Světelnou diodu, stejně jako člověka, je potřeba správně napájet. Pouze v tomto případě zaručuje dlouhodobý a bezproblémový provoz. LED diody mají nelineární charakteristiku proud-napětí podobnou konvenční diodě. Proto musí být jejich napájení prováděno stabilním proudem – to je jeden z klíčových principů. Pokud to není dodrženo, důsledky pro LED mohou být nejžalostnější.
Chcete-li určit, které schéma napájení bude v konkrétním případě optimální, musíte nejprve zjistit počáteční údaje:
- parametry LED specifikované výrobcem;
- parametry napájení (síť 220 V, baterie, baterie nebo něco jiného).
parametry LED
Nejdůležitějšími parametry jsou jmenovitý a maximální proud. Při jmenovitém jsou světelné charakteristiky obvykle normalizovány – svítivost v kandelách nebo světelný tok v lumenech. Maximální proud je mezní hodnota, při které lze toto zařízení provozovat. Hodnoty těchto parametrů v moderních jednočipových zařízeních se pohybují od několika mA do 3 A.
Dopředný pokles napětí – napájecí napětí LED, které při jmenovitém proudu klesá na pn přechodu. Jeho hodnota je užitečná při výpočtu výstupních parametrů zdroje.
Maximální teplota pouzdra a pn-přechod, maximální zpětné napětí jsou také důležité parametry, ale v případech, kdy jsou dodrženy proudové režimy a obvod neumožňuje zpětné spínání, lze je ignorovat.
Parametry sítě
Při výrobě jakéhokoli zařízení vlastníma rukama je nutné určit parametry zdroje, který bude napájet LED diody. Síť 220 V, autobaterie 12 V nebo jednoduché baterie – v každém případě je nutné určit rozsah napájecího napětí, tedy jeho minimální a maximální hodnotu. Na síti 220 V je udávána tolerance ± 10 % (ne však vždy dodržena). U baterie se bere v úvahu napětí při plném nabití a ve vybitém stavu. S bateriemi je vše jasné.
V případě autonomních zdrojů je také důležité znát jejich kapacitu a maximální výstupní proud.
Nejjednodušší schéma
Úkolem je vyrobit si primitivní LED svítilnu napájenou jednou baterií vlastníma rukama. Vezměte si například LED C503C (CREE) se jmenovitým proudem ILED=20 mA a úbytek napětí ULED = 3,2 V.
Jako zdroj energie používáme 3,7V lithiovou baterii (pokud používáte prstové baterie, pak si s jednou nevystačíte).
Pokud LED rozsvítíte přímo, tak proud procházející LED bude omezen pouze vnitřním odporem baterie, což v lepším případě povede k jejímu velmi rychlému vybití, v horším případě k selhání LED. Nejjednodušší spínací obvod je znázorněn na obrázku níže.
K omezení proudu se používá rezistor, jehož odpor je určen vzorcem R uXNUMXd (UБ-ULED)/ILED. V našem případě bude odpor 25 ohmů.
Se zvýšením výkonu diody se obvod zkomplikuje, protože. při vysokých proudech není vhodné používat rezistor – příliš velká ztráta výkonu. Pokud má napájecí napětí velký rozsah, není tento obvod také vhodný, protože nezajišťuje proudovou stabilizaci.
Rozvíjení tématu
Výkonné LED jsou napájeny pomocí proudových stabilizátorů – driverů. Mohou být vyrobeny jak na základě diskrétních komponent, tak pomocí specializovaných mikroobvodů. Ovladač lze zakoupit hotový nebo si jej můžete vyrobit sami – to není obtížné, protože na internetu je spousta schémat a doporučení.
Dalším důležitým bodem při organizaci napájení polovodičových světelných zdrojů: při kombinování LED do skupin se doporučuje je zapojit do série. Je to dáno tím, že úbytek napětí na pn-přechodu má určitý rozptyl od zařízení k zařízení a při paralelním zapojení se budou proudy jimi lišit.
Napájení LED ze sítě 220 V je organizováno pomocí tzv. síťových ovladačů. Ve skutečnosti se jedná o spínané zdroje pro LED, převádějí síťové napětí na stabilní stejnosměrný proud. Vyrobit takový zdroj vlastníma rukama je poměrně obtížné, pokud nejste odborníkem v této oblasti, a vzhledem k široké škále produktů prezentovaných na moderním trhu je to také nepraktické.
