Spero che chi cerca informazioni pratiche sui circuiti elettrici e sul cablaggio dei componenti LED abbia trovato prima questa guida. È probabile, però, che tu abbia già letto la pagina di Wikipedia sui circuiti in serie e in parallelo qui, forse qualche altro risultato di ricerca su Google sull’argomento e sei ancora poco chiaro o vuoi informazioni più specifiche per quanto riguarda i LED. Con anni di istruzione, formazione e spiegazione del concetto di circuito elettronico ai clienti, abbiamo raccolto e preparato tutte le informazioni critiche necessarie per aiutarvi a capire il concetto di circuiti elettrici e la loro relazione con i LED.
Prima di tutto, non lasciate che i circuiti elettrici e il cablaggio dei componenti LED sembrino scoraggianti o confusi – collegare i LED correttamente può essere semplice e facile da capire se si segue questo post. Iniziamo con la domanda più elementare…
Che tipo di circuito dovrei usare?
Uno è meglio dell’altro…Serie, Parallelo o Serie/Parallelo?
I requisiti di un’applicazione di illuminazione spesso dettano quale tipo di circuito può essere utilizzato, ma se viene data la scelta, il modo più efficiente per eseguire LED ad alta potenza è utilizzando un circuito serie con un driver LED a corrente costante. L’esecuzione di un circuito in serie aiuta a fornire la stessa quantità di corrente a ciascun LED. Questo significa che ogni LED nel circuito sarà la stessa luminosità e non permetterà a un singolo LED di monopolizzare più corrente di un altro. Quando ogni LED riceve la stessa corrente, aiuta ad eliminare problemi come la fuga termica.
Non preoccuparti, un circuito parallelo è ancora un’opzione valida e usata spesso; più avanti descriveremo questo tipo di circuito.
Prima però, cerchiamo di capire un circuito in serie:
Spesso chiamato ‘daisy-chained’ o ‘looped’ la corrente in un circuito in serie segue un percorso dall’inizio alla fine con l’anodo (positivo) del secondo LED collegato al catodo (negativo) del primo. L’immagine a destra mostra un esempio: Per cablare un circuito in serie come quello mostrato, l’uscita positiva dal driver si collega al positivo del primo LED e da quel LED si effettua un collegamento dal negativo al positivo del secondo LED e così via, fino all’ultimo LED del circuito. Infine, il collegamento dell’ultimo LED va dal negativo del LED all’uscita negativa del driver a corrente costante, creando un ciclo continuo o daisy chain.
Qui ci sono alcuni punti di riferimento su un circuito in serie:
- La stessa corrente scorre attraverso ogni LED
- La tensione totale del circuito è la somma delle tensioni attraverso ogni LED
- Se un LED si guasta, l’intero circuito non funziona
- I circuiti in serie sono più facili da cablare e da risolvere
- Tensioni variabili attraverso ogni LED vanno bene
Alimentazione di un circuito in serie:
Il concetto di loop non è un problema ormai e sicuramente potresti capire come cablarlo, ma che ne dici di alimentare un circuito in serie.
Il secondo punto sopra afferma: “La tensione totale del circuito è la somma delle tensioni attraverso ogni LED”. Questo significa che dovete fornire, come minimo, la somma delle tensioni in avanti di ogni LED. Diamo un’occhiata a questo usando ancora il circuito di cui sopra come esempio e supponiamo che il LED sia un Cree XP-L guidato a 1050mA con una tensione diretta di 2.95V. La somma di tre di queste tensioni in avanti del LED è uguale a 8.85Vdc. Quindi, teoricamente, 8.85V è la tensione d’ingresso minima richiesta per pilotare questo circuito.
In principio, abbiamo menzionato l’uso di un driver LED a corrente costante perché questi moduli di potenza possono variare le loro tensioni di uscita per adattarsi al circuito in serie. Quando i LED si riscaldano le loro tensioni in avanti cambiano, quindi è importante usare un driver che può variare la sua tensione di uscita, ma mantenere la stessa corrente di uscita. Per una comprensione più approfondita dei driver LED date un’occhiata qui. Ma, in generale, è importante assicurarsi che la tensione di ingresso nel driver possa fornire una tensione di uscita uguale o superiore agli 8.85V che abbiamo calcolato sopra. Alcuni driver richiedono di immettere un po’ di più per tenere conto dell’alimentazione dei circuiti interni del driver (il BuckBlock Driver ha bisogno di 2V in più), mentre altri hanno caratteristiche di boosting (FlexBlock) che ti permettono di immettere meno.
