Mais sobre os métodos de ligação LED

Nas nossas vidas, os LEDs estão constantemente a ganhar vantagem sobre outras fontes de luz artificial. Mas enquanto as lâmpadas incandescentes podem ser ligadas directamente à fonte de alimentação, a ligação de LEDs e lâmpadas de descarga requer medidas especiais.

A ligação de um único LED não é um problema. Mas ligar algumas unidades a centenas não é tão fácil como parece.

Um pouco de teoria

Os LEDs requerem uma tensão ou corrente constante para funcionarem correctamente. Devem ser:

1. Constante na direcção. Ou seja, a corrente no circuito LED deve fluir do "+" da fonte de tensão para o seu "-" quando a tensão é aplicada.
2. Estável .Constante em magnitude, ou seja, constante ao longo do tempo de funcionamento do díodo.
3. Não-pulsante - Uma vez rectificadas e estabilizadas, as constantes de tensão ou corrente não devem flutuar de forma intermitente.
   Diagrama esquemático da forma de onda de tensão à saída de um rectificador duplo de meio período quando filtrado por um condensador electrolítico (rectângulos a preto e branco marcados com "+" no diagrama). A linha pontilhada é a tensão à saída do rectificador. O condensador é carregado à amplitude da meia-onda e gradualmente descarregado à resistência da carga. Os "degraus" são a ondulação. A relação entre a amplitude do degrau e a amplitude da meia-onda como percentagem é o factor de ondulação.

Para LEDs no início utilizámos fontes de tensão disponíveis - 5, 9, 12 V. A tensão de funcionamento da junção p-n é de 1,9 a 2,4 a 3,7 a 4,4V. Por conseguinte, a ligação directa de um díodo é quase sempre um esgotamento físico por sobreaquecimento por correntes elevadas. É necessário ser limitado por uma resistência limitadora de corrente, desperdiçando energia no seu aquecimento.

Os LEDs podem ser ligados em série, em múltiplos. Depois, se os colocarmos numa cadeia, a soma das suas tensões directas pode ser quase até à voltagem da fonte de alimentação. E a diferença restante pode ser "anulada", dissipando-a sob a forma de calor numa resistência.

Quando existem dezenas de díodos, estes são ligados em circuitos em série que são incluídos em paralelo.

LED pinout

Polaridade do LED - ânodo ou mais e cátodo - o menos é fácil de identificar a partir das imagens:

Com caixas cilíndricas, o cátodo é indicado por uma fenda na lateral, sendo o ânodo mais longo e o cátodo mais curto.

O cátodo dos LED SMD é indicado por uma fenda na caixa.

Nos LEDs COB de alta potência os "+" e "-" são estampados nas almofadas de solda.

Diagrama do circuito LED

O LED é alimentado por voltagem CC. Mas as características de uma dependência não linear da sua resistência interna exigem que se mantenha a corrente de funcionamento dentro de limites estreitos. Com uma corrente abaixo da corrente nominal, a corrente nominal diminui fluxo luminosoAcima - o cristal sobreaquece, o brilho aumenta, e a "vida" é reduzida. A forma mais fácil de a estender é limitar a corrente através do cristal, incluindo uma resistência limitadora de corrente. Para LEDs de alta potência isto não é economicamente viável e eles são fornecidos com uma corrente constante de uma fonte de corrente constante motorista.

Ligação em série

Um LED é um dispositivo de iluminação bastante complexo. É alimentado por uma fonte de tensão DC secundária. Para potências superiores a 0,2-0,5 W, a maioria dos dispositivos LED utilizam fontes de corrente. Em termos americanos, eles não são muito correctamente chamados condutores. Quando os díodos estão ligados em série, utilizam frequentemente fontes de alimentação a 9, 12, 24 e mesmo 48 V. Neste caso, constrói-se uma cadeia de margaridas, que pode conter de 3-6 a várias dezenas de elementos.

Numa ligação em cadeia daisy, o ânodo do primeiro LED é ligado através de uma resistência limitadora de corrente à fonte de alimentação "+", e o cátodo ao ânodo do segundo. E assim toda a cadeia está ligada.

Diagrama de ligação série-paralela de três grupos consecutivos de LEDs numa cadeia de três elementos LED. Cada corrente tem uma resistência limitadora de corrente no lado esquerdo. Humedece" o excesso da soma das tensões directas dos díodos.

Por exemplo, os LED vermelhos têm uma tensão de funcionamento directo de 1,6 a 3,03 V. Em U_pr. = 2,1 В de um LED na resistência à tensão de fonte de 12 V será de 5,7 V:

12 V - 3×2,1 V = 12 - 6,3 = 5,7 V.

E já 3 correntes daisy estão ligadas em paralelo.

O quadro mostra a tensão directa de um LED em função da cor da luz.

Quando os LEDs estão ligados em série, as correntes através dos LEDs serão as mesmas e a queda através de cada elemento é individual. Depende da resistência interna do diodo.

Propriedades da ligação em série:

• Uma quebra de um elemento fará com que todos os elementos se desliguem;
• curto-circuito - redistribui a sua tensão a todas as restantes, nelas a luminosidade aumenta e a degradação é acelerada.

Recomendado: Como saber quantos volts é um LED

Ligação paralela

Neste esquema de ligação, todos os ânodos estão ligados uns aos outros e ao "+" da fonte de alimentação e os cátodos ao "-".

Esta ligação foi inicialmente utilizada em grinaldas, tiras e faixas de LED quando fornecida com 3-5 Volts.

Esta é a ligação errada. Com a inevitável variação dos parâmetros, as correntes através dos LEDs serão diferentes. E brilharão de forma diferente. E não irão aquecer da mesma forma. Como resultado, o sobreaquecido irá queimar, por exemplo, com um circuito aberto. A corrente através dos restantes díodos D2, D3 irá aumentar e a tensão irá subir sobre eles porque a corrente total mais baixa através de R1 irá dar-lhe uma queda de tensão mais baixa. O segundo díodo a queimar será aquele com a menor resistência interna da junção p-n.

Se ocorrer queimadura com uma junção p-n curto, toda a voltagem da bateria será aplicada ao resistor R1. Irá sobreaquecer e esgotar-se.

Diagrama de cablagem paralela dos LEDs. Cada LED deve ser ligado em série com a sua própria resistência limitadora de corrente.

Isto é o que poderia parecer um desenho real de seis LED ligados em paralelo. 

Na fotografia:

• As barras cinzentas são barras de autocarros de transporte de corrente, ou seja, fios sem isolamento;
• cilindros azuis com extremidade arredondada - LEDs cilíndricos com uma lente na extremidade;
• as vermelhas são resistências para limitar a corrente de funcionamento.

Não seria correcto ligar todos os díodos a uma resistência. Devido à variação das características dos LEDs, mesmo num lote pode atingir de 50 a 200% ou mais, a corrente pode fluir através dos díodos, que por vezes serão diferentes. Por conseguinte, também brilharão e carregarão de forma diferente. Mais tarde, o mais ocupado e brilhante queimará ou degenerará a quase-extinção, perdendo 70-90% do seu fluxo luminoso. Ou mudará de branco para amarelo.

Leia também

O básico da ligação paralela e em série de LED

 

Misto

A cablagem combinada ou mista é utilizada para criar conjuntos de LED compostos por muitas dezenas ou centenas de elementos ou cristais sem moldura. As mais conhecidas destas são as matrizes COB.

Diagrama de cablagem combinado para LEDs numa matriz: "padrão" - cadeias sequenciais de 4 cristais cada uma são ligadas em paralelo e ligadas a uma fonte de alimentação, "híbrido" - cristais, neste caso 8 peças cada, são ligados em série/paralelo a uma fonte de alimentação.

A tensão de alimentação e a corrente de funcionamento serão inferiores à corrente nominal de funcionamento quando combinadas. Só sob esta condição é que a matriz funcionará durante mais ou menos muito tempo. Com a corrente nominal, o elo mais fraco rapidamente se esgotará e os outros começarão a esgotar-se gradualmente. Isto terminará com circuitos abertos em circuitos em série e curtos-circuitos em circuitos paralelos.

Ligação de um díodo emissor de luz a uma fonte de alimentação de 220 V

Se alimentar um LED directamente de 220 V com uma limitação da sua corrente, este brilhará na meia onda positiva e sairá na negativa. Mas isto é apenas se a tensão inversa da junção p-n for muito superior a 220 V. Normalmente é de cerca de 380-400V.

O segundo método de ligação é através de um condensador de têmpera.

A tensão de rede é alimentada à "ponte" nos díodos VD1-VD4. O condensador C1 irá "extinguir" cerca de 215-217V. O restante será rectificado. Após filtragem com o condensador C2, a tensão DC é alimentada ao LED. Não se esqueça de limitar a corrente através do diodo com uma resistência.

Outro esquema de ligação é com um único rectificador de meio período num díodo e uma resistência limitadora de 30 kOhm.

ADVERTÊNCIA! A maioria dos circuitos com ligação directa a uma rede eléctrica de 220 V têm a grave desvantagem de serem perigosos para os seres humanos de serem atingidos por altas tensões - 220 V. Por conseguinte, devem ser utilizados com cuidado, com todas as partes vivas cuidadosamente isoladas.

Pode encontrar mais informações sobre como ligar uma luz LED a uma fonte de alimentação de 220 V descrita aqui.

Como alimentar os díodos a partir de uma fonte de alimentação

As fontes de alimentação sem transformador mais populares fornecem 12 V com corrente, curto-circuito, sobreaquecimento e outras protecções.

Por conseguinte, os LED são ligados em série e a sua corrente é limitada com uma resistência simples. A cadeia daisy consiste em 3 ou 6 díodos. O seu número é determinado pela voltagem directa do diodo. A sua soma para limitação de corrente deve ser de 0,5 a 1 V menos do que a tensão de saída da PSU.

Leia também

Ligação de um LED a 12 volts

 

Características da ligação RGB e COB LED

LEDs com a abreviatura RGB - são emissores de luz policromáticos ou multicoloridos com cores diferentes. A maioria é montada a partir de três cristais LED, cada um emitindo uma cor diferente. Esta assembleia é chamada uma tríade colorida.

Os LEDs RGB são ligados da mesma forma que os LEDs convencionais. Cada corpo da fonte de luz multicolor tem um cristal: Vermelho - vermelho, Verde - verde e Azul - azul. Cada LED tem a sua própria tensão de funcionamento:

• Azul - 2,5 a 3,7 V;
• Verde: 2,2 a 3,5 V;
• Vermelho: 1,6 a 2,03 V.

Os cristais podem ser ligados entre si de diferentes maneiras:

• com um cátodo comum, ou seja, os três cátodos estão ligados um ao outro e a um chumbo comum no alojamento, e os ânodos têm cada um o seu próprio chumbo;
• com um ânodo comum, ou seja, todos os ânodos têm uma pista comum e os cátodos têm uma pista individual;
• atribuição independente de pinos - cada ânodo e cátodo tem o seu próprio pino.

Por conseguinte, as classificações das resistências limitadoras actuais serão diferentes.

Ligação de cristais de LED RGB usando um circuito catódico comum.

Uma ligação "ânodo comum".

Em ambos os casos, o corpo do díodo tem 4 pinos de fio cada um, almofadas de contacto em LEDs SMD ou pinos de piranha.

No caso de LEDs independentes, haverá 6 pinos.

No caso de SMD 5050 Os cristais de LED estão dispostos da seguinte forma:

Existem 3 cristais independentes verdes, vermelhos e azuis nas caixas multicoloridas. Portanto, ao calcular as resistências, lembre-se - cada cor corresponde a uma tensão de díodo diferente.

Ligar um LED COB

A abreviatura COB é as primeiras letras da palavra inglesa combinação chip-on-board. Em russo, seria um elemento ou cristal no quadro.

Os cristais são colados ou soldados a um substrato termocondutor de safira ou silício. Depois de verificar se as ligações eléctricas estão correctas, os cristais são preenchidos com fósforo amarelo.

LEDs COB - são estruturas matriciais que consistem em dezenas ou centenas de cristais que estão ligados em grupos com uma combinação de junções p-n semicondutoras. Os grupos são cadeias consecutivas de LEDs, cujo número corresponde à tensão de alimentação da matriz de LEDs. Por exemplo, aos 9 V há 3 cristais e aos 12 V há 4.

Leia também

Como ligar um LED à placa Arduino

 

Os circuitos em cadeia daisy são ligados em paralelo. Desta forma, ganha-se a potência necessária da matriz. Os cristais luminescentes azuis são preenchidos com fósforo amarelo. Reemita a luz azul em luz amarela, produzindo luz branca.

A qualidade da luz, ou seja reprodução de cores é regulada pela composição do fósforo durante a produção. O fósforo de um e dois componentes dá baixa qualidade, uma vez que tem 2-3 linhas de emissão no espectro. Três e cinco componentes dão uma reprodução de cor bastante aceitável. Pode ser até 85-90 Ra ou mesmo superior.

A ligação deste tipo de emissor de luz não é um problema. Estão ligados como um LED normal de alta potência, alimentados por uma fonte de corrente nominal padrão. Por exemplo, 150, 300, 700 mA. O fabricante das matrizes COB recomenda a selecção das fontes actuais com uma reserva. Isto ajudará na colocação em serviço de uma luminária matriz COB.