Padrões de fiação de LED bons e ruins

Nos artigos anteriores, vários problemas relacionados à conexão de LEDs foram descritos. Mas você não pode escrever tudo em um artigo, então você precisa continuar este tópico. Aqui falaremos sobre várias maneiras de ligar os LEDs.

Conforme mencionado nos artigos mencionados, LED é um dispositivo atual, ou seja, a corrente através dela deve ser limitada por um resistor. Como calcular esse resistor já foi descrito, não repetiremos aqui, mas forneceremos a fórmula, apenas por precaução, novamente.

Figura 1

Aqui está. - tensão de alimentação, Uad. - queda de tensão no LED, R - resistência do resistor limitador, I - corrente no LED.

No entanto, apesar de toda a teoria, a indústria chinesa produz todos os tipos de lembranças, bugigangas, isqueiros, nos quais o LED é ligado sem um resistor limitador: apenas duas ou três baterias de disco e um LED. Nesse caso, a corrente é limitada pela resistência interna da bateria, cuja energia simplesmente não é suficiente para queimar o LED.

Mas aqui, além do desgaste, existe outra propriedade desagradável - a degradação dos LEDs, mais inerente aos LEDs brancos e azuis: depois de um tempo, o brilho do brilho se torna muito pequeno, embora a corrente através do LED flua bastante, no nível nominal.

Isso não quer dizer que não brilha, o brilho é quase imperceptível, mas isso não é mais uma lanterna. Se a degradação da corrente nominal ocorrer não antes de um ano de luminescência contínua, então com alta corrente, esse fenômeno pode ser esperado em meia hora. Essa inclusão do LED deve ser considerada ruim.

Esse esquema só pode ser explicado pelo desejo de economizar em um resistor, solda e custos de mão-de-obra, os quais, com uma escala maciça de produção, são aparentemente justificados. Além disso, um isqueiro ou chaveiro é uma coisa barata e única: o gás acabou ou a bateria acabou - eles simplesmente jogaram fora a lembrança.

Figura 2. O esquema é ruim, mas é usado com bastante frequência.

Coisas muito interessantes saem (é claro, por acidente) se, por esse esquema, o LED estiver conectado a uma fonte de alimentação com uma tensão de saída de 12V e uma corrente de pelo menos 3A: ocorre um flash ofuscante, um pop bastante barulhento, é ouvida fumaça e um cheiro sufocante permanece. Então, lembro-me dessa parábola: “É possível olhar o Sol através de um telescópio? Sim, mas apenas duas vezes. Uma com o olho esquerdo, a outra com o direito. A propósito, conectar um LED sem um resistor limitador é o erro mais comum entre iniciantes, e eu gostaria de alertar sobre isso.

Para corrigir esta situação, prolongar a vida útil do LED, o circuito deve ser ligeiramente modificado.

Figura 3. Bom layout, correto.

É um esquema que deve ser considerado bom ou correto. Para verificar se o valor do resistor R1 está indicado corretamente, você pode usar a fórmula mostrada na Figura 1. Supomos que a queda de tensão no LED 2V, corrente 20mA, tensão 3V devido ao uso de duas baterias digitais.

Em geral, você não precisa se esforçar para limitar a corrente ao nível máximo permitido de 20mA, pode alimentar o LED com uma corrente mais baixa, bem, pelo menos, um miliampère 15 ... 18. Nesse caso, haverá uma diminuição muito pequena no brilho, que o olho humano, devido às características do dispositivo, nem notará, mas a vida útil do LED aumentará significativamente.

Outro exemplo de LEDs mal ligados pode ser encontrado em várias lanternas, já mais potentes que os chaveiros e os isqueiros. Nesse caso, um certo número de LEDs, às vezes bastante grandes, são simplesmente conectados em paralelo e também sem um resistor limitador, que novamente atua como a resistência interna da bateria.Muitas vezes, essas lanternas entram em reparo precisamente por causa da queima dos LEDs.

Figura 4. Diagrama de fiação absolutamente ruim.

Parece que a situação mostrada na Figura 5. Pode corrigir a situação: apenas um resistor e, ao que parece, as coisas melhoraram.

Figura 5. Isso já é um pouco melhor.