K dnešnímu dni existují stovky druhů LED diod, které se liší vzhledem, barvou záře a elektrickými parametry. Všechny však spojuje společný princip fungování, což znamená, že obvody pro připojení k elektrickému obvodu jsou také založeny na obecných principech. Stačí pochopit, jak připojit jednu indikační LED, abyste se pak naučili, jak sestavit a vypočítat libovolné obvody.
Pinout LED
Než přistoupíte ke zvážení otázky správného připojení LED, musíte se naučit, jak určit její polaritu. Nejčastěji mají indikační LED dva výstupy: anodu a katodu. Mnohem méně často se v pouzdře o průměru 5 mm vyskytují případy, které mají 3 nebo 4 vodiče pro připojení. Ale je také snadné zjistit jejich pinout.
Celkem existují 3 spolehlivé způsoby, jak určit polaritu: vizuální, pomocí multimetru a připojením ke zdroji napětí. Každý z nich je jedinečný a zajímavý svým vlastním způsobem, a proto bylo toto téma přesunuto do samostatného článku: „Kde je plus a kde mínus?“
SMD LED mohou mít 4 výstupy (2 anody a 2 katody), což je dáno technologií jejich výroby. Třetí a čtvrtý závěr lze elektricky nepoužívat, ale použít jako přídavný chladič. Zobrazený vývod není standardní. Chcete-li vypočítat polaritu, je lepší se nejprve podívat na datový list a poté potvrdit to, co vidíte, pomocí multimetru. Polaritu SMD LED se dvěma vývody můžete vizuálně určit řezem. Řez (klíč) v jednom z rohů pouzdra je vždy umístěn blíže ke katodě (mínus).
Nejjednodušší schéma zapojení LED
Není nic jednoduššího, než připojit LED na nízkonapěťový zdroj konstantního napětí. Může to být baterie, dobíjecí baterie nebo zdroj s nízkou spotřebou energie. Je lepší, když je napětí alespoň 5 V a ne více než 24 V. Takové zapojení bude bezpečné a pro jeho realizaci budete potřebovat pouze 1 přídavný prvek – odpor s nízkým výkonem. Jeho úkolem je omezit proud protékající pn-přechodem na úroveň ne vyšší, než je jmenovitá hodnota. K tomu je odpor vždy instalován v sérii s emitující diodou.
Při připojování LED ke zdroji konstantního napětí (proudu) vždy dodržujte polaritu.
Pokud je rezistor vyloučen z obvodu, pak bude proud v obvodu omezen pouze vnitřním odporem zdroje EMF, který je velmi malý. Výsledkem takového spojení bude okamžité selhání vyzařujícího krystalu.
Výpočet limitního rezistoru
Při pohledu na charakteristiku proudového napětí LED je zřejmé, jak důležité je neudělat chybu při výpočtu omezovacího odporu. I malé zvýšení jmenovitého proudu povede k přehřátí krystalu a v důsledku toho ke snížení životnosti. Výběr rezistoru se provádí podle dvou parametrů: odporu a výkonu. Odpor se vypočítá podle vzorce:
- U – napájecí napětí, V;
- ULED – přímý pokles napětí na LED (hodnota pasu), V;
- I – jmenovitý proud (hodnota pasu), A.
Získaný výsledek by měl být zaokrouhlen nahoru na nejbližší hodnotu z řady E24 nahoru a poté vypočítat výkon, který bude muset rezistor rozptýlit:
R je odpor rezistoru akceptovaného pro instalaci, Ohm.
Další informace o výpočtech s praktickými příklady najdete v článku o výpočtu rezistoru pro LED. A ti, kteří se nechtějí ponořit do nuancí, mohou rychle vypočítat parametry odporu pomocí online kalkulačky.
Zapnutí LED z napájecího zdroje
Hovoříme o napájecích zdrojích (PSU) pracujících na střídavém napětí 220 V. I ty se však mohou od sebe značně lišit výstupními parametry. To může být:
- zdroje střídavého napětí, uvnitř kterých je pouze snižovací transformátor;
- nestabilizované zdroje stejnosměrného napětí (PSV);
- stabilizované PPI;
- stabilizované zdroje konstantního proudu (LED drivery).
