A ještě jednou, ahoj všichni!
Jak jsem slíbil, tentokrát budu stručně mluvit o pravidlech pro začlenění LED do elektrického obvodu, výpočet provozního režimu LED, výběr odporů omezujících proud pro ně a také dešifrování barevného kódu výstupních odporů.
Na internetu je mnoho informací o napájení LED, ale bohužel mnoho autorů vlastních návrhů často dělá chyby, z nichž hlavní je, když je několik LED připojeno ke společnému obvodu současně. . Nejprve se podívejme na rozsvícení jedné LED diody pro provoz na 12V napětí, ale předtím si definujme terminologii.
Jak jsem si všiml, lidé si často pletou sériové a paralelní zapojení jakýchkoli prvků elektrického obvodu. Uvažujme xy z xy.
1. Sériové připojení
V sérii – jedná se o řetězec, jeden po druhém, kdy je jedna svorka předchozí části připojena pouze k jedné svorce následující. Dobrým příkladem je kulatý tanec 🙂
Obrázek 1 – sériové připojení. Žárovky jdou za sebou a na baterii
Hlavní rysy tohoto spojení:
– v případě žárovek nebo LED, oni musí být stejné, navržený pro stejné napětí a proud, jinak některé z nich nebudou hořet, zatímco jiné budou hořet příliš jasně, dokonce až k vyhoření;
– součet napětí, pro který je každá žárovka navržena, by se měl rovnat (ideálně) nebo přibližně rovnat (v praxi) napětí baterie. Nebo naopak každá žárovka bude mít napětí rovné napětí baterie dělené počtem žárovek. Nebo ze třetí strany: součet napětí na všech prvcích sériového obvodu se rovná napájecímu napětí;
– v kterékoli části okruhu bude unikat stejný proud;
– pokud dojde k přepálení některé žárovky, zhasnou všechny najednou, protože se přeruší obvod.
2. Paralelní zapojení – všechny prvky obvodu jsou zapojeny tak, že ze dvou svorek jsou některé spojeny do jednoho vodiče, jiné do druhého. Jasným příkladem je dívka a mladý muž, kteří se drží za ruce, stojí tváří v tvář :))) No, nebo děti hrající si „vláček“.
Obrázek 2 – paralelní zapojení. Levé závěry jsou na jedné hromadě, pravé jsou na druhé.
Hlavní rysy:
– žárovky mohou být různého výkonu, pro různé proudy, ale pro stejné napětí, stejné (ideálně) nebo přibližně stejné (v praxi) napětí baterie;
– jakýkoli prvek bude mít stejné napětí;
— proud odebíraný z baterie je roven součet proudů všechny žárovky;
— pokud některá žárovka shoří, zbytek bude hořet dále.
Existuje i třetí možnost zapojení – smíšené zapojení, kdy je paralelně zapojeno více sériových obvodů a naopak.
Obrázek 3 – smíšené zapojení: vlevo tři sériové obvody jsou zapojeny paralelně, vpravo – naopak
V takovém spojení má každý typ řetězu stejné hlavní rysy jako jednotlivě. Mimochodem, když se podíváte pozorně, obvod zobrazený na obrázku 1 je také příkladem smíšeného zapojení: sekvenční zapojen obvod žárovky paralelní baterie :)))
Přejděme k tomu hlavnímu – LED diodám. Žárovky v podsvícení např. palubní desky VDO 2110 jsou zapojeny paralelně, každá žárovka je dimenzována na napětí 12V (pro žárovku je určujícím parametrem její provozní napětí, výkon a jejich počet závisí na pouze na napájení zdroje) a lze je připojit přímo k napájení. S LED je to jiné. Když LED dioda pracuje ve vypočítaném, normálním režimu, napětí na ní je obvykle 3. 3,3V, ale určujícím parametrem pro něj není napětí, ale proud. Vlastnosti polovodiče jsou takové, že když na něm postupně narůstá napětí řekněme pomocí reostatu pro nastavení podsvícení, začne růst z nuly na určitou hodnotu (u LED je to zmíněných 3. 3,3V ), po kterém napětí zůstává prakticky nezměněno, pak pouze zvyšuje proud. A když překročí určitou hodnotu, LED shoří. Pokud přivedete napětí přímo na LED z baterie, bude to stále 12 voltů, ale životnost diody bude určena sekundami, ne-li zlomky sekund.
