Hooplijk hebben degenen die op zoek zijn naar praktische informatie over elektrische schakelingen en het bedraden van LED-componenten deze gids als eerste gevonden. Het is echter waarschijnlijk dat u de Wikipedia-pagina over serie- en parallelschakelingen hier al hebt gelezen, misschien een paar andere Google-zoekresultaten over het onderwerp en nog steeds onduidelijk bent of meer specifieke informatie wilt als het gaat om LED’s. Met jaren van het verstrekken van LED onderwijs, training en het uitleggen van het elektronische circuit concept aan klanten, hebben we alle kritische informatie verzameld en voorbereid die nodig is om u te helpen het concept van elektrische circuits en hun relatie tot LED’s te begrijpen.
Vooreerst dingen eerst, laat elektrische circuits en het bedraden van LED-componenten niet ontmoedigend of verwarrend klinken – het correct aansluiten van LED’s kan eenvoudig zijn en gemakkelijk te begrijpen als u dit bericht volgt. Laten we beginnen met de meest fundamentele vraag…
Welk type schakeling moet ik gebruiken?
Is de ene beter dan de andere…Serie, Parallel of Serie/Parallel?
De eisen van een verlichtingstoepassing dicteren vaak welk type schakeling kan worden gebruikt, maar als je de keuze hebt, is de meest efficiënte manier om LED’s met een hoog vermogen te laten werken het gebruik van een serieschakeling met een constante stroom LED-driver. Een serieschakeling helpt om elke LED dezelfde hoeveelheid stroom te geven. Dit betekent dat elke LED in het circuit dezelfde helderheid heeft en dat de ene LED niet meer stroom kan gebruiken dan de andere. Wanneer elke LED dezelfde stroom krijgt, helpt dit om problemen zoals thermische runaway te voorkomen.
Maak je geen zorgen, een parallelschakeling is nog steeds een haalbare optie en wordt vaak gebruikt; later zullen we dit type schakeling schetsen.
Laten we ons eerst eens indenken hoe een serieschakeling eruit ziet:
Vaak aangeduid als ‘daisy-chained’ of ‘looped’ volgt de stroom in een serieschakeling één pad van begin tot eind, waarbij de anode (positief) van de tweede LED is verbonden met de kathode (negatief) van de eerste. De afbeelding rechts toont een voorbeeld: Om een serieschakeling zoals afgebeeld te bedraden, wordt de positieve uitgang van de driver aangesloten op de positieve van de eerste LED en vanaf die LED wordt een verbinding gemaakt van de negatieve naar de positieve van de tweede LED en zo verder, tot de laatste LED in de schakeling. Tenslotte gaat de laatste LED-aansluiting van de negatieve van de LED naar de negatieve uitgang van de constante stroom driver, waardoor een continue lus of daisy chain ontstaat.
Hier volgen een paar bulletpoints ter referentie over een serieschakeling:
- Door elke LED stroomt dezelfde stroom
- De totale spanning van de schakeling is de som van de spanningen over elke LED
- Als één LED uitvalt, werkt de hele schakeling niet
- Serie-schakelingen zijn eenvoudiger te bedraden en problemen op te lossen
- Variabele spanningen over elke LED is prima
Een serieschakeling van stroom voorzien:
Het lusconcept is inmiddels geen probleem meer en je kunt vast wel bedenken hoe je het bedraadt, maar hoe zit het met het voeden van een serieschakeling.
In de tweede bullet hierboven staat: “De totale spanning van de schakeling is de som van de spanningen over elke LED”. Dit betekent dat je minimaal de som van de voorwaartse spanningen van elke LED moet leveren. Laten we dit eens bekijken aan de hand van de bovenstaande schakeling en aannemen dat de LED een Cree XP-L is die wordt aangestuurd op 1050mA met een voorwaartse spanning van 2,95V. De som van drie van deze voorwaartse spanningen van de LED’s is gelijk aan 8,85Vdc. Theoretisch is 8,85 V dus de minimaal vereiste ingangsspanning om deze schakeling aan te sturen.
In het begin hadden we het over het gebruik van een constante stroom LED-driver omdat deze powermodules hun uitgangsspanningen kunnen variëren om aan te sluiten bij de serieschakeling. Als LEDs opwarmen, veranderen hun voorwaartse spanningen, dus is het belangrijk om een driver te gebruiken die zijn uitgangsspanning kan variëren, maar dezelfde uitgangsstroom kan houden. Voor een beter begrip van LED-drivers kunt u hier kijken. Maar in het algemeen is het belangrijk om er zeker van te zijn dat de ingangsspanning in de driver een uitgangsspanning kan leveren die gelijk is aan of hoger is dan de 8.85V die we hierboven hebben berekend. Sommige drivers hebben iets meer ingangsspanning nodig om het interne circuit van de driver te voeden (de BuckBlock Driver heeft een overhead van 2V nodig), terwijl andere boosting (FlexBlock) functies hebben waardoor u minder ingangsspanning kunt gebruiken.
