В областта на осветлението ние непрекъснато търсим най-ефективните решения. Светодиодите са изключително успешни. Яркостта им наистина е много задоволителна и цените вече няма да плашат никого. Трябва обаче да знаем как да ги конфигурираме така, че да отразяват най-добре нашите очаквания.
Уличното осветление, автомобилните фарове, подсветката на LED панела или осветлението на архитектурни обекти са само част от възможностите за използване на светодиоди с висока яркост. Ключовият критерий е дълголетието им. Няма съмнение, че увеличаването на капацитета и яркостта на светодиодите и спадът в цените им се отразява във все по-често срещаните потребителски и индустриални приложения.
Контрол на яркостта и цвета
Източник на постоянен ток най-често се използва за точен контрол на яркостта и цвета на LED осветлението. Той регулира тока, подаван към светодиодите, независимо от външни фактори като разлики в напрежението в посока напред (Uf) на отделни диоди, колебания на захранващото напрежение и др. Светодиодите се захранват с ток с избраната стойност, независимо от условията на работа.
Как работи еднопосочният източник?
Еднопосочен източник предоставя универсално захранване за редица осветителни продукти, използващи светодиоди. Вградената обратна връзка следи текущия поток в даден диод или диоден клон и регулира изходния ток, за да осигури желаното ниво. Изходът обслужва отделни диоди или последователности от LED модули, свързани паралелно или последователно, подавайки необходимия ток към всеки клон.
Използвайки същия източник на постоянен ток, напрежението напред може да бъде настроено на 3 до 3,5 V. За супер ярки светодиоди. Токовият вход ще се запази независимо от напрежението напред.
Приложенията за LED светлини обикновено използват много светодиоди, от 1 W до 3 W, които работят заедно. Има три опции за захранване, основните предимства и недостатъци на които ще представим заедно с описанието в следващата част на тази статия.
Независимо от използваната схема, най-често, когато възникне неизправност в осветлението, възниква късо съединение между анода и катода. "Прекъсване" може да възникне и когато се образува отворена верига между анода и катода. Тези проблеми обаче са управляеми.
Опции за конфигуриране
Има два основни начина за свързване на множество светодиоди - последователно или паралелно. И двете архитектури имат своите предимства по отношение на функционалност, адаптация на яркостта и толерантност към повреди. Третият вариант е хибридно решение, което също се нарича комбинирано, тъй като комбинира последователни и паралелни връзки.
Как изглежда серийната връзка?
Когато светодиодите са свързани последователно, катодът на първия е свързан с анода на втория и т.н. тази диаграма е показана на фиг. 1.
Фиг. 1. Последователна връзка
Основното предимство на серийната връзка е максималното регулиране на светимостта, което означава, че не се виждат разлики в яркостта на отделните светодиоди. Регулирането на яркостта е резултат от една и съща стойност на тока, протичащ през всеки диод, и не зависи от колебанията на напрежението на отделните диоди в посока напред. Общото напрежение в клон е функция от броя на диодите в даден клон и номиналното напрежение на всеки светодиод (Uf) в посока напред.
Например: ако даден клон съдържа 20 LED диода с напрежение напред Uf = .3.5 V DC, тогава общото напрежение на клона е 70 V DC. Отделно DC захранване захранва всеки светодиод. В тази конфигурация всички диоди получават ток със същата стойност.
Предимства на серийната връзка
- проста конфигурация, включваща само една верига;
- няма текуща диспропорция - всички светодиоди в даден клон получават ток със същата стойност;
- надеждна система - няма нужда да се използват резистори за ограничаване на тока;
- нормална работа на останалите диоди в ситуация, при която единият диод е повреден поради късо съединение и напрежението в останалите спада от Uf на нефункционален LED диод, намалявайки консумацията на ток. Общата яркост на лампата се намалява само с един светодиод.
Недостатъци на серийната връзка
- възможно много високо, застрашаващо безопасността изходно напрежение в случай на голям брой светодиоди;
- целият клон изгасва, ако диодът е повреден поради отворена верига. В този случай може да се свърже паралелно обикновена мостова верига, която заобикаля този повреден диод в случай на повреда и минимизира последиците от прекъсване на веригата.
Как да изчислим необходимите параметри за LED източник?
За да се изчисли максималният брой светодиоди, които могат да бъдат безопасно свързани последователно с източник на постоянен ток, е необходимо максималното изходно напрежение на източника да се раздели на напрежението на всеки светодиод в посока напред.
Например: ако изход. макс. = 30 V DC и Uf = 3,0 V, максималният брой светодиоди ще бъде 30/3 = 10. След това 10 светодиода могат да бъдат свързани последователно с такъв източник.
