Meer over aansluitmethoden voor LED's

In ons leven winnen LED's gestaag de bovenhand op andere bronnen van kunstlicht. Maar terwijl gloeilampen rechtstreeks op de voeding kunnen worden aangesloten, vereist de aansluiting van LED's en ontladingslampen speciale maatregelen.

Het aansluiten van een enkele LED is geen probleem. Maar een paar eenheden verbinden met honderden is niet zo eenvoudig als het klinkt.

Een beetje theorie

LED's hebben een constante spanning of stroom nodig om goed te werken. Dat moeten ze zijn:

1. Constant in richting. Dat wil zeggen dat de stroom in de LED-schakeling van de "+" van de spanningsbron naar de "-" moet vloeien wanneer de spanning wordt aangelegd.
2. Stabiel.Constant in omvang, d.w.z. constant gedurende de bedrijfstijd van de diode.
3. Niet-pulserend - Na gelijkrichting en stabilisatie mogen de spannings- of stroomconstanten niet intermitterend fluctueren.
   Schematische weergave van de spanningsgolf aan de uitgang van een gelijkrichter met dubbele halve periode, gefilterd door een elektrolytische condensator (zwarte en witte rechthoeken met de markering "+" in het schema). De stippellijn is de spanning aan de gelijkrichteruitgang. De condensator wordt opgeladen tot de halve-golfamplitude en geleidelijk ontladen bij de belastingsweerstand. De "stappen" zijn de rimpeling. De verhouding van de stapamplitude tot de halve-golfamplitude in procenten is de rimpelfactor.

Voor LED's in het begin gebruikten we beschikbare spanningsbronnen - 5, 9, 12 V. Het bedrijfsvoltage van p-n-overgang ligt tussen 1,9 en 2,4 tot 3,7 en 4,4 V. Daarom is het direct inschakelen van een diode bijna altijd een fysieke burn-out door oververhitting door hoge stromen. Het is noodzakelijk om worden begrensd door een stroombegrenzende weerstanden verspillen energie door het op te warmen.

LED's kunnen in serie worden geschakeld, in veelvoud. Als je ze dan in een keten zet, kan de som van hun directe spanningen bijna gelijk zijn aan de spanning van de voeding. En het resterende verschil kan worden "opgeheven" door het af te voeren in de vorm van warmte in een weerstand.

Wanneer er tientallen dioden zijn, worden deze in serieschakelingen geschakeld die parallel worden geschakeld.

LED pinout

LED polariteit - anode of plus en kathode - de min is gemakkelijk te herkennen aan de foto's:

Bij cilindrische behuizingen wordt de kathode aangegeven door een spleet aan de zijkant, waarbij de anode langer is en de kathode korter.

Bij SMD-LED's wordt de kathode aangegeven door een gleuf in de behuizing.

In COB-LED's met hoog vermogen zijn de "+" en "-" op de soldeerpads geperst.

Schema van de LED-schakeling

LED wordt gevoed door gelijkspanning. Maar de kenmerken van een niet-lineaire afhankelijkheid van zijn interne weerstand vereisen dat de bedrijfsstroom binnen nauwe grenzen wordt gehouden. Bij een stroom onder de nominale stroom neemt af lichtstroomBij hogere - raakt het kristal oververhit, de helderheid neemt toe, en de "levensduur" neemt af. De eenvoudigste manier om dit uit te breiden is de stroom door het kristal te beperken door een stroombegrenzende weerstand op te nemen. Voor hoogvermogen-LED's is dit economisch niet haalbaar en zij worden gevoed met een constante stroom uit een constante stroombron bestuurder.

Serie aansluiting

Een LED is een vrij complex verlichtingstoestel. Hij wordt gevoed door een secundaire gelijkspanningsbron. Voor vermogens van meer dan 0,2-0,5 W maken de meeste LED-apparaten gebruik van stroombronnen. Ze worden niet helemaal correct, in Amerikaanse termen, chauffeurs genoemd. Wanneer diodes in serie zijn geschakeld, gebruiken zij vaak voedingen van 9, 12, 24 en zelfs 48 V. In dit geval wordt een margrietketen opgebouwd, die 3-6 tot enkele tientallen elementen kan bevatten.

In een serieschakeling is de anode van de eerste LED via een stroombegrenzingsweerstand verbonden met de "+"-voeding, en de kathode met de anode van de tweede. En zo is de hele keten verbonden.

Schema van een serie-parallelschakeling van drie opeenvolgende groepen LED's in een keten van drie LED-elementen. Elke keten heeft een stroombegrenzende weerstand aan de linkerkant. Hij "dempt" de overmaat van de som van de gelijkspanningen van de diodes.

Rode LED's hebben bijvoorbeeld een directe bedrijfsspanning van 1,6 tot 3,03 V. Op U_pr. = 2,1 В van één LED op de weerstand bij 12 V bronspanning zal 5,7 V zijn:

12 V - 3×2,1 V = 12 - 6,3 = 5,7 V.

En al 3 daisy chains zijn parallel geschakeld.