Mas essa inclusão ajudará um pouco. O fato é que, na natureza, simplesmente não é possível encontrar dois dispositivos semicondutores idênticos. É por isso que, por exemplo, transistores do mesmo tipo têm ganhos diferentes, mesmo que sejam do mesmo lote de produção. Tiristores e triatcs também são diferentes. Alguns abrem com facilidade, enquanto outros são tão pesados ​​que precisam ser abandonados. O mesmo pode ser dito sobre os LEDs - dois absolutamente idênticos, especialmente três ou um monte, é simplesmente impossível de encontrar.

Nota sobre o tópico. No DataSheet para o conjunto de LEDs SMD-5050 (três LEDs independentes em um compartimento), a inclusão mostrada na Figura 5 não é recomendada. Como, devido à dispersão dos parâmetros de LEDs individuais, a diferença no brilho pode ser notável. E parece, em um caso!

Os LEDs, é claro, não têm ganho, mas há um parâmetro tão importante quanto a queda direta de tensão. E mesmo que os LEDs sejam retirados de um lote tecnológico, de um pacote, simplesmente não haverá dois idênticos. Portanto, a corrente para todos os LEDs será diferente. Esse LED, no qual a corrente será a mais alta e, mais cedo ou mais tarde, excederá a nominal, acenderá antes de todos os outros.

Em conexão com este evento infeliz, toda a corrente possível passará pelos dois LEDs sobreviventes, excedendo naturalmente o nominal. Afinal, o resistor foi calculado "para três", para três LEDs. Um aumento da corrente causará um aumento no aquecimento dos cristais de LED, e um que é "mais fraco" também queima. O último LED também não tem escolha a não ser seguir o exemplo de seus camaradas. Essa reação em cadeia é obtida.

Nesse caso, a palavra "queimar" significa simplesmente interromper o circuito. Mas pode acontecer que em um dos LEDs ocorra um curto-circuito elementar, evitando os dois LEDs restantes. Naturalmente, eles certamente sairão, apesar de sobreviverem. Com esse mau funcionamento, o resistor aquece intensamente e, no final, pode queimar.

Para impedir que isso aconteça, o circuito precisa ser ligeiramente alterado: para cada LED, instale seu próprio resistor, conforme mostrado na Figura 6.

Figura 6. E assim, os LEDs durarão muito tempo.

Aqui, tudo é necessário, tudo de acordo com as regras do projeto do circuito: a corrente de cada LED será limitada pelo seu resistor. Nesse circuito, as correntes através dos LEDs são independentes uma da outra.

Mas essa inclusão não causa muito entusiasmo, pois o número de resistores é igual ao número de LEDs. Mas eu gostaria de ter mais LEDs e menos resistores. Como ser

A saída desta situação é bastante simples. Cada LED deve ser substituído por uma cadeia de LEDs conectados em série, conforme mostrado na Figura 7.

Figura 7. Inclusão paralela de guirlandas.

O custo dessa melhoria será um aumento na tensão de alimentação. Se apenas um volt é suficiente para um LED, mesmo dois LEDs conectados em série não podem ser acesos dessa tensão. Então, qual voltagem é necessária para acender uma guirlanda de LEDs? Ou, de outra maneira, quantos LEDs podem ser conectados a uma fonte de energia com uma tensão, por exemplo, 12V?

Observação. A seguir, o termo “guirlanda” deve ser entendido não apenas como uma decoração para a árvore de Natal, mas também como qualquer dispositivo de iluminação LED no qual os LEDs estejam conectados em série ou em paralelo. O principal é que há mais de um LED. Uma guirlanda, é também uma guirlanda na África!

Para obter uma resposta para essa pergunta, basta dividir a tensão de alimentação pela queda de tensão no LED. Na maioria dos casos, ao calcular esta tensão, são tomadas 2V. Acontece que 12/2 = 6.Mas não esqueça que parte da tensão deve permanecer para o resistor de têmpera, pelo menos volt 2.

Acontece que apenas 10V permanecem nos LEDs e o número de LEDs se torna 10/2 = 5. Nesse estado de coisas, para obter uma corrente de 20 mA, o resistor limitador deve ter uma classificação de 2V / 20mA = 100Ohm. A potência do resistor será P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.