Aby LED fungovala od 12V, je nutné omezit jeho proudaby nepřekročila maximální přípustnou hodnotu pro LED. To lze provést několika způsoby: pomocí rezistoru omezujícího proud, stabilizátoru proudu nebo pulsně šířkové modulace. Protože to vše píšu s ohledem na začátečníky, vynecháme poslední dvě metody – ti, kteří jsou „v nádrži“, již toto vše nepotřebují – a zvážíme metodu výpočtu rezistoru omezujícího proud.
Abychom snížili a omezili proud v obvodu LED, musíme zvýšit odpor tohoto obvodu. Připomeňme si zákon pana Ohma:
kde: I – proud, U – napětí, R – odpor
Naše napětí je vždy stejné – 12V. Někdo namítne – ne 12, ale 14,4V. Řekněme to takto: naše napětí se vždy rovná napětí palubní sítě automobilu, ale abychom ochránili LED před selháním, provedeme všechny výpočty pro maximální napětí – 14,4V. Takže naše napětí je vždy stejné – 14,4V. Jmenovitý proud moderních LED je obvykle 10. 20 mA. Toto (stejně jako provozní pokles napětí v propustném směru na LED – 3. 3,3V hodnota zprůměrovaná pro většinu bílo-modro-červeno-zeleno-RGB LED ve verzi SMD) je lepší objasnit pomocí datového listu, pokud typ LED je známo. Pokud je typ neznámý, je lepší vzít hodnotu 10 mA – světlo bude slabší, ale proudovým přetížením rozhodně nevyhoří.
Pro zvýšení odporu obvodu LED je k němu sériově zapojen odpor omezující proud:
Abychom určili jeho hodnotu, zjistíme, kolik voltů by mělo přes rezistor klesnout. Připomeňme si pravidlo sériového obvodu: součet napětí na všech prvcích se rovná napájecímu napětí. Naše napájení je 14,4V. Jmenovité napětí na LED je 3,3V.
14,4V – 3,3V = 11,1V
To je přesně napětí, které by mělo být na rezistoru – 11,1V. Proud tekoucí obvodem (včetně LED) je 10. 20 mA. Například pro SMD LED o velikosti 3528 je jmenovitý proud obvykle 20 mA, ale pro větší bezpečnost vezměme o něco méně – 15 mA. Odvoďme odpor ze vzorce Ohmova zákona:
Napětí na rezistoru jsme vypočítali na 11,1V, proud procházející LED diodou a tedy rezistorem jsme zvolili 15mA. Odpor rezistoru R = 11,1V / 15mA = 0,74 kOhm. Obecně, pokud uděláte vše podle všech pravidel, proud by měl být uveden v ampérech a hodnota odporu bude v ohmech: 11,1 V / 0,015 A = 740 Ohmů. Což je v podstatě to samé 🙂 Nejbližší standardní hodnota k vypočtené hodnotě je 750 Ohmů. Výpočet je dokončen.
Může být užitečné vypočítat výkon rezistoru, abyste měli jistotu, že vydrží. Chcete-li to provést, musíte vynásobit proud rezistorem (tentokrát v ampérech :)) napětím na něm: 11,1 V * 0,015 A = 0,17 W (zaokrouhleno). Nyní je výpočet zcela hotový – k napájení jedné LED potřebujeme rezistor o výkonu 0,25 W (nejbližší standardní hodnota) s odporem 750 Ohmů.
Pro pohodlí dám vše na jednu hromadu, ať je cheat sheet:
Kompletní výpočet odporu omezujícího proud
Místo rezistoru můžete do obvodu zařadit proudový stabilizátor, v síti je nyní mnoho jednoduchých obvodů. Možná se někdy dostanu k jejich popisu.
Nejčastěji se při přesvětlování různých panelů (přístrojové panely, kamna atd.) LED spojují do skupin (obvykle tři, méně často dvě), čímž se šetří odpory. A zde je nejdůležitější pravidlo: LED ve skupině musí být zapojeny pouze postupně!
