Förhoppningsvis hittade de som letar efter praktisk information om elektriska kretsar och ledningsdragning av LED-komponenter den här guiden först. Det är dock troligt att du redan har läst Wikipedias sida om serie- och parallellkretsar här, kanske några andra Google-sökresultat i ämnet och fortfarande är oklar eller vill ha mer specifik information om lysdioder. Med många år av LED-utbildning, träning och förklaring av konceptet elektroniska kretsar till kunder har vi samlat och förberett all kritisk information som behövs för att hjälpa dig att förstå konceptet elektriska kretsar och deras förhållande till LED.
Först av allt, låt inte elektriska kretsar och kabeldragning av LED-komponenter låta skrämmande eller förvirrande – att koppla ihop LED på rätt sätt kan vara enkelt och göras lätt att förstå om du följer det här inlägget. Låt oss börja med den mest grundläggande frågan…
Vilken typ av krets ska jag använda?
Är den ena bättre än den andra…Serie, parallell eller serie/parallell?
Kraven på en belysningstillämpning dikterar ofta vilken typ av krets som kan användas, men om man får välja, är det effektivaste sättet att köra högeffektiva lysdioder att använda en seriekrets med en lysdioddrivare med konstant ström. Att köra en seriekrets hjälper till att ge samma mängd ström till varje lysdiod. Detta innebär att varje lysdiod i kretsen får samma ljusstyrka och att en enskild lysdiod inte kan ta mer ström än en annan. När varje lysdiod får samma ström hjälper det till att eliminera problem som termisk avgång.
Oroa dig inte, en parallell krets är fortfarande ett gångbart alternativ och används ofta; senare kommer vi att beskriva denna typ av krets.
Först ska vi dock se på en seriekrets:
Ofta kallas den för ”daisy-chained” (kedja) eller ”looped” (slinga), men strömmen i en seriekrets följer en enda väg från början till slut, där den andra lysdiodens anod (positiv) är ansluten till den första lysdiodens katod (negativ). Bilden till höger visar ett exempel: För att koppla en seriekrets som den som visas, ansluts den positiva utgången från drivrutinen till den positiva delen av den första lysdioden och från den lysdioden görs en anslutning från den negativa delen till den positiva delen av den andra lysdioden och så vidare, tills den sista lysdioden i kretsen. Slutligen går den sista LED-anslutningen från den negativa LED:n till den negativa utgången från konstantströmsdrivrutinen, vilket skapar en kontinuerlig slinga eller daisy chain.
Här är några punkter för referens om en seriekrets:
- Samma strömmar går genom varje lysdiod
- Kretsens totala spänning är summan av spänningarna över varje lysdiod
- Om en lysdiod går sönder fungerar inte hela kretsen
- Seriekretsar är lättare att koppla och felsöka
- Varierande spänningar över varje lysdiod är okej
Drift av en seriekrets:
Slingekonceptet är inget problem vid det här laget och du kan säkert räkna ut hur du ska koppla ihop det, men vad sägs om att driva en seriekrets?
I den andra punkten ovan står det: ”Kretsens totala spänning är summan av spänningarna över varje lysdiod”. Detta innebär att du måste leverera minst summan av framspänningarna för varje lysdiod. Låt oss ta en titt på detta genom att använda kretsen ovan igen som exempel och anta att lysdioden är en Cree XP-L som drivs vid 1050 mA med en framspänning på 2,95 V. Summan av tre av dessa LED-spänningar är lika med 8,85Vdc. Så teoretiskt sett är 8,85V den minsta ingångsspänning som krävs för att driva den här kretsen.
I början nämnde vi att vi använde en LED-drivrutin med konstant ström eftersom dessa kraftmoduler kan variera sina utgångsspänningar för att matcha seriekretsen. När lysdioder värms upp ändras deras framspänningar, så det är viktigt att använda en drivrutin som kan variera sin utgångsspänning, men behålla samma utgångsström. För en djupare förståelse för LED-drivrutiner ta en titt här. Men i allmänhet är det viktigt att se till att din ingångsspänning till drivrutinen kan ge en utgångsspänning som är lika med eller högre än de 8,85 V som vi räknade ut ovan. Vissa drivrutiner kräver att du matar in något mer för att kunna försörja drivrutinens interna kretsar (BuckBlock-drivrutinen behöver en överspänning på 2 V), medan andra har boosting-funktioner (FlexBlock) som gör att du kan mata in mindre.