De tabel toont de gelijkspanning van een LED als functie van de kleur van het licht.

Wanneer LED's in serie zijn geschakeld, zullen de stromen door de LED's gelijk zijn en is de daling over elk element afzonderlijk. Dat hangt af van de inwendige weerstand van de diode.

Eigenschappen van de serieschakeling:

• Een breuk van één element zal alle elementen doen uitschakelen;
• kortsluiting - herverdeelt zijn spanning over alle overblijvende, daarop neemt de lichtsterkte toe en wordt de afbraak versneld.

Aanbevolen: Hoe weet je hoeveel volt een LED is

Parallelle aansluiting

In dit aansluitschema zijn alle anodes met elkaar en met de "+" van de voeding verbonden, en de kathodes met de "-".

Deze aansluiting werd in eerste instantie gebruikt in LED slingers, strips en stroken wanneer deze met 3-5 Volt werden geleverd.

Dit is de verkeerde verbinding. Door de onvermijdelijke variatie in parameters zullen de stromen door de LED's verschillend zijn. En ze zullen anders schijnen. En ze zullen niet op dezelfde manier opwarmen. Als gevolg daarvan zal de oververhitte doorbranden, bv. met een open circuit. De stroom door de resterende diodes D2, D3 zal toenemen en de spanning zal erop stijgen omdat de lagere totale stroom door R1 deze een lagere spanningsval zal geven. De tweede diode die brandt, is de diode met de laagste inwendige weerstand van de p-n-overgang.

Als er een burnout optreedt met een kortgesloten p-n junctie, zal alle accuspanning op weerstand R1 worden gezet. Hij zal oververhit raken en doorbranden.

Parallel schakelschema van de LED's. Elke LED moet in serie worden geschakeld met zijn eigen stroombegrenzende weerstand.

Zo zou een echt ontwerp van zes parallel geschakelde LED's eruit kunnen zien. 

Op de foto:

• De grijze staven zijn stroomvoerende stroomrails, d.w.z. draden zonder isolatie;
• blauwe cilinders met afgeronde uiteinden - cilindrische LED's met een lens aan het uiteinde;
• de rode zijn weerstanden om de bedrijfsstroom te beperken.

Het zou niet juist zijn om alle diodes op één weerstand aan te sluiten. Door de variatie van de kenmerken van LED's, die zelfs in één partij kan oplopen van 50 tot 200% of meer, kan er stroom door de diodes lopen, die soms zal verschillen. Daarom zullen ze ook anders glimmen en laden. Later zal de drukste, helderste gloeier opbranden of degenereren tot bijna niets en 70-90% van zijn lichtstroom verliezen. Of het zal veranderen van wit naar geel.

Lees ook

De grondbeginselen van parallelle en seriebedrading van LED's

 

Gemengd

Gecombineerde of gemengde bedrading wordt gebruikt om LED-arrays te maken die bestaan uit vele tientallen of honderden elementen of frameloze kristallen. De bekendste hiervan zijn COB-matrices.

Combinatie bedradingsschema voor LED's in een matrix: "standaard" - opeenvolgende ketens van elk 4 kristallen worden parallel geschakeld en aangesloten op een voeding, "hybride" - kristallen, in dit geval elk 8 stuks, worden in serie/parallel geschakeld op een voeding.

De voedingsspanning en de bedrijfsstroom zullen bij combinatie lager zijn dan de nominale bedrijfsstroom. Alleen onder deze voorwaarde zal de matrix min of meer lang werken. Bij de nominale stroom zal de zwakste schakel snel doorbranden en zullen de andere schakels geleidelijk beginnen door te branden. Dit zal leiden tot open circuits in serieschakelingen en kortsluitingen in parallelschakelingen.

Aansluiting van een lichtgevende diode op een 220 V-net

Als u een LED rechtstreeks op 220 V voedt met een begrenzing van de stroom, zal deze op de positieve halve golf schijnen en in de negatieve uitgaan. Maar dit is alleen het geval als de sperspanning van de p-n-overgang veel hoger is dan 220 V. Gewoonlijk is het ongeveer 380-400V.

De tweede verbindingsmethode is via een onderdrukcondensator.

De netspanning wordt toegevoerd aan de "brug" op de diodes VD1-VD4. Condensator C1 zal "doven" bij ongeveer 215-217V. De rest zal rechtzetten. Na filtering met condensator C2 wordt de gelijkspanning aan de LED toegevoerd. Vergeet niet de stroom door de diode te beperken met een weerstand.

Een ander aansluitschema is met een enkele gelijkrichter van een halve periode op een diode en een 30 kOhm begrenzingsweerstand.

