Per saperne di più sui metodi di connessione dei LED

Nella nostra vita, i LED stanno guadagnando costantemente il sopravvento sulle altre fonti di luce artificiale. Ma mentre le lampade a incandescenza possono essere collegate direttamente all'alimentazione, il collegamento dei LED e delle lampade a scarica richiede misure speciali.

Collegare un singolo LED non è un problema. Ma collegare poche unità a centinaia non è così facile come sembra.

Un po' di teoria

I LED richiedono una tensione o una corrente costante per funzionare correttamente. Devono esserlo:

1. Costante nella direzione. Cioè, la corrente nel circuito del LED deve fluire dal "+" della fonte di tensione al suo "-" quando la tensione è applicata.
2. Stabile.Costante in grandezza, cioè costante durante il tempo di funzionamento del diodo.
3. Non pulsante - Una volta raddrizzata e stabilizzata, la tensione o le costanti di corrente non devono fluttuare in modo intermittente.
   Diagramma schematico della forma d'onda di tensione all'uscita di un raddrizzatore a doppio semiperiodo quando viene filtrata da un condensatore elettrolitico (rettangoli bianchi e neri contrassegnati da "+" nel diagramma). La linea tratteggiata è la tensione all'uscita del raddrizzatore. Il condensatore viene caricato all'ampiezza della semionda e scaricato gradualmente alla resistenza di carico. I "passi" sono l'ondulazione. Il rapporto tra l'ampiezza del passo e l'ampiezza della semionda in percentuale è il fattore di ondulazione.

Per LED all'inizio abbiamo usato fonti di tensione disponibili - 5, 9, 12 V. La tensione operativa della giunzione p-n è da 1,9 a 2,4 a 3,7 a 4,4V. Perciò l'accensione diretta di un diodo è quasi sempre una bruciatura fisica per surriscaldamento da correnti elevate. È necessario essere limitato da una resistenza limitatrice di correntesprecando energia per riscaldarlo.

I LED possono essere collegati in serie, in multipli. Poi, se li metti in una catena, la somma delle loro tensioni dirette può essere quasi alla tensione dell'alimentazione. E la differenza rimanente può essere "annullata" dissipandola sotto forma di calore in una resistenza.

Quando ci sono decine di diodi, sono collegati in circuiti in serie che sono inclusi in parallelo.

Piedinatura del LED

Polarità del LED - anodo o più e catodo - il meno è facile da identificare dalle immagini:

Con gli alloggiamenti cilindrici, il catodo è indicato da una fessura sul lato, con l'anodo più lungo e il catodo più corto.

Nei LED SMD, il catodo è indicato da una fessura sull'involucro.

Nei LED COB ad alta potenza il "+" e il "-" sono impressi sulle piazzole di saldatura.

Schema del circuito del LED

Il LED è alimentato da una tensione continua. Ma le caratteristiche di una dipendenza non lineare della sua resistenza interna richiede di mantenere la corrente di funzionamento entro limiti ristretti. Ad una corrente inferiore a quella nominale diminuisce flusso luminosoA livelli più alti - il cristallo si surriscalda, la luminosità aumenta, e la "vita" si riduce. Il modo più semplice per estenderlo è quello di limitare la corrente attraverso il cristallo includendo una resistenza limitatrice di corrente. Per i LED ad alta potenza questo non è economicamente fattibile ed essi sono alimentati con una corrente costante da una fonte di corrente costante driver.

Collegamento in serie

Un LED è un dispositivo di illuminazione piuttosto complesso. È alimentato da una fonte secondaria di tensione continua. Per potenze superiori a 0,2-0,5 W, la maggior parte dei dispositivi LED utilizza fonti di corrente. Non è proprio corretto, in termini americani, chiamarli autisti. Quando i diodi sono collegati in serie, spesso usano alimentazioni a 9, 12, 24 e persino 48 V. In questo caso, si costruisce una catena a margherita che può contenere da 3-6 a diverse decine di elementi.

In un collegamento a margherita, l'anodo del primo LED è collegato attraverso una resistenza limitatrice di corrente all'alimentazione "+", e il catodo all'anodo del secondo. E così tutta la catena è collegata.

Lo schema di collegamento serie-parallelo di tre gruppi consecutivi di LED in una catena di tre elementi LED. Ogni catena ha una resistenza di limitazione della corrente sul lato sinistro. "Smorza" l'eccesso della somma delle tensioni dirette dei diodi.