Förhoppningsvis kan du hitta en drivrutin som kan åstadkomma din LED-krets med dioderna i serie, men det finns dock omständigheter som gör att det kan vara omöjligt. Ibland är ingångsspänningen kanske inte tillräcklig för att driva flera lysdioder i serie, eller så är det kanske för många lysdioder för att ha dem i serie eller så vill du bara begränsa kostnaden för lysdioddrivare. Oavsett orsaken, här är hur man förstår och konfigurerar en parallell LED-krets.
Parallell krets:
Om en seriekrets får samma ström till varje LED, får en parallell krets samma spänning till varje LED och den totala strömmen till varje LED är drivrutinens totala strömavgång dividerad med antalet parallella lysdioder.
Oroa dig inte, här kommer vi att se hur man kopplar en parallell LED-krets och det borde hjälpa till att binda ihop idéerna.
I en parallell krets är alla positiva anslutningar bundna till varandra och tillbaka till LED-drivrutinens positiva utgång och alla negativa anslutningar är bundna till varandra och tillbaka till drivrutinens negativa utgång. Låt oss ta en titt på detta i bilden till höger.
Om vi använder exemplet som visas med en drivrutin med en utgång på 1000 mA skulle varje lysdiod få 333 mA; drivrutinens totala utgång (1000 mA) dividerat med antalet parallella strängar (3).
Här är några punkter för referens om en parallellkrets:
- Spänningen över varje lysdiod är densamma
- Den totala strömmen är summan av strömmarna genom varje lysdiod
- Den totala utgångsströmmen delas genom varje parallell sträng
- Exakta spänningar krävs i varje parallell sträng för att undvika strömfångst
Nu kan vi ha lite kul och kombinera dem tillsammans och skissera en serie/parallell krets:
Som namnet antyder kombinerar en serie/parallellkrets delar av varje krets. Låt oss börja med seriedelen av kretsen. Låt oss säga att vi vill köra totalt 9 Cree XP-L lysdioder på 700 mA vardera med 
en spänning på 12Vdc. Framspänningen för varje lysdiod vid 700 mA är 2,98Vdc. Regel nummer 2 från punktskisserna för seriekretsar visar att 12Vdc inte är tillräcklig spänning för att driva alla 9 lysdioder i serie (9 x 2,98= 26,82Vdc). 12Vdc är dock tillräckligt för att driva tre lysdioder i serie (3 x 2,98= 8,94Vdc). Och från regeln för parallellkretsar nummer 3 vet vi att den totala utgående strömmen divideras med antalet parallella strängar. Så om vi skulle använda en 2100mA BuckBlock och ha tre parallella strängar med tre lysdioder i serie, skulle 2100mA delas med tre och varje serie skulle få 700mA. Exempelbilden visar detta upplägg.
Om du försöker sätta upp en LED-array kommer detta verktyg för planering av LED-kretsar att hjälpa dig att bestämma vilken krets du ska använda. Det ger dig faktiskt flera olika alternativ av olika serie- och serie/parallellkretsar som skulle fungera. Allt du behöver veta är din ingångsspänning, LED-tillsynsspänning och hur många lysdioder du vill använda.
Nedgången med flera LED-strängar:
En sak att tänka på när det gäller parallella och serie/parallella kretsar är att om en sträng eller en lysdiod brinner ut kommer lysdioden/strängen att brytas ur kretsen, så att den extra strömbelastning som gick till den lysdioden fördelas på resten. Detta är inte ett stort problem med större matriser eftersom strömmen kommer att spridas i mindre mängder, men hur är det med en krets med bara två lysdioder/strängar? Strömmen skulle då fördubblas för den överblivna lysdioden/strängen, vilket kan vara en högre belastning än vad lysdioden klarar av att hantera, vilket resulterar i en utbränning och förstör din lysdiod! Se till att du alltid har detta i åtanke och försök att ha en uppsättning som inte förstör alla dina lysdioder om en av dem råkar brinna ut.
Ett annat potentiellt problem är att även när lysdioder kommer från samma produktionssats (samma binning) kan framåtspänningen fortfarande ha en tolerans på 20 %. Varierande spänningar över separata strängar leder till att strömmen inte fördelas lika. När en sträng drar mer ström än en annan kommer de lysdioder som överdrivs att värmas upp och deras framspänningar kommer att förändras mer, vilket resulterar i en mer ojämlik fördelning av strömmen. Vi har sett många kretsar som är uppbyggda på det här sättet fungera bra, men försiktighet är nödvändig. För mer information om detta koncept och sätt att undvika det (current mirror) finns det en bra artikel här på LEDmagazine.com.