Cablarea corectă a LED-urilor: Explicarea circuitelor serie și paralelă!

Sperăm că cei care caută informații practice despre circuitele electrice și cablarea componentelor LED au găsit mai întâi acest ghid. Este probabil însă, că ați citit deja pagina Wikipedia despre circuitele seriale și paralele de aici, poate și alte câteva rezultate ale căutării pe Google pe această temă și încă nu v-ați lămurit sau doriți informații mai specifice în ceea ce privește LED-urile. Cu ani de zile de furnizare a educației privind LED-urile, de instruire și de explicare a conceptului de circuit electronic clienților, am adunat și pregătit toate informațiile critice necesare pentru a vă ajuta să înțelegeți conceptul de circuite electrice și relația lor cu LED-urile.

Primele lucruri mai întâi, nu lăsați circuitele electrice și cablarea componentelor LED să sune descurajant sau confuz – conectarea corectă a LED-urilor poate fi simplă și ușor de înțeles dacă urmați această postare. Să începem cu cea mai elementară întrebare…

Ce tip de circuit ar trebui să folosesc?
Este unul mai bun decât celălalt…Serie, Paralel sau Serie/Paralel?

Revendicările unei aplicații de iluminat dictează adesea ce tip de circuit poate fi folosit, dar dacă aveți posibilitatea de a alege, cel mai eficient mod de a face să funcționeze LED-uri de mare putere este folosirea unui circuit serie cu un driver LED cu curent constant. Rularea unui circuit în serie ajută la furnizarea aceleiași cantități de curent pentru fiecare LED. Acest lucru înseamnă că fiecare LED din circuit va avea aceeași luminozitate și nu va permite unui singur LED să acapareze mai mult curent decât altul. Atunci când fiecare LED primește același curent, ajută la eliminarea unor probleme, cum ar fi fuga termică.

Nu vă faceți griji, un circuit paralel este încă o opțiune viabilă și este folosit adesea; mai târziu vom prezenta acest tip de circuit.

Primar însă, să ne concentrăm asupra unui circuit în serie:

Deseori denumit „în lanț” sau „în buclă”, curentul într-un circuit în serie urmează o singură cale de la început până la sfârșit, cu anodul (pozitiv) al celui de-al doilea LED conectat la catodul (negativ) al primului. Imaginea din dreapta prezintă un exemplu: Pentru a cabla un circuit în serie ca cel prezentat, ieșirea pozitivă de la driver se conectează la pozitiv al primului LED, iar de la acest LED se face o conexiune de la negativ la pozitiv al celui de-al doilea LED și așa mai departe, până la ultimul LED din circuit. În cele din urmă, conexiunea ultimului LED merge de la negativul LED-ului la ieșirea negativă a driverului de curent constant, creând o buclă continuă sau un lanț de margarete.

Iată câteva puncte de referință despre un circuit în serie:

1. Același curent trece prin fiecare LED
2. Tensiunea totală a circuitului este suma tensiunilor de la fiecare LED
3. Dacă un LED se defectează, întregul circuit nu va funcționa
4. Circuitele în serie sunt mai ușor de cablat și de depanat
5. Variația tensiunilor de la fiecare LED este în regulă

Alimentarea unui circuit în serie:

Conceptul de buclă nu este o problemă până acum și cu siguranță v-ați putut da seama cum să îl cablați, dar ce ziceți de alimentarea unui circuit în serie.

La al doilea punct de mai sus se afirmă: „Tensiunea totală a circuitului este suma tensiunilor de la fiecare LED”. Acest lucru înseamnă că trebuie să alimentați, cel puțin, suma tensiunilor directe ale fiecărui LED. Să ne uităm la acest lucru folosind din nou circuitul de mai sus ca exemplu și să presupunem că LED-ul este un Cree XP-L condus la 1050mA cu o tensiune directă de 2,95V. Suma a trei dintre aceste tensiuni directe ale LED-urilor este egală cu 8,85Vdc. Deci, teoretic, 8,85V este tensiunea de intrare minimă necesară pentru a comanda acest circuit.

La început, am menționat utilizarea unui driver de LED cu curent constant, deoarece aceste module de alimentare își pot varia tensiunile de ieșire pentru a se potrivi cu circuitul serie. Pe măsură ce LED-urile se încălzesc, tensiunile lor directe se schimbă, așa că este important să folosim un driver care poate varia tensiunea de ieșire, dar să păstreze același curent de ieșire. Pentru o înțelegere mai profundă a driverelor de LED-uri, aruncați o privire aici. Dar, în general, este important să vă asigurați că tensiunea de intrare în driver poate furniza o tensiune de ieșire egală sau mai mare decât cea de 8,85V pe care am calculat-o mai sus. Unele drivere necesită o intrare puțin mai mare pentru a ține cont de alimentarea circuitelor interne ale driverului (driverul BuckBlock are nevoie de o supratensiune de 2V), în timp ce altele au caracteristici de amplificare (FlexBlock) care vă permit să introduceți mai puțin.