WAARSCHUWING! De meeste stroomkringen met een rechtstreekse aansluiting op het 220 V-net hebben het ernstige nadeel dat zij gevaarlijk zijn voor de mens om door hoge spanningen - 220 V - getroffen te worden. Daarom moeten zij voorzichtig worden gebruikt, met alle delen onder spanning zorgvuldig geïsoleerd.

U vindt meer informatie over het aansluiten van een LED-lamp op een 220 V netvoeding hier beschreven.

Hoe diodes van stroom te voorzien

De meest populaire transformatorloze schakelende voedingen leveren 12 V met stroom-, kortsluit-, oververhittings- en andere beveiligingen.

Daarom worden LED's in serie geschakeld en wordt hun stroom begrensd met een eenvoudige weerstand. De daisy chain bestaat uit 3 of 6 diodes. Hun aantal wordt bepaald door de gelijkspanning van de diode. Hun som voor stroombegrenzing moet 0,5 tot 1 V lager zijn dan de uitgangsspanning van de PSU.

Lees ook

Aansluiten van een LED op 12 volt

 

Kenmerken van RGB en COB LED aansluiting

LED's met de afkorting RGB - zijn polychromatische of veelkleurige lichtemitters met verschillende kleuren. De meeste zijn samengesteld uit drie LED-kristallen, die elk een andere kleur uitstralen. Dit geheel wordt een kleurentriade genoemd.

RGB-LED's worden op dezelfde manier aangesloten als conventionele LED's. Elk lichaam van de veelkleurige lichtbron heeft één kristal: Rood - rood, Groen - groen en Blauw - blauw. Elke LED heeft zijn eigen bedrijfsspanning:

• Blauw - 2,5 tot 3,7 V;
• Groen: 2,2 tot 3,5 V;
• Rood: 1,6 tot 2,03 V.

Kristallen kunnen op verschillende manieren met elkaar verbonden worden:

• met een gemeenschappelijke kathode, d.w.z. de drie kathoden zijn met elkaar en met een gemeenschappelijke leiding op de behuizing verbonden, en de anoden hebben elk een eigen leiding;
• met een gemeenschappelijke anode, d.w.z. alle anoden hebben een gemeenschappelijke leiding en de kathoden hebben een afzonderlijke leiding;
• onafhankelijke pintoewijzing - elke anode en kathode heeft zijn eigen pin.

Daarom zullen de nominale waarden van de stroombegrenzende weerstanden verschillend zijn.

Aansluiting van RGB LED-kristallen met behulp van een gemeenschappelijke kathode schakeling.

Een "gemeenschappelijke anode" verbinding.

In beide gevallen heeft het diodehuis 4 draadpinnen, contactpads in SMD-LED's of piranha-pennen.

In het geval van onafhankelijke LED's zullen er 6 pinnen zijn.

In het geval van SMD 5050 De LED-kristallen zijn als volgt gerangschikt:

Er zijn 3 onafhankelijke groene, rode en blauwe kristallen in de meerkleurige behuizing. Denk er daarom aan bij het berekenen van de weerstandswaarden - elke kleur komt overeen met een verschillende diodespanning.

Bedrading van een COB LED

De afkorting COB zijn de eerste letters van de Engelse woordcombinatie chip-on-board. In het Russisch zou het een element of kristal op het bord zijn.

De kristallen worden gelijmd of gesoldeerd op een thermisch geleidend substraat van saffier of silicium. Na controle van de elektrische aansluitingen worden de kristallen gevuld met gele fosfor.

COB LED's - zijn matrixstructuren bestaande uit tientallen of honderden kristallen die in groepen verbonden zijn met een combinatie van halfgeleider-p-n-overgangen. De groepen zijn opeenvolgende reeksen van LED's, waarvan het aantal overeenkomt met de voedingsspanning van de LED-matrix. Bijvoorbeeld, bij 9 V zijn er 3 kristallen en bij 12 V zijn er 4.

Lees ook

Hoe sluit je een LED aan op een Arduino bord

 

De in serie geschakelde circuits zijn parallel geschakeld. Op deze manier wordt het vereiste vermogen van de matrix verkregen. Blauwe lichtgevende kristallen zijn gevuld met gele fosfor. Het zendt het blauwe licht weer uit in geel licht, waardoor wit licht ontstaat.

De kwaliteit van het licht, d.w.z. kleurweergave wordt geregeld door de fosforsamenstelling tijdens de productie. Eén- en twee-componenten fosfor geven een lage kwaliteit omdat het 2-3 emissielijnen in het spectrum heeft. Drie- en vijf-componenten geven een vrij acceptabele kleurweergave. Het kan tot 85-90 Ra zijn of zelfs hoger.

Het aansluiten van dit type lichtstraler is geen probleem. Ze worden aangesloten zoals een normale hoogvermogen-LED, gevoed door een standaard nominale stroombron. Bijvoorbeeld, 150, 300, 700 mA. De fabrikant van de COB-matrices beveelt aan stroombronnen met een reserve te kiezen. Dit zal helpen bij de inbedrijfstelling van een COB-matrixarmatuur.