Послідовне з’єднання світлодіодів

При розробці електричних схем, у яких задіяно більше одного світлодіода, виникає питання яке з’єднання світлодіодів краще вибрати: послідовне або паралельне? Забігаючи наперед відзначимо, що послідовне включення завжди більш ефективно, але не завжди легко реалізовується. Розберемося чому?

Вольтамперна характеристика світлодіода (ВАХ)

Світлодіод – нелінійний елемент електричного кола, його ВАХ за формою практично ідентична звичайній кремниевому диоду. На малюнку 1 наведена ВАХ потужного білого світлодіода, одного з провідних світових виробників.

7245e400b18cafb6bb040515ff2183f8 Послідовне зєднання світлодіодів

Малюнок 1

За графіком видно, що при збільшенні напруги всього на 0,2 В (наприклад, ділянка…3,1 2,9 В), сила струму збільшується більш ніж в два рази (з 350 до 850 мА мА). Справедливо і зворотне: при зміні струму в досить широких межах, падіння напруги змінюється дуже незначно. Це дуже важливо.

Другий важливий момент – падіння напруги від зразка до зразка в одній партії може відрізнятися на декілька десятих часток вольта (технологічний розкид). З цієї причини джерело живлення світлодіодів повинен мати стабілізацію по струму, а не по напрузі. Світловий потік, до речі, нормується також залежно від прямого струму. Тепер подивимося, як ця інформація стане в нагоді при виборі схеми підключення.

Послідовне з’єднання (рисунок 2).

dd4815315eaa2816bb9fef7935d50c42 Послідовне зєднання світлодіодів

Малюнок 2

На схемі показано послідовне включення трьох світлодіодів HL1…HL3 до джерела постійного струму J. Для простоти візьмемо ідеальне джерело струму, тобто джерело, що забезпечує постійний струм однакової величини, незалежно від навантаження. Оскільки сила струму в замкнутому контурі однакова, через кожен елемент послідовно включений в цей контур, протікає струм однакової величини I1=I2=I3=J. Відповідно забезпечується однакова яскравість світіння. Різниця в падіннях напруги на окремих світлодіодах не має в цьому випадку ніякого значення і відбивається тільки на величині різниці потенціалів між точками 1 і 2.

Розглянемо конкретний приклад розрахунку подібної схеми. Нехай потрібно забезпечити живлення трьох послідовно включених світлодіодів струмом 350 мА. Падіння напруги при цьому струмі за даними виробника може становити значення від 2,8 до 3,2 Ст.

Розрахуємо необхідний діапазон вихідної напруги джерела струму:

Umin=2,8×3=8,4;

Umax=3,2×3=9,6 Ст.

Максимальна потужність споживана світлодіодами складе P=9,6×0,35=3,4 Вт.

Таким чином джерело повинен мати наступні параметри:

Вихідний стабільний струм – 350 мА;

Вихідна напруга – 9 ±0,6 (або ±7%);

Вихідна потужність – не менше 3,5 Вт.

Все гранично просто.

Серійно випускаються джерела живлення для світлодіодів (драйвери) зазвичай мають більш широкий діапазон вихідної напруги, щоб розробник світлотехнічного пристрою не був прив’язаний до конкретного кількістю випромінюючих діодів, а мав деяку свободу дій. У такому разі можна до одного і того ж джерела підключати послідовно, наприклад, від 1-го до 8-ми світлодіодів.

Тим не менш, послідовна схема включення має свої недоліки.

  • По-перше, при виході з ладу одного з діодів в ланцюзі – по зрозумілих причин гаснуть і всі інші. Виняток – коротке замикання світлодіода – в цьому випадку ланцюг обривається.
  • По-друге, при великій кількості світлодіодів, складніше реалізувати низьковольтне харчування.
  • Наприклад, у разі якщо стоїть завдання живити 10 світлодіодів послідовно (це падіння напруги близько 30 В) від автомобільного акумулятора, то без підвищувального перетворювача не обійтися. А це вже додаткові витрати, габарити і зниження ККД.

    Паралельне з’єднання (рисунок 3).

    e8b479f0bcfe6328f853ecc4f352d48e Послідовне зєднання світлодіодів

    Малюнок 3

    Розглянемо тепер паралельне з’єднання тих же світловипромінюючих діодів.

    Відповідно до першого закону Кірхгофа:

    J=I1+I2+I3,

    Щоб забезпечити кожному світлодіоду одноватний режим (I=350мА), джерело струму повинен видавати 1050 мА при вихідному напрузі близько 3 Ст.

    Як вже говорилося вище, світлодіоди мають певний технологічний розкид параметрів, тому насправді струми не поділяться порівну, а пропорційно своїм диференціальних опорів.

    Приміром, якщо пряме падіння напруги, виміряне на цих світлодіодах при струмі 350 мА, становила 2,9, 3, 3,1 для HL1, HL2 і HL3 відповідно. То при включенні за поданою схемою струми розподіляться наступним чином:

    I1≈360 мА;

    I2≈350 мА;

    I3≈340 мА.

    Це означає, що і яскравість світіння буде різна. Для вирівнювання струмів у такі ланцюги зазвичай послідовно світлодіодам включають резистори (малюнок 4).

    16b791ebd15c1aab7047f6d607a30966 Послідовне зєднання світлодіодів

    Малюнок 4

    Вирівнюючі резистори збільшують споживану потужність загальної схеми, а отже знижують ефективність.

    Такий спосіб з’єднання найчастіше застосовують з низьковольтними джерелами живлення, наприклад в портативних пристроях з електрохімічними джерелами струму (акумулятори, батарейки). В інших випадках рекомендується з’єднати світлодіоди послідовно.

    Послідовно-паралельне з’єднання

    Якщо необхідно поєднати велику кількість світлодіодів може бути застосоване послідовно-паралельне з’єднання. У цьому разі кілька гілок з послідовно з’єднаними світлодіодами з’єднуються паралельно.

    1. 5
    2. 4
    3. 3
    4. 2
    5. 1
    (0 голосів, в середньому: 0 з 5)

    Читайте Також:

    Додати коментар