Переваги та недоліки різних способів налаштування світлодіодного освітлення;
Ми постійно шукаємо найбільш ефективні рішення у галузі освітлення. Світлодіоди мають величезний успіх. Їх яскравість справді задовільна, а ціни вже не страшні. Добре знати, як їх налаштувати, щоб найкращим чином відповідати нашим сподіванням.
Контроль яскравості та кольору
Для точного контролю яскравості та кольору світлодіодного освітлення найчастіше використовується джерело живлення постійного струму. Він регулює струм, який досягає світлодіодів, незалежно від зовнішніх факторів, таких як різниця між прямими перепадами напруги провідності (Uf) різних діодів, варіаціями напруги живлення тощо. Струм, з яким постачаються світлодіоди, має обране значення, незалежно від умов експлуатації.
Параметри конфігурації
Існує два основних способи підключення декількох світлодіодів, послідовно або паралельно. Обидві архітектури мають свої плюси з точки зору ефективності, регулювання яскравості та стійкості до несправностей. Третій варіант - це гібридне рішення, яке називається змішаним з'єднанням, яке поєднує послідовну та паралельну конфігурації.
Фігура 1: Послідовне підключення.
Як виглядає послідовне з'єднання?
У разі послідовного підключення світлодіодів катод першого діода з'єднується з анодом другого і т.д. Ця схема показана на малюнку 1.
Головною перевагою послідовного підключення є максимальна настройка яскравості, а це означає, що різниця в яскравості різних світлодіодів непомітна. Регулювання яскравості зумовлене однаковим значенням струму через кожний діод і не залежить від змін падіння напруги при прямій провідності на різних діодах. Загальна напруга в струні залежить від кількості діодів у струні та стандартного падіння напруги прямої провідності (Uf) кожного світлодіода. Наприклад: якщо рядок містить 20 світлодіодів з прямим падінням напруги Uf = 3,5 В постійного струму, то загальна напруга струни становить 70 В постійного струму. Одне джерело постійного струму подає кожен зі світлодіодів. У цій конфігурації всі діоди отримують струм однакового значення.
Переваги послідовного з'єднання• проста конфігурація, що включає єдину схему;
• відсутність диспропорції струму - всі світлодіоди серії отримують струм з однаковим значенням;
• висока ефективність системи - необов’язково використовувати струмові обмежувальні резистори;
• нормальна робота інших діодів у разі виходу з ладу одного з них через коротке замикання, а напруга в лінії зменшується з Uf світлодіода, який вже не працює, зменшуючи споживання струму. Загальна яскравість лампи зменшується лише за допомогою одного світлодіода.
Недоліки послідовного з'єднання• може виникнути дуже висока вихідна напруга, небезпечна у випадку великої кількості світлодіодів;
• вся струна згасає, якщо діод виходить з ладу через розрив в ланцюзі. У цій ситуації можна паралельно підключити просту байпасну схему, що дозволяє опустити дефектний діод, тим самим мінімізуючи наслідки переривання ланцюга.
Як розрахувати необхідні параметри для світлодіодного джерела живлення?
Щоб розрахувати максимальну кількість світлодіодів, які можна безпечно підключити послідовно до джерела постійного струму, ми повинні розділити максимальну вихідну напругу джерела живлення при падінні напруги в прямій провідності на кожному зі світлодіодів.
Наприклад: якщо Uieş. макс. = 30 В постійного струму, а провідність = 3,0 В, тоді максимальна кількість світлодіодів 30/3 = 10. Загалом 10 світлодіодів можна підключити послідовно до відповідного джерела живлення постійного струму. Щоб встановити бажаний вихідний струм джерела живлення, ми повинні проконсультуватися з технічними характеристиками використовуваних світлодіодів, перевіривши рекомендоване значення струму. Тоді ми виберемо світлодіодне джерело живлення з таким самим оптимальним значенням струму.
Малюнок 2: Паралельне підключення.
Як виглядає паралельне з'єднання?
Прикладом у цьому випадку може бути лампа з 10 світлодіодами, в якій можуть використовуватися дві нитки з п'яти діодів, з'єднаних паралельно. Ця конфігурація показана на малюнку 2.
