Den viktigaste parametern som påverkar LED:s livslängd är den elektriska strömmen, vars värde är strikt reglerat för varje typ av LED-element. Ett vanligt sätt att begränsa den maximala strömmen är att använda ett begränsningsmotstånd. Motståndet för lysdioden kan beräknas utan komplicerade beräkningar enligt Ohm's lag, med hjälp av de tekniska värdena för diod och kretsens spänning.
Innehåll
Funktioner av LED-anslutning
De ljusemitterande elementen fungerar enligt samma princip som likriktardioder, men har ändå särskilda egenskaper. De viktigaste av dessa är:
- Extremt negativ känslighet för spänningar med omvänd polaritet. En lysdiod i en krets som inte har rätt polaritet kommer att sluta fungera nästan omedelbart.
- Smalt område för tillåten driftström genom p-n-övergången.
- Beroendet av förbindningsmotståndets temperaturberoende, vilket är karakteristiskt för de flesta halvledarelement.
Den sista punkten bör diskuteras närmare, eftersom den är viktigast för beräkningen av släckningsmotståndet. I dokumentationen av de strålande elementen anges det tillåtna intervallet för nominell ström vid vilket de bibehåller sin prestanda och ger de specificerade strålningsegenskaperna. En underskattning av värdet är inte dödlig men leder till en viss minskning av ljusstyrkan. Från och med ett visst gränsvärde upphör strömflödet genom korsningen och det blir ingen luminescens.
Om strömmen överskrids leder det till en ökning av luminositeten, men livslängden minskar drastiskt. En ytterligare ökning leder till att elementet går sönder. Valet av motstånd för en lysdiod syftar alltså till att begränsa den maximalt tillåtna strömmen under värsta möjliga förhållanden.
Spänningen vid halvledarövergången begränsas av de fysikaliska processerna vid övergången och ligger i ett smalt intervall på cirka 1-2 V. De 12-volts lysdioder som ofta monteras i bilar kan innehålla en kedja av seriekopplade element eller en begränsningskrets som ingår i konstruktionen.
Varför behövs det ett motstånd till en lysdiod?
Att använda ett begränsningsmotstånd för att tända lysdioden är inte den mest effektiva, men den enklaste och billigaste lösningen för att begränsa strömmen inom tillåtna gränser. Kretslösningar som kan stabilisera strömmen i emitterkretsen med hög noggrannhet är ganska svåra att kopiera och standardlösningar är mycket dyra.
Användningen av motstånd gör det möjligt att göra belysning och belysning internt. Nyckeln är att veta hur man använder mätinstrument och att ha minimala kunskaper i lödning. En väl utformad begränsare som tar hänsyn till eventuella toleranser och temperaturfluktuationer säkerställer att lysdioderna fungerar korrekt under hela den angivna livslängden till en minimal kostnad.
Parallell- och serieanslutning av lysdioder
För att matcha parametrarna för strömkretsar och LED-prestanda är serie- och parallellkoppling av flera element vanligt förekommande. Varje anslutningstyp har för- och nackdelar.
Parallellanslutning
Fördelen med denna typ av anslutning är att det bara behövs en begränsare per krets. Det bör påpekas att denna fördel är den enda, därför är parallellkoppling nästan obefintlig, förutom för lågkvalitativa industriprodukter. Nackdelarna är följande:
- Effektförlusten i det begränsande elementet ökar i proportion till antalet lysdioder som är parallellt anslutna.
- Variationen i elementparametrarna leder till en ojämn strömfördelning.
- Om en av emitterna brinner ut leder det till ett lavinliknande fel på alla de andra på grund av det ökade spänningsfallet över den grupp som är parallellkopplade.
En anslutning där strömmen genom varje strålningselement begränsas av ett separat motstånd ökar något prestanda. Mer exakt är det en parallellkoppling av enskilda kretsar bestående av lysdioder med begränsningsmotstånd. Den största fördelen är större tillförlitlighet, eftersom fel på en eller flera delar inte påverkar de övriga delarna.
Nackdelen är att ljusstyrkan hos de enskilda elementen kan variera kraftigt på grund av variationerna i lysdioderna och den tekniska toleransen för motståndsklassningen. En sådan krets innehåller ett stort antal radioelement.