Sperăm că veți putea găsi un driver care să realizeze circuitul dvs. cu LED-uri cu diodele în serie, însă există circumstanțe care ar putea face acest lucru imposibil. Uneori, tensiunea de intrare ar putea să nu fie suficientă pentru a alimenta mai multe LED-uri în serie, sau poate că sunt prea multe LED-uri pentru a le avea în serie sau pur și simplu doriți să limitați costul driverelor pentru LED-uri. Oricare ar fi motivul, iată cum să înțelegem și să configurăm un circuit cu LED-uri în paralel.

Circuit în paralel:

În timp ce un circuit în serie primește același curent pentru fiecare LED, un circuit în paralel primește aceeași tensiune pentru fiecare LED, iar curentul total pentru fiecare LED este curentul total de ieșire al driverului împărțit la numărul de LED-uri în paralel.

Din nou, nu vă faceți griji, aici vom vedea cum să cablăm un circuit paralel de LED-uri și asta ar trebui să vă ajute să legați ideile între ele.

Într-un circuit paralel toate conexiunile pozitive sunt legate între ele și înapoi la ieșirea pozitivă a driverului de LED-uri și toate conexiunile negative sunt legate între ele și înapoi la ieșirea negativă a driverului. Să ne uităm la acest lucru în imaginea din dreapta.

Utilizând exemplul prezentat cu un driver cu ieșire de 1000mA, fiecare LED ar primi 333mA; ieșirea totală a driverului (1000mA) împărțită la numărul de șiruri paralele (3).

Iată câteva puncte de referință despre un circuit paralel:

1. Tensiunea pe fiecare LED este aceeași
2. Curentul total este suma curenților prin fiecare LED
3. Curentul total de ieșire este împărțit prin fiecare șir paralel
4. Sunt necesare tensiuni exacte în fiecare șir paralel pentru a ajuta la evitarea acaparării curentului

Acum, haideți să ne distrăm puțin și să le combinăm împreună și să schițăm un circuit serie/paralel:

După cum sugerează și numele, un circuit serie/paralel combină elemente ale fiecărui circuit. Să începem cu partea de serie a circuitului. Să spunem că dorim să facem să funcționeze un total de 9 LED-uri Cree XP-L la 700mA fiecare cu o tensiune de 12Vdc; tensiunea directă a fiecărui LED la 700mA este de 2,98Vdc. Regula numărul 2 de la punctele din circuitul în serie dovedește că 12Vcc nu este o tensiune suficientă pentru a face să funcționeze toate cele 9 LED-uri în serie (9 x 2,98= 26,82Vcc). Cu toate acestea, 12 Vcc este suficientă pentru a face să funcționeze trei LED-uri în serie (3 x 2,98 = 8,94 Vcc). Și, din regula circuitului paralel numărul 3, știm că ieșirea totală de curent se împarte la numărul de șiruri paralele. Astfel, dacă am folosi un BuckBlock de 2100mA și am avea trei șiruri paralele de 3 LED-uri în serie, atunci cei 2100mA vor fi împărțiți la trei și fiecare serie va primi 700mA. Imaginea de exemplu arată această configurație.

Dacă încercați să configurați o matrice de LED-uri, acest instrument de planificare a circuitelor cu LED-uri vă va ajuta să decideți ce circuit să utilizați. Acesta vă oferă de fapt mai multe opțiuni diferite de circuite diferite în serie și în serie/paralel care ar funcționa. Tot ce trebuie să știți este tensiunea de intrare, tensiunea de intrare a LED-ului și câte LED-uri doriți să utilizați.

Dezamăgirea șirurilor multiple de LED-uri:

Un lucru de reținut în legătură cu circuitele paralele și serie/paralel este că, dacă un șir sau un LED se arde, LED-ul/șirul va fi atunci scos din circuit, astfel încât sarcina suplimentară de curent care mergea la acel LED va fi distribuită la restul. Aceasta nu este o problemă uriașă în cazul unor rețele mai mari, deoarece curentul va fi dispersat la cantități mai mici, dar cum rămâne cu un circuit cu doar 2 leduri/șiruri? Curentul ar fi atunci dublat pentru LED-ul/șirul rămas, ceea ce ar putea fi o sarcină mai mare decât poate suporta LED-ul, ceea ce ar duce la o arsură și la ruinarea LED-ului! Asigurați-vă că aveți întotdeauna în vedere acest lucru și încercați să aveți o configurație care să nu vă distrugă toate LED-urile în cazul în care se întâmplă ca unul dintre ele să se ardă.

O altă problemă potențială este că, chiar și atunci când LED-urile provin din același lot de producție (același binning), tensiunea directă poate avea totuși o toleranță de 20%. Variația tensiunilor pe șiruri separate are ca rezultat faptul că curentul nu este împărțit în mod egal. Atunci când un șir consumă mai mult curent decât altul, LED-urile supraalimentate se vor încălzi, iar tensiunile lor directe vor varia mai mult, ceea ce duce la o împărțire mai inegală a curentului; acest lucru se numește „thermal runaway”. Am văzut multe circuite configurate astfel care funcționează bine, dar este nevoie de prudență. Pentru mai multe informații despre acest concept și modalități de a ajuta la evitarea lui (oglinda de curent) există un articol excelent aici, în cadrul LEDmagazine.com.

.