Proč? Je to jednoduché. V sériovém obvodu protéká všemi prvky stejný proud, který můžeme přesně určit a nastavit pomocí rezistoru. Paralelně můžeme nastavit pouze celkový proud celého obvodu, bude se rovnat součtu proudů procházejících LED. Na světě není nic ideálního, LED diody mají také řadu parametrů: některé spotřebují méně proudu, jiné více a může se ukázat, že proud třemi „špatnými“ LED je 45 mA (15 mA pro každou – zdá se spravedlivé, že ano?), ale kvůli širokému rozšíření jejich parametrů mohou dvě diody přijímat každá 10 mA, ale třetí dostane zbývajících 25, bude jednou uražen – a to je vše. A celkem bude stejných 45 mA.
Tak tady to je, nejtvrdší pravidlo: několik LED s jedním rezistorem – pouze v sérii. Tyto skupiny ale připojujeme k sobě paralelně, protože každá z nich bude dimenzována na 14,4V.
Výpočet pro skupinu dvou nebo tří diod se neliší od výše uvedeného, pouze při výpočtu napětí na rezistoru od napájecího napětí musíte odečíst součet napětí všechny LED ve skupině (6,6V pro dva, 9,9 pro tři). Odpor a výkon se počítají stejným způsobem.
To je vlastně vše 🙂
A nakonec slíbená tabulka barevného kódování rezistorů a online služba pro jeho dekódování.
Děkuji za pozornost! Dobré plány a dobrou náladu všem 🙂 Uvidíme se znovu ve vysílání!
Každý z nás viděl LED. Obyčejná malá LED vypadá jako plastový čočkový kužel na vodivých nožičkách, uvnitř kterého je katoda a anoda. V diagramu je LED znázorněna jako běžná dioda, ze které šipky ukazují vyzařované světlo. LED tedy slouží k produkci světla, když se elektrony pohybují od katody k anodě – pn přechod vyzařuje viditelné světlo.
Vynález LED se datuje do vzdálených sedmdesátých let, kdy se k výrobě veškerého světla používaly žárovky. Ale dnes, na začátku 1970. století, LED konečně zaujaly místo nejúčinnějších zdrojů elektrického světla.
Kde je „plus“ LED a kde je „mínus“?
Chcete-li správně připojit LED ke zdroji napájení, musíte nejprve dodržet polaritu. Anoda LED je připojena k plus „+“ napájecího zdroje a katoda je připojena k mínus „-“. Katoda připojená k mínusu má krátký vodič, anoda má tedy dlouhý vodič – dlouhá noha LED – k plus „+“ zdroje energie.
Podívejte se dovnitř LED: velká elektroda je katoda, její mínus, malá elektroda, která vypadá jako konec nohy, je plus. A vedle katody má LED čočka plochý řez.
Nedržte páječku na noze dlouho
Vývody LED by měly být pájeny opatrně a rychle, protože polovodičový přechod se velmi bojí přebytečného tepla, takže se musíte špičkou páječky krátce dotknout špičkou pájené nohy a poté přesunout páječku na strana. Je lepší držet připájenou LED nohu pinzetou během procesu pájení, aby bylo zajištěno, že teplo je z nohy odstraněno pro každý případ.
Při testování LED je vyžadován rezistor
Dostáváme se k tomu nejdůležitějšímu – jak připojit LED ke zdroji energie. Pokud chcete zkontrolovat funkčnost LED diody, neměli byste ji přímo připojovat k baterii nebo napájení. Pokud je váš zdroj napájení 12 voltů, použijte 1 kOhm rezistor v sérii s LED testovanou pro zálohování.
Nezapomeňte na polaritu – dlouhý svod je kladný, svod z velké vnitřní elektrody záporný. Pokud nepoužijete rezistor, LED rychle shoří, při náhodném překročení jmenovitého napětí poteče pn přechodem velký proud a LED téměř okamžitě selže.
Barva LED
LED diody se dodávají v různých barvách, ale barva světla není vždy určena barvou čočky LED. Bílá, červená, modrá, oranžová, zelená nebo žlutá – čočka může být průhledná, ale když ji zapnete, ukáže se, že je červená nebo modrá. Modré a bílé LED jsou nejdražší. Obecně je barva záře LED primárně ovlivněna složením polovodiče a jako sekundární faktor barvou čočky.