Esse cálculo é bastante verdadeiro se a tensão direta dos LEDs na guirlanda, como indicado, for 2V. É esse valor que geralmente é usado nos cálculos, como uma média. Mas, de fato, essa voltagem depende do tipo de LED, da cor do brilho. Portanto, ao calcular as margaridas, você deve se concentrar no tipo de LEDs. Quedas de tensão para diferentes tipos de LEDs são mostradas na tabela mostrada na Figura 8.

Figura 8. Queda de tensão nos LEDs de cores diferentes.

Assim, com uma tensão de fonte de alimentação de 12V, menos a queda de tensão no resistor limitador de corrente, um total de 10 / 3,7 = 2,7027 LEDs brancos pode ser conectado. Mas você não pode cortar um pedaço do LED, para que apenas dois LEDs possam ser conectados. Este resultado é obtido se considerarmos o valor máximo da queda de tensão da tabela.

Se substituirmos 3V no cálculo, é óbvio que três LEDs podem ser conectados. Nesse caso, toda vez que você tiver que contar meticulosamente a resistência do resistor limitador. Se os LEDs reais apresentarem uma queda de tensão de 3,7V, ou talvez mais, os três LEDs podem não acender. Então é melhor parar às duas.

Não importa fundamentalmente qual a cor dos LEDs, apenas no cálculo, você terá que levar em consideração diferentes quedas de tensão, dependendo da cor dos LEDs. O principal é que eles são projetados para uma corrente. É impossível montar uma guirlanda consecutiva de LEDs, alguns dos quais com uma corrente de 20 mA e outra parte de 10 miliamperes.

É claro que, com uma corrente de 20 mA, os LEDs com uma corrente nominal de 10 mA simplesmente queimam. Se você limitar a corrente a 10 mA, 20 miliamperes não acenderão intensamente, como em um interruptor com um LED: você pode ver à noite, não à tarde.

Para facilitar a vida deles, os radioamadores desenvolvem vários programas de calculadora que facilitam todos os tipos de cálculos de rotina. Por exemplo, programas para calcular indutâncias, filtros de vários tipos, estabilizadores de corrente. Existe um programa para calcular guirlandas de LED. Uma captura de tela desse programa é mostrada na Figura 9.

Figura 9. Captura de tela do programa “Calculation_resistance_resistor_Ledz_”.

O programa funciona sem instalação no sistema, você só precisa baixar e usá-lo. Tudo é tão simples e claro que nenhuma explicação para a captura de tela é necessária. Naturalmente, todos os LEDs devem ter a mesma cor e a mesma corrente.

Veja também de um publicado anteriormente no site: Como conectar o LED à rede de iluminação

Os resistores de limite são, obviamente, bons. Mas somente quando se sabe que esta guirlanda será alimentada por fonte estabilizada DC 12V e a corrente através dos LEDs não excederá o valor calculado. Mas e se simplesmente não houver fonte com uma tensão de 12V?

Tal situação pode surgir, por exemplo, em um caminhão com tensão de rede de 24V a bordo. Para sair de uma situação de crise, um estabilizador de corrente ajudará, por exemplo, “SSC0018 - Estabilizador de corrente ajustável 20..600mA”. Sua aparência é mostrada na Figura 10. Esse dispositivo pode ser comprado em lojas online. O preço de emissão é de 140 ... 300 rublos: tudo depende da imaginação e arrogância do vendedor.

Figura 10. Regulador de corrente ajustável SSC0018

As especificações do estabilizador são mostradas na Figura 11.

Figura 11. Características técnicas do estabilizador de corrente SSC0018

Inicialmente, o estabilizador de corrente SSC0018 foi projetado para uso em luminárias de LED, mas também pode ser usado para carregar baterias pequenas. O uso do SSC0018 é bastante simples.

A resistência de carga na saída do estabilizador de corrente pode ser zero, você pode simplesmente causar um curto-circuito nos terminais de saída. Afinal, estabilizadores e fontes de corrente não têm medo de curtos-circuitos. Nesse caso, a corrente de saída será classificada. Bem, se você definir 20mA, muito será.

Pelo exposto, podemos concluir que um miliamperímetro de corrente contínua pode ser conectado diretamente à saída do estabilizador de corrente. Essa conexão deve ser iniciada a partir do maior limite de medição, porque ninguém sabe qual corrente é regulada lá. Em seguida, basta girar o resistor de sintonia para definir a corrente necessária. Nesse caso, é claro, não esqueça de conectar o estabilizador de corrente SSC0018 à fonte de alimentação. A Figura 12 mostra o diagrama de fiação SSC0018 para alimentar os LEDs conectados em paralelo.