За да зададете необходимия изходен ток на източника, е необходимо да се запознаете с техническата спецификация на използваните LED диоди и да проверите препоръчителната стойност на тока. След това изберете LED източника със същата оптимална текуща стойност.
Как изглежда паралелната връзка?
Пример е осветително тяло с десет светодиода, в което могат да се използват два клона от пет диода, свързани паралелно. Такава конфигурация е показана на фиг. 2.
Фиг. 2. Паралелна връзка
Паралелно свързване на LED диоди позволява намалете максималното напрежение в даден клон и увеличете толерантността към повреди. Общото напрежение в даден клон е по-ниско, отколкото при последователно свързване с коефициент, равен на броя на паралелните клонове.
Колебания Uf на отделните светодиоди могат да причинят значителни диспропорции в текущата стойност във всеки от клоните, така че те използват резистори във всеки от клоните помага за поддържане на текущия баланс. Текущата стойност се разделя между отделните клонове въз основа на това колко добре е избран резисторът за ограничаване на тока.
Предимства на паралелната връзка
- за конфигуриране е необходим само един ресурс;
- относително ниско общо изходно напрежение;
- Възможност за равномерно разпределение на тока между клоните на светодиодите с правилен избор на стойността на съпротивлението.
Недостатъци на паралелната връзка
- подобряването на текущото разпределение е за сметка на неговото по-голямо потребление и по-ниска функционалност на системата;
- всички диоди, изложени на по-високо ниво на натоварване в ситуация, в която един диод в даден клон се повреди поради късо съединение - диодите ще трябва да се справят с по-висок ток, което вероятно ще доведе до отказ на други в системата. Диодите в други клонове ще бъдат значително по-тъмни, тъй като общата стойност на тока е ограничена от текущия капацитет на източника.
- целият клон ще изгасне, ако диодът се счупи поради отворена верига и токът в останалите клони ще се увеличи в зависимост от техния брой. В този случай е възможно паралелно да се свърже проста верига на джъмпер, за да се заобиколи повреденият диод, като по този начин се сведат до минимум последствията от прекъсване на веригата.
Как да изчислим максималното напрежение на LED източник?
За да се определи изходният ток на източник на осветление с постоянен ток, е необходимо да се умножи оптималната стойност на тока за използваните светодиоди по броя на разклоненията. Например: ако оптималната стойност на тока за светодиодите е 350 mA и имаме два клона на диоди, текущата стойност на LED източника трябва да бъде 350 x 2 = 700 mA.
В паралелната конфигурация общото напрежение в посока напред Uf се умножава по броя на светодиодите във всеки клон. Например: ако имаме 2 клона от 5 диода и Uf е 3,5 V, общото напрежение в посока напред е 5 x 3,5 = 17,5 V DC.
Как изглежда комбинираната връзка?
В такава конфигурация светодиодите са подредени в матрична диаграма на редове и колони, както на фиг. 3.
Фиг. 3. Комбинирана връзка
Този тип връзка представлява опит за премахване на някои от проблемите, характерни за серийната връзка, чрез добавяне на повече връзки между светодиодите.
Схемата на тази връзка е подобна на връзката, използвана при паралелната връзка на клоните, но с тази разлика, че секциите са взаимно свързани. Първият светодиод във всеки клон е свързан паралелно с първите светодиоди в другите клонове. Всяка допълнителна - със съседни светодиоди.
Предимства на комбинираната връзка
- тази конфигурация изисква само един източник, тъй като изходното напрежение е относително ниско в сравнение с паралелна връзка;
- като правило е по-устойчив на повреди;
- по-висок капацитет - обикновено не е необходимо да се използват разделящи тока резистори.
Недостатъци на комбинираната връзка
- в случай на диспропорция на тока, добавянето на токоразделителни резистори не е толкова просто, колкото при паралелна конфигурация;
- неравномерното разпределение на тока причинява неравномерно разпределение на светлината и топлината;
- всички диоди в даден ред ще се изключат, ако единият светодиод е повреден поради късо съединение, останалите светят нормално, но яркостта на лампата е по-ниска;
- повишен риск от повреда на други диоди от дадена серия, ако единият от тях е повреден поради отворена верига, поради факта, че останалите диоди от дадена серия са изложени на по-висок ток в такава ситуация. Другите редове светодиоди ще светят нормално. В този случай обикновена мостова верига може да бъде свързана паралелно позволявайки да се заобиколи повреденият диод и по този начин да се минимизират последствията от прекъсването на светодиодната верига.
Aimtec LED захранвания