Az elektromos áramkörökkel és a LED alkatrészek bekötésével kapcsolatos gyakorlati információkat keresők remélhetőleg először ezt az útmutatót találták meg. Valószínű azonban, hogy már elolvasta a Wikipedia oldalát a soros és párhuzamos áramkörökről itt, esetleg néhány más Google keresési eredményt a témában, és még mindig nem világos, vagy még több konkrét információt szeretne a LED-ekre vonatkozóan. Mivel évek óta nyújtunk LED-oktatást, képzést és magyarázzuk el az elektronikus áramkörök koncepcióját az ügyfeleknek, összegyűjtöttük és előkészítettük az összes kritikus információt, amely szükséges ahhoz, hogy segítsünk megérteni az elektromos áramkörök fogalmát és a LED-ekkel való kapcsolatukat.
Először is, ne hagyja, hogy az elektromos áramkörök és a LED-alkatrészek bekötése ijesztően vagy zavarosan hangozzon – a LED-ek helyes csatlakoztatása egyszerű lehet és könnyen érthetővé válik, ha követi ezt a bejegyzést. Kezdjük a legalapvetőbb kérdéssel…
Milyen típusú áramkört használjak?
Egyik jobb, mint a másik…Soros, párhuzamos vagy soros/párhuzamos?
A világítási alkalmazás követelményei gyakran diktálják, hogy milyen típusú áramkör használható, de ha van választási lehetőség, a nagy teljesítményű LED-ek működtetésének leghatékonyabb módja a soros áramkör használata állandó áramú LED-meghajtóval. A soros áramkör futtatása segít abban, hogy minden egyes LED-nek azonos mennyiségű áramot biztosítson. Ez azt jelenti, hogy az áramkörben minden LED ugyanolyan fényerősségű lesz, és nem teszi lehetővé, hogy egyetlen LED több áramot vegyen fel, mint egy másik. Ha minden LED ugyanazt az áramot kapja, ez segít kiküszöbölni az olyan problémákat, mint a termikus elszabadulás.
Ne aggódjon, a párhuzamos áramkör még mindig életképes lehetőség, és gyakran használják; később ismertetjük ezt az áramkörtípust.
Először azonban tekerjük át a fejünket a soros áramkörön:
A soros áramkörben az áram az elejétől a végéig egy útvonalon halad, a második LED anódja (pozitív) az első LED katódjához (negatív) csatlakozik. A jobb oldali képen egy példa látható: Az ábrához hasonló soros áramkör bekötéséhez a meghajtó pozitív kimenete az első LED pozitívjához csatlakozik, és ettől a LED-től a negatívról a második LED pozitívjához csatlakozik, és így tovább, egészen az áramkör utolsó LED-jéig. Végül az utolsó LED csatlakozása a LED negatívjáról az állandó áramú meghajtó negatív kimenetére megy, így egy folyamatos hurok vagy daisy chain jön létre.
Itt van néhány felsorolás a soros áramkörről:
- Minden LED-en ugyanaz az áram folyik keresztül
- Az áramkör teljes feszültsége az egyes LED-eken mért feszültségek összege
- Ha egy LED meghibásodik, az egész áramkör nem működik
- A soros áramköröket könnyebb bekötni és hibaelhárítani
- A LED-eken mért feszültségek változása rendben van
A soros áramkör táplálása:
A hurok koncepció mostanra már nem jelent problémát, és biztosan ki tudtad találni, hogyan kell bekötni, de mi a helyzet a soros áramkör tápellátásával.
A fenti második pont szerint: “Az áramkör teljes feszültsége az egyes LED-eken mért feszültségek összege”. Ez azt jelenti, hogy legalább az egyes LED-ek előremenő feszültségeinek összegét kell táplálnod. Nézzük meg ezt a fenti áramkört ismét példaként, és tegyük fel, hogy a LED egy Cree XP-L, amelyet 1050mA-nál hajtanak 2,95V-os előremenő feszültséggel. A három ilyen LED előremenő feszültségének összege 8,85Vdc. Tehát elméletileg 8,85V a minimálisan szükséges bemeneti feszültség ennek az áramkörnek a meghajtásához.
Az elején említettük, hogy állandó áramú LED-meghajtót használunk, mivel ezek a teljesítménymodulok a kimeneti feszültségüket a soros áramkörhöz igazítva változtathatják. Ahogy a LED-ek felmelegednek, az előremenő feszültségük megváltozik, ezért fontos, hogy olyan meghajtót használjunk, amely képes változtatni a kimeneti feszültségét, de megtartja ugyanazt a kimeneti áramot. A LED-meghajtók mélyebb megértéséhez nézze meg itt. De általánosságban fontos meggyőződni arról, hogy a meghajtó bemeneti feszültsége képes olyan kimeneti feszültséget biztosítani, amely egyenlő vagy nagyobb, mint a fenti 8,85V, amit fentebb számoltunk. Egyes meghajtóknál valamivel többet kell bevinni, hogy figyelembe vegyük a meghajtó belső áramköreinek táplálását (a BuckBlock meghajtónak 2V-os többletre van szüksége), míg másoknak vannak olyan erősítő (FlexBlock) funkciói, amelyek lehetővé teszik, hogy kevesebbet adjon be.