Hopelijkerwijs kunt u een driver vinden die uw LED schakeling kan uitvoeren met de diodes in serie, maar er zijn omstandigheden die dit onmogelijk kunnen maken. Soms is de ingangsspanning niet voldoende om meerdere LED’s in serie aan te sturen, of misschien zijn er te veel LED’s om in serie te schakelen, of u wilt gewoon de kosten van LED-drivers beperken. Wat de reden ook is, hier is hoe u een parallelle LED-schakeling moet begrijpen en configureren.
Parallelle schakeling:
Waar een serieschakeling dezelfde stroom krijgt naar elke LED, krijgt een parallelle schakeling dezelfde spanning naar elke LED en de totale stroom naar elke LED is de totale stroomuitgang van de driver gedeeld door het aantal parallelle LED’s.
In een parallelschakeling worden alle positieve aansluitingen aan elkaar geknoopt en teruggevoerd naar de positieve uitgang van de LED-driver en alle negatieve aansluitingen aan elkaar geknoopt en teruggevoerd naar de negatieve uitgang van de driver. Laten we dit eens bekijken in de afbeelding rechts.
Gebruik makend van het getoonde voorbeeld met een 1000mA output driver, zou elke LED 333mA ontvangen; de totale output van de driver (1000mA) gedeeld door het aantal parallelle strings (3).
Hier volgen een paar punten ter referentie over een parallelschakeling:
- De spanning over elke LED is gelijk
- De totale stroom is de som van de stromen door elke LED
- De totale uitgangsstroom wordt gedeeld door elke parallelle string
- Exacte spanningen zijn vereist in elke parallelle string om te voorkomen dat de stroom wegvloeit
Nou, laten we eens wat leuks doen en deze combineren en een serie/parallelle schakeling schetsen:
Zoals de naam al zegt, combineert een serie/parallelle schakeling elementen van beide schakelingen. Laten we beginnen met het serie-gedeelte van de schakeling. Laten we zeggen dat we in totaal 9 Cree XP-L LEDs willen gebruiken bij 700mA elk met 
een spanning van 12Vdc; de voorwaartse spanning van elke LED bij 700mA is 2.98Vdc. Regel nummer 2 uit de serie schakeling bullet points bewijst dat 12Vdc niet genoeg spanning is om alle 9 LEDs in serie te laten werken (9 x 2.98= 26.82Vdc). Maar 12Vdc is wel genoeg om drie LED’s in serie te laten werken (3 x 2.98= 8.94Vdc). En, van de parallelschakelingsregel nummer 3 weten wij dat de totale stroomoutput wordt gedeeld door het aantal parallelle strings. Als we dus een 2100mA BuckBlock gebruiken en drie parallelle reeksen van 3 LED’s in serie schakelen, dan wordt de 2100mA door drie gedeeld en ontvangt elke reeks 700mA. De voorbeeld afbeelding laat deze opstelling zien.
Als je een LED array probeert op te zetten, zal deze LED circuit planning tool je helpen beslissen welk circuit je gaat gebruiken. Het geeft u in feite verschillende opties van verschillende serie en serie/parallel schakelingen die zouden werken.
Het nadeel van meerdere LED-strings:
Eén ding dat u in gedachten moet houden bij parallelle en serie/parallelle schakelingen is dat als een string of LED doorbrandt, de LED/string uit de schakeling wordt gehaald, zodat de extra stroom die naar die LED ging, over de rest wordt verdeeld. Dit is geen groot probleem bij grotere arrays omdat de stroom dan in kleinere hoeveelheden wordt verdeeld, maar hoe zit het met een schakeling met slechts 2 leds/strings? De stroom zou dan verdubbeld worden voor de overgebleven LED/string, wat een hogere belasting zou kunnen zijn dan de LED aankan, resulterend in een burn out en het ruïneren van je LED! Zorg ervoor dat u dit altijd in gedachten houdt en probeer een opstelling te hebben die niet al uw LED’s zou ruïneren als er toevallig een doorbrandt.
Een ander potentieel probleem is dat zelfs wanneer LED’s uit dezelfde productiebatch komen (dezelfde binning) de voorwaartse spanning nog steeds een tolerantie van 20% kan hebben. Als de spanningen over afzonderlijke strings verschillen, wordt de stroom niet gelijk verdeeld. Als de ene string meer stroom trekt dan de andere, zullen de LED’s die te sterk worden aangestuurd, opwarmen en zullen hun voorwaartse spanningen meer veranderen, wat resulteert in meer ongelijke stroomverdeling; dit wordt thermische runaway genoemd. We hebben veel circuits gezien die op deze manier zijn opgezet en die goed werken, maar voorzichtigheid is geboden. Voor meer informatie over dit concept en manieren om het te helpen vermijden (huidige spiegel) is er een geweldig artikel hier binnen LEDmagazine.com.