Ke kterémukoli z nich můžete připojit LED tak, že okruh doplníte o potřebné rádiové prvky. Nejčastěji se jako napájecí zdroj používají stabilizované PSI 5 V nebo 12 V. Z tohoto typu PSU vyplývá, že při případném kolísání síťového napětí, stejně jako při změnách zatěžovacího proudu v daném rozsahu, nebude výstupní napětí změna. Tato výhoda umožňuje připojit LED k PSU pouze pomocí rezistorů. A právě tento princip zapojení je realizován v obvodech s indikačními LED. Připojení výkonných LED a LED matic musí být provedeno přes proudový stabilizátor (ovladač). I přes jejich vyšší cenu je to jediný způsob, jak zaručit stabilní jas a dlouhodobý provoz a také se vyhnout předčasné výměně drahého prvku vyzařujícího světlo. Takové připojení nevyžaduje další rezistor a LED je připojena přímo k výstupu ovladače, za podmínky:
- Iřidičů – proud řidiče podle pasu, A;
- ILED – jmenovitý proud LED, A.
Pokud podmínka není splněna, připojená LED shoří vlivem nadproudu.
Jako zdroj energie lze použít i jednu prstovou baterii 1,5 V. K tomu však budete muset sestavit malý elektrický obvod, který vám umožní zvýšit napájecí napětí na požadovanou úroveň. Jak to udělat, se dozvíte v článku “Jak připojit LED z 1,5 V baterie.”
Sériové připojení
Sestavit pracovní obvod na jedné LED není těžké. Jiná věc je, když jich je několik. Jak správně zapojit 2, 3 . N LED? Chcete-li to provést, musíte se naučit, jak vypočítat složitější schémata přepínání. Řetězový obvod je obvod několika LED, ve kterém je katoda první LED připojena k anodě druhé, katoda druhé k anodě třetí a tak dále. Proud stejné velikosti protéká všemi prvky obvodu:
A poklesy napětí jsou shrnuty:
Na základě toho můžeme vyvodit následující závěry:
- je vhodné kombinovat do sériového obvodu pouze LED se stejným provozním proudem;
- pokud jedna LED selže, obvod se otevře;
- Počet LED je omezen napětím zdroje.
Paralelní připojení
Pokud je potřeba rozsvítit několik LED z napájecího zdroje s napětím např. 5 V, bude nutné je zapojit paralelně. V tomto případě, v sérii s každou LED, musíte dát odpor. Vzorce pro výpočet proudů a napětí budou mít následující podobu:
Součet proudů v každé větvi by tedy neměl překročit maximální povolený proud napájecího zdroje. Při paralelním zapojení stejného typu LED stačí vypočítat parametry jednoho rezistoru a zbytek bude mít stejnou hodnotu.
Všechna pravidla pro sériové a paralelní připojení, názorné příklady a také informace o tom, jak nezapínat LED diody, najdete v tomto článku.
smíšené zařazení
Poté, co jsme se zabývali schématy sériového a paralelního připojení, je čas na kombinaci. Jedna z možností kombinovaného zapojení LED je znázorněna na obrázku.
Mimochodem, takto je uspořádán každý LED pásek.
Zařazení do sítě střídavého proudu
Připojení LED z PSU není vždy vhodné. Zejména pokud jde o nutnost provedení podsvícení vypínače nebo indikátoru přítomnosti napětí v napájecí liště. Pro takové účely bude stačit sestavit jedno z jednoduchých schémat pro připojení LED k síti 220 V. Například obvod s odporem omezujícím proud a usměrňovací diodou, která chrání LED před zpětným napětím. Odpor a výkon rezistoru se počítají pomocí zjednodušeného vzorce, přičemž se zanedbává úbytek napětí na LED a diodě, protože je o 2 řády menší než síťové napětí:
Kvůli vysokému ztrátovému výkonu (2-5 W) je rezistor často nahrazován nepolárním kondenzátorem. Při práci na střídavý proud to přebytečné napětí tak nějak “zhasíná” a téměř se nezahřívá.
Připojení blikajících a vícebarevných LED diod
Navenek se blikající LED neliší od běžných protějšků a mohou blikat jednou, dvěma nebo třemi barvami podle algoritmu určeného výrobcem. Vnitřní rozdíl spočívá v přítomnosti dalšího substrátu pod pouzdrem, na kterém je umístěn integrovaný pulzní generátor. Jmenovitý provozní proud zpravidla nepřesahuje 20 mA a pokles napětí se může lišit od 3 do 14 V. Proto se před připojením blikající LED musíte seznámit s jejími charakteristikami. Pokud tam nejsou, pak můžete parametry zjistit experimentálně připojením k regulovatelnému zdroji 5-15 V přes odpor 51-100 Ohm.
Ve vícebarevném RGB LED pouzdře jsou 3 nezávislé zelené, červené a modré krystaly. Proto je třeba při výpočtu hodnot rezistoru pamatovat na to, že každá barva záře odpovídá vlastnímu poklesu napětí.