Hopikailag képes olyan meghajtót találni, amely képes a LED-áramkört a diódák sorba rendezésével megvalósítani, azonban vannak olyan körülmények, amelyek lehetetlenné tehetik ezt. Néha előfordulhat, hogy a bemeneti feszültség nem elegendő több LED sorozatban történő táplálásához, vagy talán túl sok LED van ahhoz, hogy sorozatban legyen, vagy egyszerűen csak korlátozni szeretné a LED-meghajtók költségeit. Bármi legyen is az ok, itt van, hogyan kell megérteni és konfigurálni egy párhuzamos LED áramkört.
Párhuzamos áramkör:
Ahol egy soros áramkör minden LED-re ugyanazt az áramot kapja, egy párhuzamos áramkör minden LED-re ugyanazt a feszültséget kapja, és az egyes LED-ekre jutó teljes áram a meghajtó teljes kimeneti áramát osztva a párhuzamos LED-ek számával.
Még egyszer, ne aggódjon, itt megnézzük, hogyan kell párhuzamos LED-áramkört bekötni, és ez segít összekötni az ötleteket.
A párhuzamos áramkörben az összes pozitív csatlakozást összekötjük, és vissza a LED-meghajtó pozitív kimenetére, az összes negatív csatlakozást pedig összekötjük, és vissza a meghajtó negatív kimenetére. Nézzük meg ezt a jobb oldali képen.
A bemutatott példát használva egy 1000mA kimeneti meghajtóval, minden LED 333mA-t kapna; a meghajtó teljes kimenete (1000mA) osztva a párhuzamos szálak számával (3).
Itt van néhány gomolygó pont a párhuzamos áramkörrel kapcsolatban:
- A feszültség minden LED-en ugyanaz
- A teljes áram az egyes LED-eken áthaladó áramok összege
- A teljes kimeneti áram minden párhuzamos szálon keresztül oszlik meg
- Pontos feszültségekre van szükség minden párhuzamos szálban, hogy elkerüljük az áramfelvételt
Most szórakozzunk egy kicsit, és kombináljuk őket, és vázoljunk fel egy soros/párhuzamos áramkört:
Amint a neve is mutatja, a soros/párhuzamos áramkör egyesíti az egyes áramkörök elemeit. Kezdjük az áramkör soros részével. Tegyük fel, hogy összesen 9 Cree XP-L LED-et akarunk futtatni 700mA-nél egyenként 
12Vdc feszültséggel; minden LED előremenő feszültsége 700mA-nél 2,98Vdc. A 2. számú szabály a soros áramköri pontokból bizonyítja, hogy a 12Vdc nem elegendő feszültség mind a 9 LED sorozatban történő működtetéséhez (9 x 2,98= 26,82Vdc). A 12Vdc azonban elegendő három sorba kapcsolt LED működtetéséhez (3 x 2,98= 8,94Vdc). És a 3. számú párhuzamos áramköri szabályból tudjuk, hogy a teljes kimenő áramot elosztjuk a párhuzamos szálak számával. Tehát, ha egy 2100mA BuckBlockot használnánk, és három párhuzamos 3 LED soros párhuzamos sorozata lenne, akkor a 2100mA-t hárommal osztanánk, és minden sorozat 700mA-t kapna. A példakép ezt a beállítást mutatja.
Ha egy LED-sorozatot próbál létrehozni, ez a LED-áramköri tervezőeszköz segít eldönteni, hogy milyen áramkört használjon. Valójában több különböző lehetőséget ad különböző soros és soros/párhuzamos áramkörökre, amelyek működnének. Mindössze annyit kell tudnia, hogy a bemeneti feszültséget, a LED-ek előremenő feszültségét és azt, hogy hány LED-et szeretne használni.
A több LED-szál hátránya:
A párhuzamos és soros/párhuzamos áramkörök futtatásával kapcsolatban azt kell szem előtt tartania, hogy ha egy szál vagy LED kiég, akkor a LED/szál ki lesz vágva az áramkörből, így az extra áramterhelés, amely arra a LED-re ment, a többiekre fog szétosztódni. Ez nem egy hatalmas probléma nagyobb tömböknél, mivel az áram kisebb mennyiségben oszlik el, de mi a helyzet egy áramkörrel, ahol csak 2 led/szál van? Az áram ekkor megduplázódna a megmaradt LED/szál számára, ami nagyobb terhelést jelenthet, mint amit a LED kezelni tud, ami kiégéshez és a LED tönkretételéhez vezet! Győződjön meg róla, hogy ezt mindig szem előtt tartja, és próbáljon meg egy olyan beállítással rendelkezni, amely nem teszi tönkre az összes LED-et, ha az egyik véletlenül kiégne.
Egy másik lehetséges probléma, hogy még akkor is, ha a LED-ek ugyanabból a gyártási tételből származnak (ugyanaz a binning), az előremenő feszültség még mindig 20%-os tűréshatárral rendelkezik. A különálló szálak közötti eltérő feszültségek azt eredményezik, hogy az áram nem egyenlően oszlik meg. Ha az egyik szál több áramot vesz fel, mint a másik, a túlhajtott LED-ek felmelegednek, és az előremenő feszültségük jobban változik, ami még egyenlőtlenebb árammegosztást eredményez; ezt nevezik termikus elszabadulásnak. Sok ilyen módon beállított áramkört láttunk már jól működni, de óvatosságra van szükség. További információért erről a koncepcióról és az elkerülésének módjáról (áramtükör) van egy nagyszerű cikk itt a LEDmagazine.com-on belül.