sajátos tulajdonságaik. Ezek közül a legfontosabbak a következők:
- Rendkívül negatív érzékenység a fordított polaritású feszültségekkel szemben. A nem megfelelő polaritású LED egy áramkörben szinte azonnal meghibásodik.
- A p-n átmenő megengedett üzemi áram szűk tartománya.
- Az átmenet ellenállásának függése a hőmérséklettől, ami a legtöbb félvezető elem jellemzője.
Az utolsó pontot részletesebben kell tárgyalni, mivel ez a fő szempont az oltóellenállás kiszámítása szempontjából. A sugárzó elemek dokumentációja meghatározza a névleges áramnak azt a megengedett tartományát, amely mellett azok megőrzik teljesítményüket és biztosítják a meghatározott sugárzási jellemzőket. Az érték alulbecslése nem végzetes, de a fényerő némi csökkenését eredményezi. Egy bizonyos határértéktől kezdve az áramáramlás az átmenetben megszűnik, és nem lesz lumineszcencia.
Az áram túllépése kezdetben a fényerősség növekedéséhez vezet, de az élettartam drasztikusan csökken. A további növekedés az elem meghibásodásához vezet. Így a LED-hez való ellenállás kiválasztásának célja a legrosszabb körülmények között megengedhető maximális áram korlátozása.
A félvezető átmenetnél a feszültséget az átmenetben lejátszódó fizikai folyamatok korlátozzák, és az egy szűk, körülbelül 1-2V-os tartományban van. Az autókba gyakran beszerelt 12 voltos fénykibocsátó diódák tartalmazhatnak sorba kapcsolt elemek láncolatát vagy a konstrukcióban szereplő korlátozó áramkört.
Miért van szükség ellenállásra a LED-hez?
A LED bekapcsolásához egy korlátozó ellenállás használata nem a leghatékonyabb, de a legegyszerűbb és legolcsóbb megoldás az áram megengedett határokon belüli korlátozására. Az emitteráramkörben az áramot nagy pontossággal stabilizálni képes áramköri megoldásokat meglehetősen nehéz megismételni, és a készen kapható megoldások nagyon drágák.
Az ellenállások használata lehetővé teszi a világítás és a megvilágítás házon belüli kivitelezését. A kulcs a mérőműszerek használatának ismerete és minimális forrasztási készség. Egy jól megtervezett, a lehetséges tűréseket és hőmérséklet-ingadozásokat figyelembe vevő korlátozó biztosítja, hogy a LED-ek a megadott élettartamuk alatt megfelelően működjenek, minimális költség mellett.
LED-ek párhuzamos és soros kapcsolása
A teljesítményáramkörök paramétereinek és a LED teljesítményének kombinálása érdekében széles körben elterjedt több elem soros és párhuzamos kapcsolása. Mindegyik csatlakozási típusnak megvannak az előnyei és hátrányai.
Párhuzamos csatlakozás
Az ilyen típusú csatlakozás előnye, hogy áramkörönként csak egy korlátozót használnak. Meg kell állapítani, hogy ez az előny az egyetlen, ezért a párhuzamos kapcsolás szinte ismeretlen, kivéve az alacsony minőségű ipari termékek esetében. A hátrányok a következők:
- A korlátozó elem teljesítményvesztesége a párhuzamosan kapcsolt LED-ek számával arányosan nő.
- Az elem paramétereinek változása egyenetlen árameloszláshoz vezet.
- Az egyik emitter kiégése a párhuzamosan kapcsolt csoporton megnövekedett feszültségesés miatt az összes többi emitter lavinaszerű meghibásodásához vezet.
Az olyan kapcsolás, ahol az egyes sugárzó elemeken átfolyó áramot külön ellenállással korlátozzák, némileg növeli a teljesítményt. Pontosabban, ez a LED-ekből és korlátozó ellenállásokból álló egyedi áramkörök párhuzamos kapcsolása. A fő előnye a nagyobb megbízhatóság, mivel egy vagy több elem meghibásodása nem befolyásolja a többi elem működését.
Hátránya, hogy az egyes elemek fényereje nagymértékben változhat a LED-ek eltérései és az ellenállási érték technológiai tűrése miatt. Egy ilyen áramkör nagyszámú rádióelemet tartalmaz.
Az egyedi terminátorokkal történő párhuzamos kapcsolást kisfeszültségű áramkörökben használják, amelyek a p-n átmeneten mért feszültségesés által korlátozott minimális feszültségtől kezdődnek.