Vícebarevné RGB LED diody obsahují několik světelných přechodů pn v jednom pouzdře, z nichž každý vytváří svou vlastní barvu záře. Kombinací jasu součástek s proudy nebo frekvencemi proudových pulzů (u červených, zelených a modrých krystalů) můžete získat libovolný odstín. Zde jsou samozřejmě potřeba vyvažovací odpory pro každý barevný kanál.
Zjištění hodnoty odporu pro LED
Rezistor je zapojen do série s LED. Funkcí odporu je omezit proud, přiblížit se jmenovité hodnotě LED, aby LED okamžitě nevyhořela, a pracuje v normálním jmenovitém režimu. Bereme v úvahu následující počáteční údaje:
Vps – napájecí napětí;
Vdf – pokles napětí v propustném směru na LED v normálním režimu;
If – jmenovitý proud LED v normálním režimu svícení.
Nyní, než zjistíme hodnotu požadovaného rezistoru R, poznamenáme, že proud v sériovém obvodu bude konstantní, stejný v každém prvku: proud If procházející LED bude roven proudu Ir omezujícím odporem.
Proto Ir = If. Ale Ir = Ur/R – podle Ohmova zákona. A Ur = Vps-Vdf. Tedy R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.
To znamená, že pokud znáte napětí napájecího zdroje, úbytek napětí na LED a její jmenovitý proud, můžete snadno vybrat vhodný omezovací odpor.
Pokud nelze zjištěnou hodnotu odporu vybrat ze standardního rozsahu hodnot rezistoru, pak vezměte rezistor o něco větší hodnoty, například místo nalezených 460 Ohmů vezměte 470 Ohmů, které se vždy snadno najdou. Jas LED se velmi mírně sníží.
Příklad výběru rezistoru:
Řekněme, že existuje 12voltový zdroj a LED, která potřebuje 1,5 voltu a 10 mA, aby normálně svítila. Vyberme zhášecí odpor. Rezistor by měl klesnout o 12-1,5 = 10,5 voltů a proud v sériovém obvodu (napájení, odpor, LED) by měl být 10 mA, proto z Ohmova zákona: R = U/I = 10,5/0,010 = 1050 Ohm. Vyberte 1,1 kOhm.
Jaký by měl být výkon rezistoru? Pokud R = 1100 Ohmů a proud je 0,01 A, pak se podle Joule-Lenzova zákona každou sekundu uvolní na rezistoru tepelná energie Q = I*I*R = 0,11 J, což odpovídá 0,11 W. Postačí rezistor o výkonu 0,125 W, tam bude i nějaká rezerva.
Sériové zapojení LED
Pokud je vaším cílem připojit několik LED diod do jednoho světelného zdroje, pak je nejlepší provést zapojení v sérii. To je nutné, aby každá LED neměla svůj vlastní rezistor, aby nedocházelo ke zbytečným ztrátám energie. Pro sériové zapojení jsou nejvhodnější LED stejného typu, ze stejné šarže.
Řekněme, že potřebujete zapojit 8 LED 1,4 V, každou s proudem 0,02 A do série pro připojení k 12 V napájecímu zdroji. Je zřejmé, že celkový proud bude 0,02 A, ale celkové napětí bude 11,2 voltu, takže 0,8 voltu při proudu 0,02 A musí být rozptýleno v rezistoru. R = U/I = 0,8/0,02 = 40 Ohm. Vybíráme odpor 43 ohmů o minimálním výkonu.
Paralelní zapojení LED řetězů není nejlepší variantou
Pokud máte na výběr, je nejlepší zapojit LED sériově a ne paralelně. Pokud zapojíte několik LED paralelně přes jeden společný odpor, pak kvůli změnám v parametrech LED nebude každá z nich na stejné úrovni s ostatními, některé budou svítit jasněji, přijímají více proudu a některé, naopak bude slabší. V důsledku toho jedna z LED vyhoří dříve kvůli rychlé degradaci krystalu. Je lepší zapojit LED paralelně, pokud neexistuje žádná alternativa, použít vlastní omezovací rezistor na každý řetězec.
Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Vše o LED
