Nadějeme se, že ti, kteří hledají praktické informace o elektrických obvodech a zapojení LED komponent, našli tuto příručku jako první. Je však pravděpodobné, že jste si již přečetli stránku na Wikipedii o sériových a paralelních obvodech zde, možná i několik dalších výsledků vyhledávání na Google na toto téma a stále nemáte jasno nebo chcete konkrétnější informace, které se týkají LED diod. Díky dlouholetému vzdělávání v oblasti LED, školení a vysvětlování koncepce elektronických obvodů zákazníkům jsme shromáždili a připravili všechny důležité informace potřebné k tomu, abychom vám pomohli pochopit koncept elektrických obvodů a jejich vztah k LED.
Na úvod, ať vám elektrické obvody a zapojování komponent LED nezní skličujícím nebo matoucím způsobem – správné zapojení LED může být jednoduché a snadno pochopitelné, pokud budete postupovat podle tohoto příspěvku. Začněme tou nejzákladnější otázkou…
Jaký typ obvodu mám použít?
Je jeden lepší než druhý…Sériový, paralelní nebo sériový/paralelní?“
Požadavky světelné aplikace často diktují, jaký typ obvodu lze použít, ale pokud máte na výběr, nejefektivnějším způsobem, jak provozovat vysoce výkonné LED, je použití sériového obvodu s ovladačem LED s konstantním proudem. Sériové zapojení pomáhá zajistit stejné množství proudu pro každou LED diodu. To znamená, že každá dioda LED v obvodu bude mít stejný jas a nedovolí, aby jedna dioda LED odebírala více proudu než jiná. Když každá LED dostává stejný proud, pomáhá to eliminovat problémy, jako je tepelný únik.
Nebojte se, paralelní obvod je stále životaschopnou a často používanou možností; později si tento typ obvodu nastíníme.
Nejprve si však představíme sériový obvod:
Často označovaný jako „řetězový“ nebo „smyčkový“ proud v sériovém obvodu sleduje jednu cestu od začátku do konce, přičemž anoda (kladná) druhé LED diody je připojena ke katodě (záporné) první. Obrázek vpravo ukazuje příklad: Pro zapojení sériového obvodu, jako je ten na obrázku, se kladný výstup z ovladače připojí ke kladné hodnotě první LED a z této LED se provede spojení ze záporné hodnoty na kladnou hodnotu druhé LED a tak dále, až k poslední LED v obvodu. Nakonec se poslední LED připojí ze záporu LED na záporný výstup ovladače konstantního proudu, čímž se vytvoří souvislá smyčka nebo řetězec.
Níže uvádíme několik odrážek pro informaci o sériovém zapojení:
- Každou diodou LED protéká stejný proud
- Celkové napětí obvodu je součtem napětí na jednotlivých diodách LED
- Pokud jedna dioda LED selže, celý obvod nebude fungovat
- Sériové obvody se snadněji zapojují a odstraňují problémy
- Různé napětí na jednotlivých diodách LED je v pořádku
Napájení sériového obvodu:
Koncepce smyčky již není problém a určitě jste mohli přijít na to, jak ji zapojit, ale co napájení sériového obvodu.
Ve druhé odrážce výše je uvedeno: „Celkové napětí obvodu je součtem napětí na jednotlivých LED“. To znamená, že musíte napájet minimálně součet dopředných napětí jednotlivých LED. Podívejme se na to opět na příkladu výše uvedeného obvodu a předpokládejme, že LED je Cree XP-L řízená proudem 1050 mA s dopředným napětím 2,95 V. Součet tří těchto dopředných napětí LED je roven 8,85 Vss. Teoreticky je tedy 8,85 V minimální požadované vstupní napětí pro řízení tohoto obvodu.
Na začátku jsme se zmínili o použití ovladače LED s konstantním proudem, protože tyto výkonové moduly mohou měnit své výstupní napětí tak, aby odpovídalo sériovému obvodu. Jak se LED diody zahřívají, jejich dopředné napětí se mění, proto je důležité použít ovladač, který může měnit své výstupní napětí, ale zachovává stejný výstupní proud. Pro hlubší pochopení ovladačů LED se podívejte sem. Obecně je však důležité se ujistit, že vaše vstupní napětí do ovladače může dodat výstupní napětí rovné nebo vyšší než 8,85 V, které jsme vypočetli výše. Některé ovladače vyžadují o něco vyšší vstupní napětí, aby se zohlednilo napájení vnitřních obvodů ovladače (ovladač BuckBlock potřebuje 2V režii), zatímco jiné mají funkce zesílení (FlexBlock), které umožňují menší vstupní napětí.