Parallellkoppling med enskilda begränsare används i lågspänningskretsar som utgår från ett minimalt spänningsfall över p-n-övergången.
Serieanslutning
Seriekoppling av strålningselement har blivit den mest använda eftersom den uppenbara fördelen med en seriekrets är den absoluta likheten mellan strömmen som flyter genom varje element. Eftersom strömmen genom det enda avslutande motståndet och genom dioden är densamma, blir effektförlusten minimal.
En betydande nackdel - om en enda del av kedjan inte fungerar kan hela kedjan inte fungera. Seriekopplingen kräver en högre spänning, vars minimivärde ökar i proportion till antalet anslutna element.
Blandat läge
Det är möjligt att använda ett stort antal emittrar genom att göra en blandad anslutning, använda flera parallella kedjor och ansluta ett begränsningsmotstånd och flera lysdioder i serie.
Om ett av elementen brinner ut kommer endast den krets som elementet är installerat i att vara ur funktion. De andra fungerar som de ska.
Formler för beräkning av motstånd
Beräkningen av resistansmotståndet för lysdioder baseras på Ohm's lag. Ingångsparametrarna för hur man beräknar motståndet för en lysdiod är:
- kretsens spänning;
- lysdiodens driftström;
- är spänningsfallet över lysdioden (matningsspänning till lysdioden).
Motståndsvärdet bestäms med hjälp av uttrycket:
R = U/I,
där U är spänningsfallet över motståndet och I är likströmmen genom lysdioden.
Lysdiodens spänningsfall bestäms med hjälp av uttrycket:
U = Upit - Usv,
där Upit är kretsens spänning och Uc är det nominella spänningsfallet över den emitterande dioden.
Beräkning av lysdioden för ett motstånd ger ett motståndsvärde som inte ligger inom standardvärdet. Ta det motstånd som ligger närmast det beräknade värdet på den större sidan. På detta sätt tas hänsyn till en eventuell spänningsökning. Det är bättre att ta nästa värde i motståndsserien. Detta kommer att minska strömmen genom dioden något och minska ljusstyrkan i glöden, men kommer att upphäva alla förändringar i matningsspänningen och diodmotståndet (t.ex. på grund av temperaturförändringar).
Innan motståndsvärdet väljs bör den möjliga minskningen av strömmen och ljusstyrkan jämfört med det inställda värdet uppskattas med hjälp av formeln:
(R - Rst)R-100%.
Om det resulterande värdet är mindre än 5 % bör du välja ett högre motstånd, om det är mellan 5 och 10 % kan du begränsa dig till ett mindre motstånd.
En lika viktig parameter som påverkar driftsäkerheten är strömförbrukningen hos det strömbegränsande elementet. Strömmen som flyter genom en motståndsdel gör att den värms upp. Formeln för att bestämma den effekt som ska förbrukas används:
P = U-U/R
Ett begränsningsmotstånd vars tillåtna effektförlust överstiger det beräknade värdet används.
Exempel:
En lysdiod har ett spänningsfall på 1,7 V och en märkström på 20 mA. Den måste anslutas till en 12 V-krets.
Spänningsfallet över det begränsande motståndet är:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Resistansens motstånd:
R = 10,3/0,02 = 515 ohm.
Det närmaste högre värdet inom standardområdet är 560 Ohm. Vid detta värde är strömavfallet från referensen lite mindre än 10 %, så ett högre värde är inte nödvändigt.
Effektförlust i watt:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Ett element med en tillåten effektförlust på 0,25 W kan därför användas för denna krets.
Ledningsdragning av LED-remsor
LED-remsor finns i olika spänningar. Remsan har en krets av dioder i serie. Antalet dioder och slutmotståndets motstånd beror på bandets matningsspänning.
De vanligaste typerna av LED-remsor är utformade för anslutning till en krets med en spänning på 12 V. Det är också möjligt att använda en högre spänning för driften. För att kunna beräkna motstånden korrekt är det nödvändigt att känna till strömmen som flyter genom en enskild sektion av bandet.
En ökad bandlängd ger en proportionell ökning av strömmen eftersom de minsta sektionerna tekniskt sett är parallellkopplade. Om t.ex. den minsta längden på en sektion är 50 cm, kommer en remsa på 5 m med 10 sådana sektioner att ha en 10 gånger högre strömförbrukning.
Relaterade artiklar:
