Mam nadzieję, że osoby szukające praktycznych informacji na temat obwodów elektrycznych i okablowania elementów LED znalazły ten poradnik jako pierwszy. Prawdopodobnie jednak, przeczytałeś już stronę Wikipedii na temat obwodów szeregowo-równoległych tutaj, może kilka innych wyników wyszukiwania Google na ten temat i nadal nie masz jasności lub chcesz uzyskać bardziej szczegółowe informacje, jak to odnosi się do LED. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w edukacji LED, szkoleniu i wyjaśnianiu klientom koncepcji obwodów elektronicznych, zebraliśmy i przygotowaliśmy wszystkie najważniejsze informacje, które pomogą Ci zrozumieć koncepcję obwodów elektrycznych i ich związek z diodami LED.
Przede wszystkim, nie pozwól, aby obwody elektryczne i okablowanie komponentów LED brzmiały zniechęcająco lub zagmatwanie – łączenie diod LED prawidłowo może być proste i łatwe do zrozumienia, jeśli zastosujesz się do tego postu. Zacznijmy od najbardziej podstawowego pytania…
Jakiego typu obwodu powinienem użyć? Czy jeden jest lepszy od drugiego…Szeregowy, równoległy lub szeregowo-równoległy?
Wymagania aplikacji oświetleniowej często dyktują, jaki typ obwodu może być użyty, ale jeśli mamy wybór, najbardziej wydajnym sposobem na uruchomienie diod LED o wysokiej mocy jest użycie obwodu szeregowego ze sterownikiem LED o stałym prądzie. Praca w obwodzie szeregowym pomaga dostarczyć taką samą ilość prądu do każdej diody LED. Oznacza to, że każda dioda LED w obwodzie będzie miała taką samą jasność i nie pozwoli pojedynczej diodzie LED hog więcej prądu niż inna. Kiedy każda dioda LED otrzymuje ten sam prąd, pomaga to wyeliminować problemy takie jak ucieczka termiczna.
Nie martw się, obwód równoległy jest nadal realną opcją i jest często używany; później przedstawimy zarys tego typu obwodu.
Najpierw jednak, owińmy nasze głowy wokół obwodu szeregowego:
Często określany jako 'daisy-chained’ lub 'looped’ prąd w obwodzie szeregowym podąża jedną ścieżką od początku do końca z Anodą (dodatnią) drugiej diody LED połączoną z Katodą (ujemną) pierwszej. Obrazek po prawej stronie pokazuje przykład: Aby okablować obwód szeregowy, taki jak pokazany, wyjście dodatnie ze sterownika łączy się z plusem pierwszej diody LED, a z tej diody wykonuje się połączenie od ujemnego do dodatniego drugiej diody LED i tak dalej, aż do ostatniej diody LED w obwodzie. Wreszcie, ostatnie połączenie LED idzie od negatywu LED do negatywu wyjścia sterownika prądu stałego, tworząc ciągłą pętlę lub łańcuch daisy.
Tutaj jest kilka punktów odniesienia na temat obwodu szeregowego:
- Przez każdą diodę LED płynie taki sam prąd
- Całkowite napięcie w obwodzie jest sumą napięć na każdej diodzie LED
- Jeśli jedna dioda LED zawiedzie, cały obwód nie będzie działał
- Obwody szeregowe są łatwiejsze do okablowania i rozwiązywania problemów
- Zmienne napięcia na każdej diodzie LED są w porządku
Zasilanie obwodu szeregowego:
Koncepcja pętli nie jest już problemem i na pewno wiesz jak ją okablować, ale co powiesz na zasilanie obwodu szeregowego.
Drugi punkt powyżej mówi: „Całkowite napięcie w obwodzie jest sumą napięć na każdej z diod LED”. Oznacza to, że musisz dostarczyć, co najmniej, sumę napięć zasilających każdą diodę LED. Przyjrzyjmy się temu na przykładzie powyższego układu i załóżmy, że dioda LED to Cree XP-L zasilana prądem 1050mA o napięciu 2.95V. Suma trzech takich napięć zasilających diody LED wynosi 8,85Vdc. Teoretycznie więc, 8.85V jest minimalnym wymaganym napięciem wejściowym do wysterowania tego układu.
Na początku wspomnieliśmy o użyciu sterownika LED o stałym prądzie, ponieważ te moduły mocy mogą zmieniać swoje napięcia wyjściowe, aby dopasować obwód szeregowy. Ponieważ diody LED nagrzewają się, ich napięcie wyjściowe zmienia się, więc ważne jest, aby użyć sterownika, który może zmieniać swoje napięcie wyjściowe, ale utrzymywać ten sam prąd wyjściowy. Aby uzyskać więcej informacji na temat sterowników LED zajrzyj tutaj. Ale generalnie ważne jest, aby upewnić się, że napięcie wejściowe do sterownika może dostarczyć napięcie wyjściowe równe lub większe niż 8.85V, które obliczyliśmy powyżej. Niektóre sterowniki wymagają podania nieco większego napięcia wejściowego, aby uwzględnić zasilanie wewnętrznych obwodów sterownika (BuckBlock Driver potrzebuje 2V overhead), podczas gdy inne mają funkcje boostingu (FlexBlock), które pozwalają na podanie mniejszej wartości.