Per esempio, i LED rossi hanno una tensione operativa diretta da 1,6 a 3,03 V. Su U_pr. = 2,1 В di un LED sulla resistenza a 12 V di tensione sorgente sarà di 5,7 V:

12 V - 3×2,1 V = 12 - 6,3 = 5,7 V.

E già 3 catene a margherita sono collegate in parallelo.

La tabella mostra la tensione diretta di un LED in funzione del colore della luce.

Quando i LED sono collegati in serie, le correnti attraverso i LED saranno le stesse e la caduta attraverso ogni elemento è individuale. Dipende dalla resistenza interna del diodo.

Proprietà della connessione in serie:

• La rottura di un elemento provoca lo spegnimento di tutti gli elementi;
• cortocircuito - ridistribuisce la sua tensione a tutti i rimanenti, su di essi la luminosità aumenta e la degradazione è accelerata.

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Collegamento in parallelo

In questo schema di collegamento, tutti gli anodi sono collegati tra loro e al "+" dell'alimentazione, e i catodi al "-".

Questo collegamento è stato inizialmente utilizzato in ghirlande, strisce e strisce di LED quando vengono forniti con 3-5 Volt.

Questa è la connessione sbagliata. Con l'inevitabile variazione dei parametri, le correnti attraverso i LED saranno diverse. E brilleranno in modo diverso. E non si riscaldano allo stesso modo. Di conseguenza, quello surriscaldato si brucerà, per esempio con un circuito aperto. La corrente attraverso i restanti diodi D2, D3 aumenterà e la tensione aumenterà su di essi perché la minore corrente totale attraverso R1 gli darà una minore caduta di tensione. Il secondo diodo da bruciare sarà quello con la resistenza interna della giunzione p-n più bassa.

Se si verifica un burnout con una giunzione p-n in corto circuito, tutta la tensione della batteria sarà applicata al resistore R1. Si surriscalda e si brucia.

Schema di cablaggio parallelo dei LED. Ogni LED dovrebbe essere collegato in serie con la propria resistenza di limitazione della corrente.

Ecco come potrebbe apparire un vero progetto di sei LED collegati in parallelo. 

Nella foto:

• Le barre grigie sono sbarre che trasportano corrente, cioè fili senza isolamento;
• cilindri blu con estremità arrotondata - LED cilindrici con una lente all'estremità;
• quelle rosse sono resistenze per limitare la corrente di funzionamento.

Non sarebbe corretto collegare tutti i diodi a una sola resistenza. A causa della variazione delle caratteristiche dei LED, anche in un lotto può raggiungere dal 50 al 200% o più, la corrente può fluire attraverso i diodi, che sarà diverso a volte. Pertanto, anche loro brilleranno e si caricheranno in modo diverso. Più tardi, il più attivo e luminoso si brucerà o degenererà fino a diventare quasi nulla, perdendo il 70-90% del suo flusso luminoso. Oppure cambierà da bianco a giallo.

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Misto

Il cablaggio combinato o misto è usato per creare array di LED composti da molte decine o centinaia di elementi o cristalli senza cornice. Le più note sono le matrici COB.

Schema di cablaggio combinato per LED in una matrice: "standard" - catene sequenziali di 4 cristalli ciascuna sono collegate in parallelo e collegate a un'alimentazione, "ibrido" - i cristalli, in questo caso 8 pezzi ciascuno, sono collegati in serie/parallelo a un'alimentazione.

La tensione di alimentazione e la corrente di funzionamento saranno inferiori alla corrente di funzionamento nominale quando sono combinate. Solo a questa condizione la matrice funzionerà più o meno a lungo. Alla corrente nominale, l'anello più debole si brucia rapidamente e gli altri iniziano a bruciarsi gradualmente. Questo finirà per avere dei circuiti aperti nei circuiti in serie e dei cortocircuiti nei circuiti in parallelo.

Collegamento di un diodo a emissione luminosa a una rete di 220 V

Se si alimenta un LED direttamente da 220 V con una limitazione della sua corrente, esso brillerà nella semionda positiva e si spegnerà in quella negativa. Ma questo è solo se la tensione inversa della giunzione p-n è molto più alta di 220V. Di solito è intorno ai 380-400V.

Il secondo metodo di collegamento è tramite un condensatore di spegnimento.

La tensione di rete è alimentata al "ponte" sui diodi VD1-VD4. Il condensatore C1 si "spegne" a circa 215-217V. Il resto si correggerà. Dopo il filtraggio con il condensatore C2, la tensione continua viene alimentata al LED. Non dimenticare di limitare la corrente attraverso il diodo con una resistenza.

Un altro schema di collegamento è con un singolo raddrizzatore a mezzo periodo su un diodo e una resistenza di limitazione di 30 kOhm.