Doufejme, že se vám podaří najít ovladač, který dokáže realizovat váš LED obvod s diodami v sérii, nicméně existují okolnosti, které to mohou znemožnit. Někdy nemusí být vstupní napětí dostatečné pro napájení více diod LED v sérii, nebo je možná diod LED příliš mnoho na to, aby byly v sérii, nebo prostě chcete omezit náklady na ovladače LED. Ať už je důvod jakýkoli, zde je návod, jak pochopit a nakonfigurovat paralelní obvod LED.
Paralelní obvod:
Když sériový obvod dostává do každé LED stejný proud, paralelní obvod dostává do každé LED stejné napětí a celkový proud do každé LED je celkový proudový výstup ovladače dělený počtem paralelních LED.
Znovu se nebojte, zde si ukážeme, jak zapojit paralelní obvod LED, a to by mělo pomoci spojit myšlenky dohromady.
V paralelním obvodu jsou všechny kladné spoje svázány dohromady a zpět na kladný výstup ovladače LED a všechny záporné spoje jsou svázány dohromady a zpět na záporný výstup ovladače. Podívejme se na to na obrázku vpravo.
Podle uvedeného příkladu s ovladačem s výstupem 1000 mA by každá LED dostala 333 mA; celkový výstup ovladače (1000 mA) dělený počtem paralelních řetězců (3).
Tady je několik odrážek pro informaci o paralelním obvodu:
- Napětí na každé LED diodě je stejné
- Celkový proud je součtem proudů procházejících každou LED diodou
- Celkový výstupní proud se sdílí přes každý paralelní řetězec
- V každém paralelním řetězci je zapotřebí přesné napětí, aby nedocházelo k zahlcování proudu
Nyní se pobavíme a spojíme je dohromady a nastíníme sériový/paralelní obvod:
Jak název napovídá, sériový/paralelní obvod kombinuje prvky jednotlivých obvodů. Začněme sériovou částí obvodu. Řekněme, že chceme provozovat celkem 9 LED Cree XP-L, každou s proudem 700 mA a 
s napětím 12 Vss; dopředné napětí každé LED při 700 mA je 2,98 Vss. Pravidlo číslo 2 z odrážek sériového zapojení dokazuje, že 12Vdc není dostatečné napětí pro provoz všech 9 LED diod v sérii (9 x 2,98= 26,82Vdc). 12Vdc však stačí na provoz tří sériově zapojených LED (3 x 2,98= 8,94Vdc). A z pravidla paralelního zapojení číslo 3 víme, že celkový výstupní proud se dělí počtem paralelních řetězců. Pokud bychom tedy použili BuckBlock 2100mA a měli tři paralelní řetězce po třech LED diodách v sérii, pak by se 2100mA dělilo třemi a každá série by dostala 700mA. Příkladový obrázek ukazuje toto nastavení.
Pokud se snažíte sestavit pole LED, tento nástroj pro plánování obvodů LED vám pomůže rozhodnout, jaké zapojení použít. Ve skutečnosti vám nabízí několik různých možností různých sériových a sériově/paralelních zapojení, která by fungovala. Jediné, co potřebujete vědět, je vstupní napětí, dopředné napětí LED a kolik LED chcete použít.
Nevýhoda více řetězců LED:
Jednou věcí, kterou je třeba mít na paměti při paralelním a sériovém/paralelním zapojení, je to, že pokud některý řetězec nebo LED vyhoří, LED/řetězec se pak z obvodu vyřadí, takže dodatečná proudová zátěž, která šla na tuto LED, se pak rozdělí na ostatní. U větších soustav to není velký problém, protože proud se rozptýlí v menším množství, ale co obvod s pouhými dvěma LED diodami/řetězci? Proud by se pak zdvojnásobil pro zbývající LED/řetězce, což by mohlo být větší zatížení, než LED zvládne, což by mělo za následek vyhoření a zničení vaší LED! Mějte to vždy na paměti a snažte se mít sestavu, která by nezničila všechny LED diody, pokud by jedna náhodou vyhořela.
Dalším potenciálním problémem je, že i když LED diody pocházejí ze stejné výrobní šarže (stejného binningu), dopředné napětí může mít 20% toleranci. Různá napětí v jednotlivých řetězcích mají za následek, že proud není rozdělen rovnoměrně. Když jeden řetězec odebírá větší proud než druhý, LED diody, které jsou nadměrně napájeny, se zahřívají a jejich dopředná napětí se více mění, což vede k nerovnoměrnějšímu rozdělení proudu; tomu se říká tepelný únik. Viděli jsme mnoho takto nastavených obvodů, které fungují dobře, ale je třeba opatrnosti. Více informací o tomto konceptu a způsobech, jak se mu vyhnout (proudové zrcadlo), naleznete ve skvělém článku zde v rámci LEDmagazine.com.