Паралельне підключення світлодіодів дозволяє зменшити максимальну напругу підряд і збільшити стійкість до відмов. Загальна напруга в струні зменшується порівняно з послідовним з'єднанням з коефіцієнтом, рівним кількості паралельних струн.
Варіації Uf різних світлодіодів можуть спричинити значні диспропорції поточних значень у кожному рядку, тому в кожній із струн використовуються резистори, які допомагають збалансувати поточні значення. Поточне значення ділиться між різними струнами залежно від того, наскільки обраний струмообмежувальний резистор.
Переваги паралельного підключення• єдиний блок живлення, необхідний для конфігурації;
• відносно низька загальна вихідна напруга;
• можливість збалансованого розподілу струму між рядами світлодіодів у разі відповідного вибору значення опору.
Недоліки підключення паралельно• розподіл струму може бути покращений за рахунок вищого споживання його резисторами та зменшення ефективності системи;
• ризик вищого навантаження на всі діоди, якщо один діод у струні вийде з ладу через коротке замикання - діодам доведеться справлятися з більшим струмом, що, ймовірно, призведе до виходу з ладу інших в системі. В результаті діоди в інших рядах будуть помітно темніше, оскільки загальна величина струму обмежена поточною ефективністю джерела живлення.
• вся струна згасає, якщо один діод виходить з ладу через розрив в ланцюзі, а сила струму в інших струнах, залежно від їх кількості, збільшиться. У цій ситуації можна паралельно підключити просту байпасну схему, що дозволяє опустити дефектний діод, тим самим мінімізуючи наслідки переривання ланцюга.
Як розрахувати максимальну вихідну напругу світлодіодного джерела живлення?
Для визначення вихідного струму джерела живлення постійного струму для світлодіодного освітлення оптимальне значення струму для використовуваних світлодіодів потрібно помножити на кількість струн. Наприклад: якщо оптимальне значення струму для світлодіодів становить 350 мА, і ми маємо два ряди діодів, поточне значення джерела живлення світлодіодів має становити 350 × 2 = 700 мА.
У паралельній конфігурації загальне падіння напруги прямої провідності Uf буде помножено на кількість світлодіодів у кожному струні. Наприклад: якщо у нас є 2 струни по 5 діодів кожна, а Uf дорівнює 3,5 В, загальне падіння напруги при прямій провідності буде 5 × 3,5 = 17,5 В постійного струму.
Малюнок 3: Змішане з'єднання.
Як виглядає змішаний зв’язок?
У цій конфігурації світлодіоди розміщені на схемі масиву рядків і стовпців, як на малюнку 3.
Змішане з'єднання - це спроба усунути деякі проблеми, характерні для послідовного з'єднання, шляхом додавання більшої кількості з'єднань між світлодіодами.
Схема цього з'єднання подібна до тієї, що використовується у випадку паралельного нанизування, за винятком того, що між рядками з'являється зв'язок. Перший світлодіод у кожній струні підключений паралельно першим діодам інших струн. Кожен наступний діод - зі світлодіодами поблизу.
Переваги змішаного з'єднання• конфігурація також вимагає в цьому випадку лише джерела живлення, оскільки вихідна напруга відносно низька порівняно з паралельною конфігурацією;
• за своєю природою він більш стійкий до дефектів;
• вища ефективність - як правило, немає необхідності використовувати резистори розподілу струму.
Недоліки змішаного з'єднання• У разі диспропорції струму додавання резисторів для впорядкування розподілу струму не таке просте, як при паралельній конфігурації;
• нерівномірний розподіл струму спричиняє неоднорідний розподіл світла та тепла;
• всі діоди цього ряду згасають, якщо в результаті короткого замикання виходить з ладу один діод, а інші ряди будуть світитись нормально, але яскравість лампи зменшується;
• підвищений ризик виходу з ладу наступних діодів цього ряду, якщо один із них виходить з ладу через несправність ланцюга -
Джерела живлення постійного струму Aimtec можна успішно використовувати у кожній із згаданих конфігурацій світлодіодного освітлення.
Вони доступні у версії загального призначення для вхідної напруги змінного струму, а також як моделі, що працюють із вхідною напругою постійного струму.