Figura 12. Conexão para alimentar os LEDs conectados em paralelo

Tudo aqui é claro a partir do diagrama. Para quatro LEDs com uma corrente de consumo de 20 mA, cada saída do estabilizador deve ser configurada para uma corrente de 80 mA. Nesse caso, na entrada do estabilizador SSC0018, é necessária um pouco mais de tensão do que a queda de tensão em um LED, como mencionado acima. Obviamente, uma voltagem maior é adequada, mas isso só levará ao aquecimento adicional do chip estabilizador.

Observação. Se, para limitar a corrente com um resistor, a tensão da fonte de energia exceder levemente a tensão total nos LEDs, apenas dois volts, então, para a operação normal do estabilizador de corrente SSC0018, esse excesso deverá ser um pouco maior. Não inferior a 3 ... 4V, caso contrário, o elemento regulador do estabilizador simplesmente não abrirá.

A Figura 13 mostra a conexão do estabilizador SSC0018 ao usar uma guirlanda de vários LEDs conectados em série.

Figura 13. Ligando uma sequência de séries através do estabilizador SSC0018

A figura é tirada da documentação técnica, então vamos tentar calcular o número de LEDs na guirlanda e a tensão constante necessária da fonte de alimentação.

A corrente indicada no diagrama, 350mA, permite concluir que a guirlanda é montada a partir de poderosos LEDs brancos, porque, como mencionado acima, o principal objetivo do estabilizador SSC0018 são as fontes de iluminação. A queda de tensão no LED branco está dentro de 3 ... 3,7V. Para o cálculo, você deve usar o valor máximo de 3,7V.

A tensão máxima de entrada do estabilizador SSC0018 é de 50V. Subtrair esse valor de 5V, necessário para o próprio estabilizador, permanece 45V. Esta tensão pode ser "iluminada" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LEDs. Obviamente, isso deve ser arredondado para 12.

O número de LEDs pode ser menor. Então a tensão de entrada terá que ser reduzida (enquanto a corrente de saída não mudar, permanecerá 350mA conforme foi ajustada), por que devo fornecer 50V a 3 LEDs, mesmo os potentes? Essa zombaria pode terminar em fracasso, porque LEDs poderosos não são de forma alguma baratos. Qual tensão será necessária para conectar três LEDs poderosos para quem quiser, mas eles sempre podem ser encontrados, eles podem calcular por si mesmos.

O dispositivo SSC0018 do estabilizador de corrente ajustável é bastante bom. Mas a questão toda é: é sempre necessário? E o preço do dispositivo é um pouco confuso. Qual pode ser o caminho para sair dessa situação? Tudo é muito simples. Um excelente regulador de corrente é obtido a partir de estabilizadores de tensão integrados, por exemplo, as séries 78XX ou LM317.

Para criar um estabilizador de corrente com base em um estabilizador de tensão, são necessárias apenas 2 partes. Na verdade, o próprio estabilizador e um único resistor, cuja resistência e potência ajudarão a calcular o programa StabDesign, cuja captura de tela é mostrada na Figura 14.

Desenhando 14. O cálculo do estabilizador de corrente usando o programa StabDesign.

O programa não requer explicações especiais. No menu suspenso Tipo, o tipo de estabilizador é selecionado, na linha I - a corrente necessária é definida e o botão Calcular é pressionado. O resultado é a resistência do resistor R1 e sua potência. Na figura, o cálculo foi realizado para uma corrente de 20 mA.Este é o caso quando os LEDs estão conectados em série. Para uma conexão paralela, a corrente é calculada da mesma maneira como mostrado na Figura 12.

A guirlanda de LEDs é conectada em vez do resistor Rн, simbolizando a carga do estabilizador de corrente. É ainda possível conectar apenas um LED. Nesse caso, o cátodo é conectado a um fio comum e o ânodo ao resistor R1.

A tensão de entrada do estabilizador de corrente considerado está na faixa de 15 ... 39V, uma vez que o estabilizador 7812 com uma tensão de estabilização de 12V é usado.

Parece que este é o fim da história sobre LEDs. Mas também há tiras de LED, que serão discutidas no próximo artigo.

Continuação do artigo: Aplicação de faixa de LED

Boris Aladyshkin