Miejmy nadzieję, że jesteś w stanie znaleźć sterownik, który może zrealizować Twój obwód LED z diodami w szeregu, jednak są okoliczności, które mogą to uniemożliwić. Czasami napięcie wejściowe może nie być wystarczające do zasilania wielu diod LED w szeregu, a może jest zbyt wiele diod LED, aby mieć je w szeregu lub po prostu chcesz ograniczyć koszt sterowników LED. Niezależnie od powodu, oto jak zrozumieć i skonfigurować równoległy obwód LED.
Obwód równoległy:
Gdy obwód szeregowy otrzymuje taki sam prąd do każdej diody LED, obwód równoległy otrzymuje takie samo napięcie do każdej diody LED, a całkowity prąd do każdej diody LED jest całkowitym prądem wyjściowym sterownika podzielonym przez liczbę równoległych diod LED.
Jeszcze raz, nie martw się, tutaj zobaczymy jak okablować równoległy obwód LED i to powinno pomóc powiązać pomysły razem.
W obwodzie równoległym wszystkie dodatnie połączenia są powiązane razem i z powrotem do dodatniego wyjścia sterownika LED i wszystkie ujemne połączenia są powiązane razem i z powrotem do ujemnego wyjścia sterownika. Spójrzmy na to na obrazku po prawej stronie.
Patrząc na przedstawiony przykład ze sterownikiem o mocy wyjściowej 1000mA, każda dioda LED otrzyma 333mA; całkowita moc wyjściowa sterownika (1000mA) podzielona przez liczbę równoległych łańcuchów (3).
A oto kilka punktów odniesienia na temat obwodu równoległego:
- Napięcie na każdej diodzie jest takie samo
- Całkowity prąd jest sumą prądów płynących przez każdą diodę
- Całkowity prąd wyjściowy jest dzielony przez każdy równoległy ciąg
- Dokładne napięcia są wymagane w każdym równoległym ciągu, aby pomóc uniknąć zatykania prądów
Teraz, zabawmy się trochę i połączmy je razem i nakreślmy obwód szeregowo-równoległy:
Jak sama nazwa wskazuje obwód szeregowo-równoległy łączy elementy każdego z obwodów. Zacznijmy od części szeregowej obwodu. Powiedzmy, że chcemy uruchomić 9 diod Cree XP-L LED przy 700mA każda z 
napięciu 12Vdc; napięcie zasilania każdej z diod przy 700mA wynosi 2.98Vdc. Zasada numer 2 z wypunktowanych punktów obwodu szeregowego dowodzi, że 12Vdc nie jest wystarczającym napięciem do zasilania wszystkich 9 diod LED w szeregu (9 x 2.98= 26.82Vdc). Jednakże, 12Vdc jest wystarczające do zasilania trzech diod w szeregu (3 x 2.98= 8.94Vdc). A z zasady obwodu równoległego nr 3 wiemy, że całkowity prąd wyjściowy dzieli się przez liczbę równoległych ciągów. Jeśli więc użylibyśmy BuckBlocka 2100mA i mielibyśmy trzy równoległe ciągi po 3 diody LED w szeregu, to 2100mA zostałoby podzielone przez trzy i każdy ciąg otrzymałby 700mA. Przykładowy obrazek pokazuje taką konfigurację.
Jeśli próbujesz stworzyć tablicę LED, to narzędzie do planowania obwodów LED pomoże Ci zdecydować jaki obwód zastosować. W rzeczywistości daje ono kilka różnych opcji różnych układów szeregowych i szeregowo-równoległych, które będą działać. Wszystko co musisz wiedzieć to napięcie wejściowe, napięcie diody LED i ile diod chcesz użyć.
Wadliwość wielu łańcuchów LED:
Jedną z rzeczy, o których należy pamiętać w przypadku obwodów równoległych i szeregowo-równoległych jest to, że jeśli łańcuch lub dioda LED się przepali, dioda zostanie odcięta od obwodu, więc dodatkowe obciążenie prądowe, które było skierowane do tej diody zostanie rozłożone na resztę. Nie jest to wielki problem przy większych tablicach, ponieważ prąd będzie rozpraszany w mniejszych ilościach, ale co z obwodem z tylko 2 ledami/strunami? Prąd byłby wtedy podwojony dla pozostałej diody/łańcucha, co może być większym obciążeniem niż dioda może obsłużyć, co spowoduje przepalenie i zniszczenie diody! Upewnij się, że zawsze masz to na uwadze i postaraj się mieć taki układ, który nie zrujnuje wszystkich diod LED, jeśli jedna się przepali.
Innym potencjalnym problemem jest to, że nawet jeśli diody LED pochodzą z tej samej partii produkcyjnej (ten sam podział), napięcie wejściowe może nadal mieć 20% tolerancji. Różnica napięć w poszczególnych łańcuchach powoduje, że prąd nie jest dzielony równo. Gdy jeden ciąg pobiera więcej prądu niż drugi, diody LED będą się nadmiernie nagrzewać i ich napięcia zasilające będą się bardziej zmieniać, co spowoduje bardziej nierówny podział prądu; jest to tzw. ucieczka termiczna. Widzieliśmy wiele tak skonfigurowanych obwodów, które działają dobrze, ale należy zachować ostrożność. Więcej informacji na temat tej koncepcji i sposobów na jej uniknięcie (current mirror) można znaleźć w świetnym artykule na łamach LEDmagazine.com.