Spero che tu sia in grado di trovare un driver che possa realizzare il tuo circuito LED con i diodi in serie, tuttavia ci sono circostanze che potrebbero renderlo impossibile. A volte la tensione di ingresso potrebbe non essere sufficiente per alimentare più LED in serie, o forse ci sono troppi LED da avere in serie o semplicemente si vuole limitare il costo dei driver LED. Qualunque sia la ragione, ecco come capire e configurare un circuito LED in parallelo.
Circuito parallelo:
Mentre un circuito in serie riceve la stessa corrente per ogni LED, un circuito parallelo riceve la stessa tensione per ogni LED e la corrente totale per ogni LED è la corrente totale in uscita del driver divisa per il numero di LED in parallelo.
Ancora una volta, non preoccupatevi, qui vedremo come cablare un circuito LED in parallelo e questo dovrebbe aiutare a legare le idee insieme.
In un circuito parallelo tutte le connessioni positive sono legate tra loro e all’uscita positiva del driver LED e tutte le connessioni negative sono legate tra loro e all’uscita negativa del driver. Diamo un’occhiata a questo nell’immagine a destra.
Usando l’esempio mostrato con un driver da 1000mA di uscita, ogni LED riceverebbe 333mA; l’uscita totale del driver (1000mA) diviso il numero di stringhe parallele (3).
Qui ci sono alcuni punti di riferimento su un circuito parallelo:
- La tensione attraverso ogni LED è la stessa
- La corrente totale è la somma delle correnti attraverso ogni LED
- La corrente di uscita totale è condivisa attraverso ogni stringa parallela
- Tensioni esatte sono richieste in ogni stringa parallela per aiutare ad evitare il blocco della corrente
Ora, divertiamoci a combinarle insieme e delineare un circuito serie/parallelo:
Come il nome implica un circuito serie/parallelo combina elementi di ogni circuito. Iniziamo con la parte in serie del circuito. Diciamo che vogliamo far funzionare un totale di 9 LED Cree XP-L a 700mA ciascuno con 
una tensione di 12Vdc; la tensione in avanti di ogni LED a 700mA è 2.98Vdc. La regola numero 2 dei punti del circuito in serie dimostra che 12Vdc non è una tensione sufficiente per far funzionare tutti e 9 i LED in serie (9 x 2,98= 26,82Vdc). Tuttavia, 12Vdc è sufficiente per far funzionare tre LED in serie (3 x 2,98= 8,94Vdc). E, dalla regola numero 3 del circuito parallelo, sappiamo che la corrente totale in uscita viene divisa per il numero di stringhe parallele. Quindi, se dovessimo usare un BuckBlock da 2100mA e avere tre stringhe parallele di 3 LED in serie, allora i 2100mA verrebbero divisi per tre e ogni serie riceverebbe 700mA. L’immagine di esempio mostra questo set-up.
Se stai cercando di impostare un array di LED questo strumento di pianificazione del circuito LED ti aiuterà a decidere quale circuito utilizzare. In realtà ti dà diverse opzioni di diverse serie e circuiti serie/parallelo che funzionerebbero. Tutto quello che dovete sapere è la vostra tensione di ingresso, LED avanti tensione e quanti LED che si desidera utilizzare.
La rovina di più stringhe di LED:
Una cosa da tenere a mente circa l’esecuzione di circuiti paralleli e serie/parallelo è che se una stringa o LED si brucia, il LED/stringa sarà poi tagliato fuori del circuito così il carico di corrente supplementare che stava andando a quel LED sarà poi distribuito al resto. Questo non è un problema enorme con array più grandi in quanto la corrente sarà dispersa in quantità minori, ma che dire di un circuito con solo 2 led/corde? La corrente verrebbe quindi raddoppiata per il LED/stringa rimasto che potrebbe essere un carico maggiore di quello che il LED può gestire con conseguente bruciatura e rovinare il tuo LED! Assicurati di tenerlo sempre a mente e cerca di avere un set up che non rovini tutti i tuoi LED se uno dovesse bruciarsi.
Un altro potenziale problema è che anche quando i LED vengono dallo stesso lotto di produzione (stesso binning) la tensione in avanti può ancora avere una tolleranza del 20%. Le tensioni variabili su stringhe separate fanno sì che la corrente non sia divisa equamente. Quando una stringa assorbe più corrente di un’altra, i LED sovralimentati si riscaldano e le loro tensioni in avanti cambiano di più, con il risultato di una condivisione di corrente più disuguale; questo è chiamato runaway termico. Abbiamo visto molti circuiti impostati in questo modo funzionare bene, ma è richiesta cautela. Per maggiori informazioni su questo concetto e sui modi per evitarlo (specchio di corrente) c’è un grande articolo qui su LEDmagazine.com.