ATTENZIONE! La maggior parte dei circuiti con un collegamento diretto a una rete di 220 V ha il grave svantaggio di essere pericolosa per gli esseri umani che vengono colpiti da alte tensioni - 220 V. Pertanto, devono essere utilizzati con attenzione, con tutte le parti in tensione accuratamente isolate.

Puoi trovare maggiori informazioni sul collegamento di una luce a LED a una rete elettrica di 220 V descritto qui.

Come alimentare i diodi da un alimentatore

Gli alimentatori switching senza trasformatore più popolari forniscono 12 V con corrente, cortocircuito, surriscaldamento e altre protezioni.

Quindi i LED sono collegati in serie e la loro corrente è limitata con una semplice resistenza. La catena a margherita è composta da 3 o 6 diodi. Il loro numero è determinato dalla tensione diretta del diodo. La loro somma per la limitazione della corrente deve essere da 0,5 a 1 V inferiore alla tensione di uscita dell'alimentatore.

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Caratteristiche della connessione RGB e COB LED

LED con l'abbreviazione RGB - sono emettitori di luce policromatica o multicolore con diversi colori. La maggior parte sono assemblati da tre cristalli LED, ognuno dei quali emette un colore diverso. Questo insieme è chiamato triade di colori.

I LED RGB sono collegati nello stesso modo dei LED tradizionali. Ogni corpo della sorgente luminosa multicolore ha un cristallo: Rosso - rosso, Verde - verde e Blu - blu. Ogni LED ha la sua tensione di funzionamento:

• Blu - da 2,5 a 3,7 V;
• Verde: da 2,2 a 3,5 V;
• Rosso: da 1,6 a 2,03 V.

I cristalli possono essere collegati tra loro in diversi modi:

• con un catodo comune, cioè i tre catodi sono collegati tra loro e a un cavo comune sull'involucro, e gli anodi hanno ciascuno il proprio cavo;
• con un anodo comune, cioè tutti gli anodi hanno un cavo comune e i catodi hanno un cavo individuale;
• assegnazione indipendente dei pin - ogni anodo e catodo ha il proprio pin.

Pertanto, i valori nominali delle resistenze di limitazione della corrente saranno diversi.

Collegamento dei cristalli LED RGB utilizzando un circuito a catodo comune.

Una connessione ad "anodo comune".

In entrambi i casi, il corpo del diodo ha 4 pin di filo ciascuno, pastiglie di contatto nei LED SMD o pin piranha.

Nel caso di LED indipendenti ci saranno 6 pin.

Nel caso di SMD 5050 I cristalli LED sono disposti come segue:

Ci sono 3 cristalli verdi, rossi e blu indipendenti nella custodia multicolore. Quindi, quando si calcolano i valori nominali delle resistenze, ricordate che ogni colore corrisponde a una diversa tensione del diodo.

Cablaggio di un LED COB

L'abbreviazione COB è le prime lettere della parola inglese combination chip-on-board. In russo sarebbe un elemento o un cristallo sulla tavola.

I cristalli sono incollati o saldati su un substrato termicamente conduttivo di zaffiro o di silicio. Dopo aver controllato che i collegamenti elettrici siano corretti, i cristalli vengono riempiti di fosforo giallo.

LED COB - sono strutture a matrice composte da decine o centinaia di cristalli che sono collegati in gruppi con una combinazione di giunzioni p-n a semiconduttore. I gruppi sono catene consecutive di LED, il cui numero corrisponde alla tensione di alimentazione della matrice di LED. Per esempio, a 9 V ci sono 3 cristalli e a 12 V ce ne sono 4.

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I circuiti a margherita sono collegati in parallelo. In questo modo si ottiene la potenza richiesta della matrice. I cristalli luminescenti blu sono riempiti di fosforo giallo. Riemette la luce blu in luce gialla, producendo luce bianca.

La qualità della luce, cioè resa dei colori è regolato dalla composizione del fosforo durante la produzione. Il fosforo monocomponente e bicomponente dà una bassa qualità perché ha 2-3 linee di emissione nello spettro. I tre e i cinque componenti danno una resa dei colori abbastanza accettabile. Può arrivare a 85-90 Ra o anche di più.

Collegare questo tipo di emettitore di luce non è un problema. Si inseriscono come un normale LED ad alta potenza, alimentato da una fonte di corrente nominale standard. Per esempio, 150, 300, 700 mA. Il produttore delle matrici COB raccomanda di scegliere fonti di corrente con una riserva. Questo aiuterà quando si mette in funzione un apparecchio a matrice COB.