Soros csatlakozás
A sugárzó elemek soros kapcsolása vált a legszélesebb körben alkalmazottá, mivel a soros áramkör nyilvánvaló előnye az egyes elemeken átfolyó áram abszolút egyenlősége. Mivel az egyetlen záróellenálláson és a diódán átfolyó áram azonos, a teljesítményveszteség minimális lesz.
Jelentős hátránya - akár egyetlen elem meghibásodása az egész láncot működésképtelenné teszi. A soros kapcsolás magasabb feszültséget igényel, amelynek minimális értéke a csatlakoztatott elemek számával arányosan nő.
Vegyes üzemmód
Nagyszámú emitter használata lehetséges vegyes kapcsolással, több párhuzamos lánc alkalmazásával, valamint egy korlátozó ellenállás és több LED sorba kapcsolásával.
Az egyik elem kiégése azt eredményezi, hogy csak az egyik áramkör nem működik, amelyikbe az elem be van építve. A többi megfelelően fog működni.
Ellenállás számítási képletek
A LED-ek ellenállásának kiszámítása Ohm törvényén alapul. A LED ellenállásának kiszámításához szükséges bemeneti paraméterek a következők:
- áramköri feszültség;
- a LED működési áramát;
- a kibocsátó diódán mért feszültségesés (a LED tápfeszültsége).
Az ellenállás értékét a kifejezésből határozzuk meg:
R = U/I,
ahol U az ellenálláson mért feszültségesés és I a LED-en átfolyó egyenáram.
A LED feszültségesése a kifejezésből határozható meg:
U = Upit - Usv,
ahol Upit az áramköri feszültség és Uc a kibocsátó dióda névleges feszültségesése.
Az ellenállás LED-jének kiszámítása olyan ellenállásértéket ad, amely nem tartozik a szabványos értéktartományba. Vegye azt az ellenállást, amelynek ellenállása a számított értékhez legközelebb áll a nagyobbik oldalon. Ily módon figyelembe veszik az esetleges feszültségnövekedést. Jobb, ha az ellenállás-sorozat következő értékét vesszük. Ez némileg csökkenti a diódán átfolyó áramot és csökkenti a fényerősséget, de a tápfeszültség és a dióda ellenállásának bármilyen változását (pl. a hőmérsékletváltozás miatt) semmissé teszi.
Az ellenállás értékének kiválasztása előtt a beállított értékhez képest az áram és a fényerő lehetséges csökkenését a képlet segítségével meg kell becsülni:
(R - Rst)R-100%.
Ha a kapott érték kevesebb, mint 5%, akkor nagyobb ellenállást kell választania, ha 5 és 10% között van, akkor korlátozhatja magát egy kisebbre.
Ugyanilyen fontos paraméter, amely befolyásolja a működés megbízhatóságát, az áramkorlátozó elem disszipációjának teljesítménye. Az ellenállásrészen átfolyó áram hatására az felmelegszik. Az eloszlatandó teljesítmény meghatározására a képletet használjuk:
P = U-U/R
Olyan korlátozó ellenállást használnak, amelynek megengedett teljesítményleadása meghaladja a számított értéket.
Példa:
Egy LED feszültségesése 1,7 V, névleges áramerőssége pedig 20 mA. 12 V-os áramkörhöz kell csatlakoztatni.
A feszültségesés a korlátozó ellenálláson:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Az ellenállás ellenállása:
R = 10,3/0,02 = 515 ohm.
A legközelebbi magasabb érték a szabványos tartományban 560 Ohm. Ennél az értéknél az áramesés a referenciához képest valamivel kevesebb, mint 10%, így nagyobb értékre nincs szükség.
Teljesítményleadás wattban:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Ezért ebben az áramkörben egy 0,25 W megengedett disszipációs teljesítményű elem használható.
LED szalagok bekötése
A LED-csíkok különböző tápfeszültségekkel kaphatók. A szalag egy sorba kapcsolt diódákból álló áramkörrel rendelkezik. A diódák száma és a záróellenállások ellenállása a szalag tápfeszültségétől függ.
A LED-csíkok leggyakoribb típusait 12 V-os feszültségű áramkörhöz való csatlakoztatásra tervezték. Itt is lehetséges a magasabb feszültség használata a működéshez. Az ellenállások helyes kiszámításához ismerni kell a szalag egyetlen szakaszán átfolyó áramot.
A szalag hosszának növelése az áram arányos növekedését okozza, mivel a minimális szakaszok technikailag párhuzamosan vannak összekötve. Például, ha egy szakasz minimális hossza 50 cm, akkor egy 5 m hosszú, 10 ilyen szakaszból álló szalag áramfelvétele 10-szeresére nő.
Kapcsolódó cikkek:
