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Bons et mauvais schémas de câblage LED
Dans les articles précédents, divers problèmes liés à la connexion des LED ont été décrits. Mais vous ne pouvez pas tout écrire dans un seul article, vous devez donc continuer sur ce sujet. Ici, nous allons parler de différentes façons d'allumer les LED.
Comme mentionné dans les articles mentionnés, La LED est un appareil actuel, c'est-à-dire le courant qui le traverse doit être limité par une résistance. Comment calculer cette résistance a déjà été décrit, nous ne répéterons pas ici, mais nous donnerons à nouveau la formule, au cas où.
Figure 1
Voilà. - tension d'alimentation, Uad. - chute de tension aux bornes de la LED, R - résistance de la résistance de limitation, I - courant à travers la LED.
Cependant, malgré toute la théorie, l'industrie chinoise produit toutes sortes de souvenirs, bibelots, briquets, dans lesquels la LED est allumée sans résistance de limitation: seulement deux ou trois batteries de disques et une LED. Dans ce cas, le courant est limité par la résistance interne de la batterie, dont la puissance n'est tout simplement pas suffisante pour brûler la LED.
Mais ici, en plus de l'épuisement, il y a une autre propriété désagréable - la dégradation des LED, la plus inhérente aux LED blanches et bleues: après un certain temps, la luminosité de la lueur devient assez insignifiante, bien que le courant à travers la LED circule assez, au niveau nominal.
Cela ne veut pas dire qu'elle ne brille pas du tout, la lueur est à peine perceptible, mais ce n'est plus une lampe de poche. Si, au courant nominal, la dégradation se produit au plus tôt après un an de luminescence continue, alors avec un courant surévalué, ce phénomène peut être attendu en une demi-heure. Cette inclusion de la LED devrait être qualifiée de mauvaise.
Un tel schéma ne peut s'expliquer que par le désir d'économiser sur une résistance, la soudure et les coûts de main-d'œuvre, ce qui, avec une échelle de production massive, est apparemment justifié. De plus, un briquet ou un porte-clés est une chose unique et bon marché: le gaz est épuisé ou la batterie est épuisée - ils ont simplement jeté le souvenir.
Figure 2. Le schéma est mauvais, mais il est utilisé assez souvent.
Des choses très intéressantes sortent (bien sûr, par accident) si, par un tel schéma, la LED est connectée à un bloc d'alimentation avec une tension de sortie de 12V et un courant d'au moins 3A: un flash éblouissant se produit, un pop assez fort, de la fumée se fait entendre et une odeur suffocante demeure. Je me souviens donc de cette parabole: «Est-il possible de regarder le Soleil à travers un télescope? Oui, mais seulement deux fois. Une fois avec l'œil gauche, l'autre avec la droite. » Soit dit en passant, la connexion d'une LED sans résistance de limitation est l'erreur la plus courante chez les débutants, et je voudrais en avertir.
Pour corriger cette situation, prolongez la durée de vie de la LED, le circuit doit être légèrement modifié.
Figure 3. Bonne disposition, correcte.
C'est un tel schéma qui doit être considéré comme bon ou correct. Pour vérifier si la valeur de la résistance R1 est correctement indiquée, vous pouvez utiliser la formule indiquée sur la figure 1. Nous supposons que la chute de tension sur la LED 2V, courant 20mA, tension 3V en raison de l'utilisation de deux piles de doigts.
En général, vous n'avez pas à vous efforcer de limiter le courant au niveau maximum admissible de 20 mA, vous pouvez alimenter la LED avec un courant plus faible, enfin, au moins, un milliampère de 15 ... 18. Dans ce cas, il y aura une très légère diminution de la luminosité que l'œil humain, en raison des caractéristiques de l'appareil, ne remarquera pas du tout, mais la durée de vie de la LED augmentera considérablement.
Un autre exemple de LED mal allumées peut être trouvé dans diverses lampes de poche, déjà plus puissantes que les porte-clés et les briquets. Dans ce cas, un certain nombre de LED, parfois assez grandes, sont simplement connectées en parallèle, et également sans résistance de limitation, qui agit à nouveau comme la résistance interne de la batterie.Ces lampes de poche sont souvent réparées précisément en raison de l'épuisement des LED.
Figure 4. Schéma de câblage absolument mauvais.
Il semblerait que la situation illustrée à la figure 5 puisse corriger la situation: une seule résistance et, semble-t-il, les choses se sont améliorées.
Figure 5. C'est déjà un peu mieux.
Mais une telle inclusion aidera un peu. Le fait est que, dans la nature, il n'est tout simplement pas possible de trouver deux dispositifs semi-conducteurs identiques. C'est pourquoi, par exemple, les transistors du même type ont un gain différent, même s'ils proviennent du même lot de production. Les thyristors et les triacs sont également différents. Certains s'ouvrent facilement, tandis que d'autres sont si lourds qu'ils doivent être abandonnés. La même chose peut être dite à propos des LED - deux absolument identiques, en particulier trois ou un tas entier, c'est tout simplement impossible à trouver.
Remarque sur le sujet. Dans la fiche technique de l'assemblage de LED SMD-5050 (trois LED indépendantes dans un boîtier), l'inclusion illustrée à la figure 5 n'est pas recommandée. Par exemple, en raison de la dispersion des paramètres des LED individuelles, la différence dans leur éclat peut être perceptible. Et il semblerait, dans un cas!
Les LED, bien sûr, n'ont pas de gain, mais il y a un paramètre aussi important que la chute de tension directe. Et même si les LED proviennent d'un seul lot technologique, d'un même boîtier, il n'y en aura tout simplement pas deux identiques. Par conséquent, le courant pour toutes les LED sera différent. Cette LED, dans laquelle le courant sera le plus, et tôt ou tard dépassera le nominal, s'allumera avant tout le monde.
Dans le cadre de cet événement malheureux, tout le courant possible passera par les deux LED survivantes, dépassant naturellement celui nominal. Après tout, la résistance a été calculée "pour trois", pour trois LED. Une augmentation du courant entraînera une augmentation du chauffage des cristaux LED, et celle qui est «plus faible» s'éteint également. La dernière LED n'a pas d'autre choix que de suivre l'exemple de ses camarades. Une telle réaction en chaîne est obtenue.
Dans ce cas, le mot "brûler" signifie simplement rompre le circuit. Mais il peut arriver que dans l'une des LED se produise un court-circuit élémentaire, shuntant les deux LED restantes. Naturellement, ils sortiront sûrement, bien qu'ils survivront. Avec un tel dysfonctionnement, la résistance chauffera intensément et, au final, elle risque de griller.
Pour éviter que cela ne se produise, le circuit doit être légèrement changé: pour chaque LED, installez sa propre résistance, comme illustré à la figure 6.
Figure 6. Et donc, les LED dureront très longtemps.
Ici, tout est à la hauteur, le tout selon les règles de conception des circuits: le courant de chaque LED sera limité par sa résistance. Dans un tel circuit, les courants à travers les LED sont indépendants les uns des autres.
Mais cette inclusion ne suscite pas beaucoup d'enthousiasme, car le nombre de résistances est égal au nombre de LED. Mais j'aimerais avoir plus de LED et moins de résistances. Comment être?
La sortie de cette situation est assez simple. Chaque LED doit être remplacée par une chaîne de LED connectées en série, comme illustré à la figure 7.
Figure 7. Inclusion parallèle de guirlandes.
Le coût d'une telle amélioration sera une augmentation de la tension d'alimentation. Si un seul volt suffit pour une LED, alors même deux LED connectées en série ne peuvent pas être allumées à partir d'une telle tension. Alors, quelle tension est nécessaire pour allumer une guirlande de LED? Ou d'une autre manière, combien de LED peuvent être connectées à une source d'alimentation avec une tension, par exemple 12V?
Remarque. Ci-après, le terme «guirlande» doit être compris non seulement comme une décoration d'arbre de Noël, mais également comme tout dispositif d'éclairage LED dans lequel les LED sont connectées en série ou en parallèle. L'essentiel est qu'il y ait plus d'une LED. Une guirlande, c'est aussi une guirlande en Afrique!
Pour obtenir une réponse à cette question, il suffit de diviser simplement la tension d'alimentation par la chute de tension sur la LED. Dans la plupart des cas, lors du calcul de cette tension, on prend 2V. Il s'avère alors 12/2 = 6.Mais n'oubliez pas qu'une partie de la tension doit rester pour la résistance de trempe, au moins volt 2.
Il s'avère qu'il ne reste que 10 V sur les LED, et le nombre de LED devient 10/2 = 5. Dans cet état de fait, pour obtenir un courant de 20 mA, la résistance de limitation doit avoir une valeur nominale de 2V / 20mA = 100Ohm. La puissance de la résistance sera P = U * I = 2V * 20mA = 40mW.
Un tel calcul est tout à fait vrai si la tension directe des LED dans la guirlande, comme indiqué, est de 2V. C'est cette valeur qui est souvent prise dans les calculs, comme une moyenne. Mais en fait, cette tension dépend du type de LED, de la couleur de la lueur. Par conséquent, lors du calcul des marguerites, vous devez vous concentrer sur le type de LED. Les chutes de tension pour différents types de LED sont présentées dans le tableau de la figure 8.
Figure 8. Chute de tension sur des LED de différentes couleurs.
Ainsi, avec une tension d'alimentation de 12 V, moins la chute de tension à travers la résistance de limitation de courant, un total de 10 / 3,7 = 2,7027 LED blanches peut être connecté. Mais vous ne pouvez pas couper un morceau de la LED, donc seulement deux LED peuvent être connectées. Ce résultat est obtenu si nous prenons la valeur maximale de la chute de tension du tableau.
Si nous substituons 3V dans le calcul, il est évident que trois LED peuvent être connectées. Dans ce cas, vous devez à chaque fois compter minutieusement la résistance de la résistance de limitation. Si de vraies LED s'avèrent avoir une chute de tension de 3,7 V, ou peut-être plus, les trois LED peuvent ne pas s'allumer. Il vaut donc mieux s'arrêter à deux.
Peu importe la couleur des LED, juste au moment du calcul, vous devrez prendre en compte différentes chutes de tension en fonction de la couleur des LED. L'essentiel est qu'ils sont conçus pour un seul courant. Il est impossible d'assembler une guirlande de LED consécutives, dont certaines ont un courant de 20 mA, et une autre partie de 10 milliampères.
Il est clair qu'à un courant de 20 mA, les LED avec un courant nominal de 10 mA s'éteignent simplement. Si vous limitez le courant à 10 mA, alors 20 milliampères ne s'allumeront pas brillamment, comme dans un interrupteur avec une LED: vous pouvez voir la nuit, pas l'après-midi.
Pour se faciliter la vie, les radio-amateurs développent divers programmes de calculatrice qui facilitent toutes sortes de calculs de routine. Par exemple, des programmes de calcul d'inductances, des filtres de différents types, des stabilisateurs de courant. Il existe un tel programme pour calculer les guirlandes LED. Une capture d'écran d'un tel programme est illustrée à la figure 9.
Figure 9. Capture d'écran du programme "Calculation_resistance_resistor_Ledz_".
Le programme fonctionne sans installation dans le système, il vous suffit de le télécharger et de l'utiliser. Tout est si simple et clair qu'aucune explication de la capture d'écran n'est nécessaire. Naturellement, toutes les LED doivent être de la même couleur et avec le même courant.
Voir aussi d'un extrait précédemment publié sur le site: Comment connecter la LED au réseau d'éclairage
Les résistances limites sont bien sûr bonnes. Mais seulement quand on sait que cette guirlande sera alimentée par source stabilisée DC 12V, et le courant à travers les LED ne dépassera pas la valeur calculée. Mais que faire s'il n'y a tout simplement pas de source avec une tension de 12V?
Une telle situation peut survenir, par exemple, dans un camion avec une tension de réseau embarqué de 24V. Pour sortir de cette situation de crise, un stabilisateur de courant aidera, par exemple, "SSC0018 - Stabilisateur de courant réglable 20..600mA". Son apparence est illustrée à la figure 10. Un tel appareil peut être acheté dans les magasins en ligne. Le prix de l'émission est de 140 ... 300 roubles: tout dépend de l'imagination et de l'arrogance du vendeur.
Figure 10. Régulateur de courant réglable SSC0018
Les spécifications du stabilisateur sont illustrées à la figure 11.
Figure 11. Caractéristiques techniques du stabilisateur actuel SSC0018
Initialement, le stabilisateur de courant SSC0018 a été développé pour être utilisé dans les appareils d'éclairage LED, mais peut également être utilisé pour charger de petites batteries. L'utilisation du SSC0018 est assez simple.
La résistance de charge à la sortie du stabilisateur de courant peut être nulle, vous pouvez simplement court-circuiter les bornes de sortie. Après tout, les stabilisateurs et les sources de courant n'ont pas peur des courts-circuits. Dans ce cas, le courant de sortie sera évalué. Eh bien, si vous définissez 20mA, alors ce sera tellement.
De ce qui précède, nous pouvons conclure qu'un milliampèremètre de courant continu peut être directement connecté à la sortie du stabilisateur de courant. Une telle connexion doit être démarrée à partir de la plus grande limite de mesure, car personne ne sait quel courant y est régulé. Ensuite, tournez simplement la résistance d'accord pour régler le courant requis. Dans ce cas, n'oubliez pas de connecter le stabilisateur de courant SSC0018 à l'alimentation. La figure 12 montre le schéma de câblage du SSC0018 pour alimenter les LED connectées en parallèle.
Figure 12. Connexion pour alimenter les LED connectées en parallèle
Tout ici ressort clairement du diagramme. Pour quatre LED avec un courant de consommation de 20 mA, chaque sortie du stabilisateur doit être réglée sur un courant de 80 mA. Dans ce cas, à l'entrée du stabilisateur SSC0018, un peu plus de tension est requise que la chute de tension sur une LED, comme mentionné ci-dessus. Bien sûr, une tension plus élevée convient, mais cela n'entraînera qu'un chauffage supplémentaire de la puce de stabilisation.
Remarque. Si, pour limiter le courant avec une résistance, la tension de la source d'alimentation doit légèrement dépasser la tension totale au niveau des LED, seulement deux volts, alors pour le fonctionnement normal du stabilisateur de courant SSC0018, cet excès doit être légèrement plus élevé. Pas moins de 3 ... 4V, sinon l'élément de régulation du stabilisateur ne s'ouvrira tout simplement pas.
La figure 13 montre la connexion du stabilisateur SSC0018 lors de l'utilisation d'une guirlande de plusieurs LED connectées en série.
Figure 13. Alimentation d'une chaîne série via le stabilisateur SSC0018
Le chiffre est tiré de la documentation technique, essayons donc de calculer le nombre de LED dans la guirlande et la tension constante requise de l'alimentation.
Le courant indiqué sur le diagramme, 350mA, nous permet de conclure que la guirlande est assemblée à partir de puissantes LED blanches, car, comme mentionné ci-dessus, l'objectif principal du stabilisateur SSC0018 est l'éclairage. La chute de tension aux bornes de la LED blanche se situe entre 3 et 3,7 V. Pour le calcul, vous devez prendre la valeur maximale de 3,7 V.
La tension d'entrée maximale du stabilisateur SSC0018 est de 50 V. Soustraire de cette valeur de 5V, nécessaire au stabilisateur lui-même, reste 45V. Cette tension peut être "éclairée" 45 / 3.7 = 12.1621621 ... LED. Évidemment, cela devrait être arrondi à 12.
Le nombre de LED peut être inférieur. Ensuite, la tension d'entrée devra être réduite (alors que le courant de sortie ne changera pas, il restera 350mA tel qu'il a été ajusté), pourquoi devrais-je fournir 50V à 3 LED, même puissantes? Une telle moquerie peut aboutir à un échec, car les LED puissantes ne sont en aucun cas bon marché. Quelle tension sera nécessaire pour connecter trois LED puissantes pour ceux qui le souhaitent, mais elles peuvent toujours être trouvées, elles peuvent calculer par elles-mêmes.
Le stabilisateur de courant réglable SSC0018 est assez bon. Mais toute la question est, est-ce toujours nécessaire? Et le prix de l'appareil est quelque peu déroutant. Comment peut-on sortir de cette situation? Tout est très simple. Un excellent régulateur de courant est obtenu à partir des stabilisateurs de tension intégrés, par exemple, la série 78XX ou LM317.
Pour créer un tel stabilisateur de courant basé sur un stabilisateur de tension, seules 2 pièces sont nécessaires. En fait, le stabilisateur lui-même et une seule résistance, dont la résistance et la puissance aideront à calculer le programme StabDesign, dont une capture d'écran est illustrée à la figure 14.
Dessin 14. Le calcul du stabilisateur actuel à l'aide du programme StabDesign.
Le programme ne nécessite pas d'explications particulières. Dans le menu déroulant Type, le type de stabilisateur est sélectionné, sur la ligne In le courant requis est réglé et le bouton Calculer est enfoncé. Le résultat est la résistance de la résistance R1 et sa puissance. Sur la figure, le calcul a été effectué pour un courant de 20 mA.C'est le cas lorsque les LED sont connectées en série. Pour une connexion parallèle, le courant est calculé de la même manière que le montre la figure 12.
La guirlande LED est connectée à la place de la résistance Rн, symbolisant la charge du stabilisateur de courant. Il est même possible de connecter une seule LED. Dans ce cas, la cathode est connectée à un fil commun, et l'anode à la résistance R1.
La tension d'entrée du stabilisateur de courant considéré se situe dans la plage de 15 ... 39V, car le stabilisateur 7812 avec une tension de stabilisation de 12V est utilisé.
Il semblerait que ce soit la fin de l'histoire des LED. Mais il y a aussi des bandes LED, qui seront discutées dans le prochain article.
Suite de l'article: Application de bande LED
Boris Aladyshkin
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